以NB3000設(shè)計(jì)的DMX512照明控制

1、以NB3000設(shè)計(jì)的DMX512照明控制-第1部分照明對電子設(shè)計(jì)社群一直具有重大的技術(shù)和商業(yè)利益。隨著人們對全球環(huán)境問題日益關(guān)切，最近的許多電源設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體的研究，都一直圍繞在提高電力功率與LED光輸岀及其相關(guān)的驅(qū)動電路。 事實(shí)上，LED是一個(gè)很好的例子，可說明克萊頓克里斯坦森（ Clayton Christensen ）名 為破壞性技術(shù)”這個(gè)名詞-一個(gè)最終變得非常便宜、夠好”的技術(shù)，取代了高度優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù) （以這個(gè)例子來看，就是白熾燈和緊湊型熒光燈）。雖然LED在產(chǎn)品質(zhì)量和每瓦流方面都有進(jìn)步，使用它們的燈具同樣也在進(jìn)步。今天，談到LED燈具，夜總會、酒吧和現(xiàn)場表演場地有太多可用的選擇，包括移

2、動頭、圖案投影機(jī)、半導(dǎo)體激光 投影儀，以及替代大量發(fā)熱的傳統(tǒng)白熾燈的投光燈”與使用輕凝膠乳液或彩色濾光片為照明燈局著色。LED在所有情況下都更靈活，也有更高的效率，提供無限的色彩（與紅，綠和藍(lán)芯片）和高亮度，在酒吧黑暗的環(huán)境中，可令人留下深刻印象。雖然這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在還不能取代HID （高強(qiáng)度氣體放電）燈，但也不過是遲早問題而已，而且LED在很多情況已經(jīng)是較受歡迎的了。主要用來控制這些裝置的協(xié)議還是一直沒變的：DMX - 512是一個(gè)眾所周知，且相當(dāng)簡單的標(biāo)準(zhǔn)，由USITT維護(hù)（E1.11標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前版本）。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)自1980年中期以來已經(jīng)被廣泛使用， 但因?yàn)楹苋菀装惭b， 而且提供足夠的功能，所以它

3、仍是照明控制使用最廣泛的協(xié)議，并有未來很有可能還是繼續(xù)如此。NanoBoard 3000 是開發(fā)使用 DMX - 512 （和其他協(xié)議） 的照明控制器應(yīng)用程式的完美平臺。這個(gè)月，我們將提供一份 DMX - 51 2照明協(xié)議簡短概述，介紹一些讓NB3000在這一領(lǐng)域運(yùn)作的關(guān)鍵部件。DMX - 512協(xié)議-高級概述標(biāo)準(zhǔn)DMX512使用RS-422/485 （現(xiàn)在被稱為 EIA - 485 ）在雙絞線平衡線路上傳輸異步串行數(shù) 據(jù)。原來的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以 120Q標(biāo)準(zhǔn)阻抗的屏蔽雙絞線連接5針180度XLR連接頭，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)允許使用 CAT 5非屏蔽或屏蔽雙絞線和RJ - 45模塊化插孔連接器。這使得商業(yè)照

4、明裝置得以在建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，利用統(tǒng)一的CAT - 5電纜和修補(bǔ)，而由于以太網(wǎng)交換機(jī)系統(tǒng)，這已經(jīng)是相當(dāng)普遍了。正如在任何基于 RS -485的串行鏈路，雙絞線傳輸線在多點(diǎn)總線結(jié)構(gòu)共享，如圖1所示。每一個(gè)設(shè)備的輸入和輸出插座由長度較短的電纜菊花鏈將固定裝置連在一起，更是有利于此。RS -485是一種多主總線的，不同地是，DMX - 512是一種單主多從巴士（所以實(shí)際上更像的RS -422 ），因?yàn)檎彰骺刂破魍ǔＶ粚潭ㄑb置發(fā)岀命令。然而，許多基于LED燈具可作為不需要單獨(dú)控制界面的簡化操作模式的總線主。重要的是要注意，在該線的末尾應(yīng)有120Q終止，否則反射會使得數(shù)據(jù)不可理解。r 、' ha

