彩色燈帶，相信不用老周多說，大家都知道，沒準你家裡的燈牆裡面就有。老周的茅屋是早期建造的，所以沒有預留的燈槽，明燈的話是不好看的，因此老周家裡沒使用燈帶。不過，像櫃子後面，顯示器後面，書桌邊沿這些地方，可以貼彩色燈帶。書架上也貼了一些，因為那個書架是聖誕樹形狀的，沒辦法一條燈帶貼完，只能把它剪開 N 段，測算好每一段的距離，再用烙鐵加線重新焊接起來（嫌麻煩的話可以直接買連線頭，不用焊接）。
買燈帶時老周沒有買驅動器，畢竟一開始老周就計劃自己寫個程式來控制燈帶的色彩。裝飾用的燈帶，5V 電壓足矣。如果燈較多可以考慮獨立供電，5V電源比較方便好弄，手機充電頭、鋰電池+5V穩壓板即可輕鬆解決。其實，兩米長度內直接用開發板供電都沒啥問題。要是五米一卷的，用樹莓派的5V引腳供電沒有問題，但用 ESP32 的話，電壓好像有點不夠，亮度降低。
老周的臥室裡面目前使用的裝飾燈是用 ESP 32 做的，兩顆18650電池供電（需要穩壓模組調到5V電壓）。主要是看中 ESP32有 WiFi 功能，上面寫個 UDP 伺服器，通過接收到的命令來切換燈帶顏色。
控制命令比較簡單，全用文字格式，客戶端只要傳送滿足格式要求的命令到 ESP32 即可。比如，傳送
SET+255 125 127
首先識別出“SET+”，後面三個數值用空格分隔，依次表示 RGB 三個值。例如，讓燈變成藍色
SET+0 0 255
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彩色燈帶使用 WS28XX 作為IC，常見的像 WS2812B。每個燈珠都可以單獨控制，燈帶剪開後只需要串聯好就行，燈帶末端不需要連線回路，WS28XX 自帶回路。
WS28XX 的時序其實很簡單，+5V 和 GND 是供電介面，剩下一根資料線來傳輸訊號，所以這貨是單資料線控制的。當N個燈珠串聯起來後，第一個燈珠的 Din 輸入訊號，Dout 輸出訊號；第一個燈珠 Dout 聯第二個燈珠的 Din；第二個燈珠的 Dout 聯第三個燈珠的 Din ……
我們都知道，RGB三個值，各為一個位元組，8位，三個值合起來 24 位，所以每個燈珠的資料為24位，3個 byte。對於每個二進位制位，WS28XX 是通過單週期內高電平的持續時間來判斷 0 或 1。
請看下面的高清無碼美圖。
上面這個就是 WS28XX 的時序圖。在一個脈衝週期內，如果：
高電平持續時間為 0.4 微秒，低電平持續時間為 0.85 微秒，那麼就是0；
高電平持續時間為 0.85 微秒，低電平持續時間為 0.4 微秒，那麼就是1。
故一個週期的總時長為 1.25 微秒，即頻率為 1000000 / 1.25 = 800 KHz，即 0.8 MHz。
請記住這個頻率，後面有用。
WS28XX的訊號是連續發的，中間不需要停頓；如果出現超過 50 微秒的低電平，那麼WS28XX會認為你的訊號傳送完畢。如果資料線上有資料來就會從第一個燈珠開始進行處理（等於更新整個燈帶的資料）。
例如，有四個燈珠串聯，每個燈的RGB有24位，那麼，你需要向WS28XX連續傳送 24 * 4 = 96 位資料，資料傳送中不要停頓，所有資料都是連著發的—— 96位連續發，中間不用停頓；全部發完後再輸出50微秒左右的低電平表示結束髮送。
比如，紅色，RGB 是 255，0，0，那麼這24位就是：
1111 1111 0000 0000 0000 0000
如果有三個燈珠，第一個燈珠設定為綠色，第二個燈珠為白色，第三個燈珠為藍色，那麼三組RGB為：
【0，255，0】【255，255，255】【0，0，255】。於是，72位二進位制為：
0000 0000 1111 1111 0000 0000 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000 0000 0000 1111 1111
在傳送的時候，這72位是連續傳送的，中間不需要延時，發完後把電平拉低，50 us後WS28XX就會認為你已經發完資料。
正如你所看到的，WS28XX 的通訊協議比較簡單。但是，問題出在它的時間很短。你如果純手動寫程式碼來改變電平的高低，要求程式有很高的效能。低配的微控制器可能不夠快，像樹莓派這樣的開發板，雖然處理器肯定比微控制器快，但是程式碼傳遞到系統驅動，再由驅動傳到底層硬體。而且每次切換電平需要來回兩次通訊，花的時間太長，都有可能超出 1.25 us 的週期。
所以，一般不採取直接寫GPIO電平的方式通訊，而是藉助硬體上所支援的協議。能夠做這事的硬體協議有倆：
1、PWM。這個估計大家能理解，前面老周說要記住那個通訊頻率，現在用上了。把PWM頻率設為 800 KHz，然後一個週期的時長就是 1.25 us。最後你一定猜到了，傳送1時，高電平持續0.85 us，佔空比 68%；傳送0時，高電平持續0.4 us，佔空比 32%。於是呢，不斷地改變佔空比，就能給WS28XX發訊號。許多方案是和DMA一起使用的，就是為了提高速度。.NET Iot 封裝的 PWM 不支援 DMA 方式，因此這個方案跳過。
