DMX512控制协议及其实现

2002年 9月 第 l3卷 第 3期 照 明工 程 学报 ZHAOMING GONGCHENG XUEBA0 Sep． 2002 Vo1．13 No．3 DMX512控制 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 及其实现 方福波 刘 有源 陈定方 (武 汉理 工 大学 ，武汉 430063) 摘 要 ：本文 介绍 了一种 数字 调光 协议 DMX512协议 ，主要介 绍 了该协 议 所规定 的 数据 格 式 、传 送 格式 、电缆 、连 接器 、终结器等，给出了软硬件实现方法。 关键 词 ：DMX512；数 据包 ；控制 器 ；调 光器 ；单 片机 The Protocol and Reaiization of DM X5 12 Fang Fubo Liu Youyuan Chen Dingfang (Wuhan ofTechnology， Wuhan 430063) Abstract This paper introduces a digital Multiplexing standard，an d the data format，data transmission，cable，con． nector，terminator are explained．Meanwhile，this paper provides the scheme to realize the system with hardware and softward． Key words：DMX5 1 2；Data packet；controller；dimmer；Microcontroller 引言 DMX512协 议 是 美 国 剧 场 技 术 协 会 (United States Institute for Theater Technology，USITY)制定 的数 字多路复用协议 ，其制定 的初衷是为了使舞台、剧 场等地所使用的众多的调光器和控制器能相互兼容。 虽然它不是一个行业或国家标准，但是由于它的简 单性和实用性，自从 出台以来 ，得到了世界各地生 产商 和使用 者普遍 承认 。在 国内也 有越来 越 多的生 产厂家在生产或关注采用 DMX512协议的数字调光 设备 。 1 DMX512协议简介 DMX512是 一 个 数 字调 光 协 议 ，应 用 它 能 够 对 舞台、剧场、演播室等场所的调光器及其他的控制 设备进行数字控制，适用于一点多点的主从式控制 系统 ，其互连形式采用了多点总线结构，不存在信 息通路阻塞问题 ，其连线简单，可靠性高，系统结 构如图 1所 示。 图 1 DMXS12系统结构 协议对数据的格式 、数据的传输、联接电缆和 连接方式 、联结器、终结器等做了规定。 1．1 数据的格式及传输 DMXS12协议规定数据 以数据包 的形式 通过异 步 通讯的方 式进行 传输 。每 个数 据包 由若 干数据 帧组 成，每帧数据包括 1位低电平起始位、8位数据位和 2位高电平停止位。DMX协议要求数据传输的波特率 为250kb／s，亦即每位的传输时间为 4us，每帧数据的 传输时 间为 44us，它支持多达 512帧数据传 输 ，每帧 数据与相应的控制支路相对应。数据包的传送要符合 一 定的格式和时序要求。为了使接收器能够分辨出第 一 帧数据 ，每一个 数据 包 以一 个 不短 于 88us的低 电 平信号为起始信号，即所谓的 “Break”信号，接收 器接收到 “Break”信号就准备接受随后而来的数据 维普资讯 http://www.cqvip.com 本页已使用福昕阅读器进行编辑。 福昕软件(C)2005-2010，版权所有， 仅供试用。ഀ 第 l3卷第 3期 方福波等 ：DMX512控制协议及其实现 59 帧；紧接着 “Break”信号之后是不短于 8us的高电平 信号 M．a．b(Mark after Break)；之后就是数据帧。 在 DMXS12协议 中，M．a．b之后 的第一帧数据被称 为 “Start．code”，在协 议 中规定其 为零 ，但 在实 际应 用中可以由生产厂家自己确定其具体的值，以传递特 殊消息。 “Start—code”标明其后面的数据是 8位控制 信号数据帧。数据帧之间可以有时间间隔，也可以没 有；同样，数据包之间可以有时间间隔，也可以没 有。DMXS12协议规定 “Break”信号、M．a．b信号 的最短时间，并规定 “Break”信号、M．a．