WS2812B, SK6812 и APA102: чем отличаются адресные светодиоды и как выбрать замену

Что такое адресный светодиод

В каждом светодиоде WS2812B стоит миниатюрная схема управления с тремя каналами по 8 бит на цвет, поэтому на один светодиод приходит 24 бита данных, и он запоминает свою часть, а остальное пропускает дальше по цепочке.

Подключение у него простое: питание, земля и один провод данных. Всё остальное — разбивка потока на отдельные светодиоды — делает сам светодиод, поэтому чем длиннее лента, тем больше битов приходится слать, но число проводов не растёт.

Данные кодируются временем импульсов, а не стандартным UART или SPI, поэтому для управления нужна либо аппаратная периферия контроллера, либо тщательно выверенные по времени циклы, и именно здесь чаще всего ломаются «самодельные» драйверы.

WS2812B и SK6812 — почти одно и то же

SK6812 использует тот же однопроводный протокол и ту же распиновку, что и WS2812B, поэтому код, написанный под WS2812B, как правило, работает с SK6812 без изменений. Это и есть ближайшая замена.

Разница — в деталях: у SK6812 выше частота ШИМ (около 1,2 кГц против примерно 400 Гц у WS2812B), поэтому при плавном изменении яркости меньше заметное мерцание, и есть вариант RGBW с отдельным белым светодиодом.

Важная оговорка: RGB и RGBW нельзя смешивать в одной цепочке, потому что формат данных разный — 24 бита у RGB и 32 бита у RGBW. Если в ленту попал чужой тип, вся цепочка после него будет показывать не те цвета.

Как отличить RGBW визуально: в корпусе виден четвёртый светящийся кристалл, обычно с желтоватым оттенком. На ленте с двумя сигнальными проводами — это уже не WS2812B и не SK6812, а другой протокол.

APA102 — другой интерфейс

APA102 (он же DotStar) устроен иначе: у него есть отдельная линия тактового сигнала, то есть это честный SPI с проводами данных и такта, а не однопроводная цепочка.

Отсюда четыре провода вместо трёх, и поставить APA102 вместо WS2812B без переделки нельзя — ни по распайке, ни по коду. Зато у APA102 гораздо выше частота ШИМ (порядка 20 кГц) и есть встроенная регулировка общей яркости, что удобно для съёмки на камеру и для плавного диммирования.

Ещё одно отличие — менее жёсткие требования к таймингам: поскольку такт передаётся отдельно, APA102 проще завести на одноплатном компьютере, где точную задержку однопроводного протокола выдержать трудно.

Чем заменить

Ближайшая замена WS2812B — SK6812: тот же протокол, та же распиновка, и код обычно менять не нужно. При замене только следят, чтобы новый тип был той же разрядности — RGB вместо RGB или RGBW вместо RGBW.

Если нужен именно аналог по функции с отдельным тактовым проводом, берут APA102 или SK9822, но это уже переделка платы и другой драйвер, а не замена светодиода на готовой ленте.

Отдельный практический момент при 3,3-вольтовых контроллерах: порог высокого уровня на входе данных у WS2812B близок к 3,4 В, поэтому с 3,3 В сигнал может читаться ненадёжно, и тогда ставят преобразователь уровня или первый светодиод питают ближе к 5 В.

Характеристики

• WS2812B: однопроводный протокол, RGB 8 бит на канал, питание 5 В, ток около 50–60 мА на светодиод, частота ШИМ около 400 Гц.
• SK6812: тот же однопроводный протокол, вариант RGB и RGBW, частота ШИМ около 1,2 кГц, постоянный ток драйвера.
• APA102: SPI с отдельным тактом, RGB плюс 5 бит общей яркости, частота ШИМ около 20 кГц, четыре провода.
• RGB и RGBW в одной цепочке не смешиваются — формат данных 24 и 32 бита.

Частые вопросы

• Можно ли поставить SK6812 вместо WS2812B — да, протокол и распиновка совпадают, код обычно менять не нужно.
• Можно ли поставить APA102 вместо WS2812B — нет, это SPI с отдельным тактом, нужны другие провода и другой код.
• Как отличить RGB от RGBW — у RGBW в корпусе виден четвёртый кристалл, обычно желтоватый.
• Почему лента после замены показывает не те цвета — в цепочку попал светодиод другой разрядности, RGB и RGBW не смешиваются.
• Нужен ли преобразователь уровня с 3,3 В контроллера — часто да, потому что порог входа данных у WS2812B около 3,4 В.