2、SPI，這個方案是目前最優秀方案。.NET Iot 封裝的庫也是採用 SPI 協議。這是個巧妙利用，將SPI的 MOSI 口與燈帶的 Din 連線，讓 SPI 時序來控制燈珠。
為啥不用 IIC （I2C）呢？因為 IIC 要從機地址啊，我們又不是真的使用 IIC 裝置，所以這裡不適合。根據官方的示例，使用SPI時要設定以下幾個引數：
a、速率 2400 KHz，正好是 800 K 的三倍。於是乎，SPI 中 3 個二進位制位對應WS28XX中 1 個二進位制位。要傳送 1 ，SPI 寫入二進位制 110；要傳送 0 ，SPI 寫入二進位制 100。一個燈珠的資料是3位元組24位，那麼 SPI 就得寫入72位（9個位元組）。
b、SPI 模式選擇 Mode0。
c、資料長度為8位。
因為樹莓派是支援硬體 SPI 的，所以 SPI 方案是沒有問題的。若開發板沒有硬體 SPI（靠軟體模擬），就不能使用SPI方案了，速度跟不上。
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知道原理後，我們們可以動手做了。
第1步，引用 Iot.Device.Bindings 包（Nuget），依賴包 System.Device.Gpio 會自動引入，所以不用管它。
第2步，using 以下名稱空間：
using System.Device.Spi; using System.Drawing; using Iot.Device.Graphics; using Iot.Device.Ws28xx;
第3步，初始化 SpiDevice 物件。
SpiConnectionSettings setting = new(0) { Mode = SpiMode.Mode0, ClockFrequency = 2400_000, //注意速率 DataBitLength = 8 }; using SpiDevice spidev = SpiDevice.Create(setting);
把 ClockFrequency 設定為 2400,000 hz，原因前面解釋過。
第4步，老周買的燈帶是 WS2812B 晶片的，所以，例項化 WS28XX 時用 Ws2812b 類，大部分燈帶都是這個。
// 30表示使用30個燈珠，這個按實際來傳值，要用到50個燈珠，就傳50 const int LED_NUM = 30; Ws28xx leds = new Ws2812b(spidev, LED_NUM);
老周現用來測試的燈帶是五米長的，150 個燈，但為了省電，只選擇了 30 個燈做實驗，你可以根據實際情況改程式碼。我們們這裡用的燈帶，所以只考慮寬度，高度忽略；如果用的是點陣屏，則要考慮高度，即幾行幾列。
第5步，準備七種常用顏色，待會我們們做色彩輪換效果。
Color[] colors = { Color.Blue, // 藍色 Color.Yellow, // 黃色 Color.White, // 白色 Color.Red, // 紅色 Color.Green, // 綠色 Color.Pink, // 粉色 Color.Orange // 橙色 };
第6步，色彩輪換，七種顏色輪著顯示。
// Color陣列中正在使用的索引 int theIndex = 0; // 進入迴圈，開始溜燈 while (true) { // 當表示索引的值超出陣列範圍後，重回0 if (theIndex > colors.Length - 1) { theIndex = 0; } // 獲取點陣圖物件 BitmapImage image = leds.Image; // 迴圈修改每個燈珠的顏色 for (int x = 0; x < LED_NUM; x++) { // 更新畫素點（對應一個燈珠） image.SetPixel(x, 0, colors[theIndex]); // 呼叫更新，才會重新整理燈帶顯示 leds.Update(); Thread.Sleep(10); } theIndex++; Thread.Sleep(1000); }
可以把一個燈珠視為一個畫素，先從 Image 屬性中獲得對 BitmapImage 物件的引用，然後用 SetPixel 方法來設定每個燈的顏色。這裡因為用的是燈帶，所以 y 座標都是 0，僅改變 x 座標上的值。
修改完顏色後，如果想燈珠馬上更新，請呼叫 Update 方法。
最後，強調一下：接線時，樹莓派的 MOSI 接燈帶的資料介面（Din 或 Di）。
如果SPI不能用，請執行 sudo raspi-config，然後進入“Interface Options”，確認 SPI 匯流排啟用。
看看最終效果。
除了變色、流水，還有比較常用的特效是顏色漸變。顏色漸變演算法我們可以自己寫，老週會在下一篇水文中演示顏色漸變效果。