b信号、 数据帧之间及数据包之间的时间间隔的最大值不得超 过 1s，否则做出错处理，但是 DMXS12协议并未对出 错处理做任何规定 。DMXS12协议所规定 的数据格式 如图 2所 示 。控 制 器 和 接 收 器 都 必 须 严 格 满 足 DMXS12数据的时序要求，实现各设备的兼容性的关 键也就在于此处 。 ] n门厂。儿 Break Start 第1帧 第512帧 Break 图 2 DMX512数据 包格式 1．2 联接 电缆 联接 电缆 是 DMX512系统 中相 当重 要 的一个 环 节 ，众多 的 系统 故 障都 是 由电缆 引 起。DMX512协 议规定所用 电缆必 须符 合 EIA485规 范。DMX512系 统采用 EIA485差动方式传输数据，因此数据传输距 离较远 ，最大 可达 lkm。为 了达 到好 的传输 质量 和 远的传输距离，DMX512协议要求所用电缆为全编 织 的双绞或多 绞线 ，并 且用 金属 箔屏蔽 ，电缆 电压 降要小 ，要能够 承受 足够 大 的应 力 ，有 良好 的机械 性能 。DMX512系统 中 电缆通 过 5引脚 XLR连 接 头 与设备相连接 ，其 中公头与 电缆 连接 ，母 头与 控制 设备相连 ，实际在 目前 的协议 中只有 3引脚是 必须 的，保留另外一对引脚的应用 ，以备 DMX512后期 版本的扩展 ，在目前的系统中这对引脚可以用来作 为信息反馈传输线。连接头 5引脚的定义如下： PIN 1 地线 (屏蔽线 ) PIN 2 控制信号负极 (Datal一) PIN 3 控制信号正极 (Datal+) PIN 4 可选信号负极 (Data2一) PIN 5 可选信号正极 (Data2+) 1．3 终结器 在系统最末 一个 调 光器 上必须 装 上终 结器 ，也 就是在连接头的 2脚和 3脚间接上一适当阻值的电 阻。如果终端电阻不适合 ，当数据信号到达最末的 调光器时 ，信号会被反射到控制器 ，对于一定长度 的导线和一定的环境 中时 ，反射信号足以覆盖真实 信号，而导致误动。在 DMXS12系统 中所用 电缆的 阻抗 大约为 85—150欧姆 ，终结 器 电阻 阻 值应 与 电 缆阻抗相 匹配。 2 控制系统的实现 DMX512系统包括四个部分：发送控制信息的控 制器、传输信号的电缆、接收信号并进行控制动作的 调光器 和终结器 。控制器可选用微机或单 片机 。采用 微机可以很方便的实现可视化控制，可以随时进行远 程控制，但如果直接采用微机发送数据，则无法满足 DMXS12的数据 时序 要求 ，而 实现 DMX512的关键就 在于满足 DMXS12协议所规定的数据发送 和接 受时序 要求 。在对适时性要求不高 的场合 可采用微机与单 片 机结合 的方法 ，微机和单片机之间采用串 口通讯传递 控制信息 ，而由单 片机 发出满 足 DMX512的数据时序 的数据包；而在对适时性要求较高的场合用微机进行 控制则需要开发实现数据时序转换的转接卡，这涉及 到 ISA或 PCI板卡的开发 ，本文不做讨论 。系统要 做 的一件很重要的事就是分辨出数据包的起始点以正确 的接 收数据 ，这可 以利用中断服务来实现 。利用定时 器是很方便的，但由于在控制系统中定时器有可能作 为他用，而系统又必须在某段不间断的检测数据的起 始位置 ，为 了不 占用系统的定时器资源 ，可用程序计 数来解 决。采用 单 片机发 送 和接收 数据 的 系统简 图 (图 3)如下 。 805l 805l IN1i IN RxD P2 I—NTI I—NTo RxD P2一 805l I YMc，感 l A B l c， I l l I l I I _。‘。。。。。。’。。。’。。。。— — I 7 EN l、 TxD IAI7 图 3 控制 系统简 图 控制器端 的主要 任务 就是 发 出满 足 DMX512的 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 高亮 Administrator 高亮 本页已使用福昕阅读器进行编辑。 福昕软件(C)2005-2010，版权所有， 仅供试用。ഀ Administrator 打字机 四线差分接收器 Administrator 打字机 四线差分驱动器 Administrator 高亮 60 照 明工程 学报 2002年 9月 数据时序要求的控制信息数据包 ，为了达到 250kb／s 波特率的异步 11位数据传送的要求 ，控制器端单片 机可工作在方 式 2状 态 ，单 片 机 晶振 可 采用 8M或 16M。发送数据程序流程如图 4所示： 接收端通过外部 中断 响应来 检 测数 据 的起 始位 置，当接收到 Break信号后 ，系统相关计数变量寄 存器复位，准备接收数据；当接收到 Start code信号 后，对其后面的数据帧进行计数 ，当数据帧数与预 设的本机地址相等时接收该帧数据并停止本机串121 接收数 据 ，开始 检 测是 否 有 Break信 号 ，否 则就 放 弃该帧数据，等待下一帧数据。为了不占用定时器 匡 图 4 发送程序流程图 资源，采用程序计时 ，由外部中断 0触发计时，由 外部中断 1停 止计 时。 由于接 收端在 响应 串 121中断 后有响应的处理程序 ，要花费一定的时间，为了保 证数据帧的正确接收，单片机的处理速度应尽量的 快，串121中断响应程序执行时间不得超过 44us。为 满 足数 据 的 时 序 要 求 并 提 鬲 卑 片 机 处 理 的 还 度 ， 单片机应采用 16M晶振。接 收端相关程序流程 图 (图 5)如下 。 接收端主程序流程： 困 匡 区 臣 臣 外部中断 0服务程序流程 (图 6)： 臣 匝 匝 图6 接收端外部中断 0程序流程图 外部中断 1服务程序流程和串口中断服务程序流程 (图 7和 图 8)： J 开始 I ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．! ．．．．．．．．一 l 塑主堕!I ’ J停止计时I 匝囹 图 7 接收端外部中断 I程序流程图 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 打字机 波特率＝Fosc/32或Fosc/64 本页已使用福昕阅读器进行编辑。 福昕软件(C)2005-2010，版权所有， 仅供试用。ഀ Administrator 高亮 Administrator 打字机 位 Administrator 高亮 第 l3卷 第 3期 方福 波等 ：DMXS12控制 协议 及其 实 现 6l F [二 ] I [] 巫[] 图 8 接收端串口中断程序流程图 参 考 文 献 [1] Adam BenneRe．Recommended Practice for DMX512． London， 1994． [2] Steven B．Carlson．A Guide Tour of DMXS12．http： ／／w ．roseoet．com／dmxtour．htm．1996． [3] A Simple Guide to Understanding DMX．http：／／www． cheaplights． corn． [4] Ben Joseph Akiba．DMXS12／1990 Distal Data Trans· mission． http： ／／ mouse． host． sk／download／ dmx512．txt， 1990． 4． [5] 胡汉才．单片机原理及其接 口技术 ．北京 ：清华 大学 出版 社 ，1996．7． [6] 李华 ．MCS-51系列单片机实用接 口技术 ，北京 ： 北 京 航天 航空 大学 出版 社 ，1993．8． (上接第 57页) 另外，为避免灯具温度过高而使灯泡、电器寿 命缩短，电器元件绝缘性能降低 ，对隧道灯具 内部 热量 的处理也正 在受 到逐 步重视 。可 以采用用 石棉 等导热性 差 的材料 隔热 ，采 用散 热片 、散 热孔 、散 热助散热 。国外还 有采 用散热 导筒 加扇 强迫通 风散 热方式 。较 为理想 的是 在隧 道灯具 上设 置专用 通气 孔 ，气孔 中安 装 活性 碳过 滤 器 ，有 效 散热 的 同时 ， 吸附外部空气中的脏物，避免灯具内污染和老化。 4 结束语 我国高等级公 路的建 设 和发展 ，极 大地促 进 了 隧道灯具发展。全行业应通力合作 ，从理论研究 ， 灯具零部件 、电器制 造 等多方 面努 力提 高我 国隧道 灯具 的技术水平 。 当今社 会 ，公 路 隧 道 灯具 技 术 发 展 日新 月 异 。 为了提高公路隧道照明质量 ，保证行车安全，适应 人们价值观念的变化 ，公路隧道灯具将向高效节能 ， 突出现代照 明技 术 的作 用 ，适 应 隧道环 境 的方 向发 展 。 参 考 文 献 [1] 北京照明学会照明 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 专业委员会 ．照明设计手 册 ．北 京 ：中 国电 力出版社 ．1998 维普资讯 http://www.cqvip.com