5、 II*FixtureF £ C u !?圖1 - DMX 512 的總線連接在RS -485在DMX - 512物理信號的采用差分平衡線，發(fā)射功率為25萬比特/秒基帶信號，所以以今天的標(biāo)準(zhǔn)來看，是比較緩慢的，但在大多數(shù)情況下，它仍然算是夠快的。一些專有系統(tǒng)使用更高速度的協(xié)議版本，在涉及成千上百個(gè)渠道的情況下，能使場景快速變化（如搖滾音樂會中可見的多個(gè)可動頭裝置）。在大多數(shù)安裝啟用情況下，當(dāng)延遲或通道數(shù)量成為問題時(shí)，通常會使用一個(gè)以上的 DMX總線。串行數(shù)據(jù)格式非常簡單，多數(shù)UART任何可以被配置為用一個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)、位、2個(gè)停止位，來發(fā)送和接收這種格式。需要說明的是，隨著的 D

6、MX每個(gè)幀的開始，由一個(gè)長的空間開始（稱為休息），然后是一個(gè)標(biāo)記（休息后標(biāo)記”或MAB ），以界定分隔每個(gè)數(shù)據(jù)集。參考圖2，每幀的第一個(gè)字節(jié)是槽0,正常減低亮度的應(yīng)用是一個(gè)NULL （全零）字節(jié)，但可以用來傳輸供應(yīng)商代碼到智能設(shè)備，作為和配置和診斷的手段。下一個(gè)插槽，插槽 1,就是本幀控制512個(gè)減低亮度調(diào)光渠道的第一個(gè)從渠道，從0x00 （全關(guān)）增加到 0xFF （全亮）的亮度值。接下來的每個(gè)后續(xù)槽具備相關(guān)渠道的減低亮度調(diào)光器設(shè)置，一直到512個(gè)插槽為止。DMX-512 FRAMEr.i . 'hi h. 1 Ki J.i- L H. t=；打.Jl-'-£= bi

7、h Ek廉殆* «'bl In-.圖2 -DMX幀使用NB3000控制DMX由于 Altium 的 NanoBoard 3000 配備一個(gè) RS頤:屮ltl>l：S- £門 燼：和IX IX圖 3 -RS485CNTR-485輸岀，可以用來傳輸DMX - 512協(xié)議數(shù)據(jù)。FPGA NB3000 端口 Plug-I n.ln tLib library插件的RS485CNTR 組件（如圖3所 示）用于連接到 DMX接口的RS - 485總線。 由于NB3000使用一個(gè) RJ - 45連接器，而多 數(shù)照明燈具使用 XLR型連接器，因此需要制作或購買適配器電纜。事實(shí)上

8、，用切除XLR DMX - 512 電纜的尾端，和卷曲RJ - 485連接器, 就可以達(dá)到目的了。從FPGA送岀的3.3V的LVCMOS信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，并由ISL8491芯片和輔助，提供所需的RS - 485標(biāo)準(zhǔn)5伏差分信號傳輸。這個(gè)裝置還具有傳輸和接收的啟動輸入，通常能以綁在 VCC電源端口物體的方式，成功安裝RS485CNTR 組件的RS485_RX_EN 和RS485_TX_EN 針。為了獲得必要的串行數(shù)據(jù)格式，使用了 Altium Wishbone UART（WB_UART8IP內(nèi)核。FPGA Perhipherals.IntLib庫中可見圖解版的組件，但這篇文章將用OpenBus版

9、本（如圖4所示）。雖然WB - UART事前已為8個(gè)數(shù)據(jù)位做過設(shè)定，1啟動和1個(gè)停止，我們可圖4-wb UART 以誘騙它提供2個(gè)停止位，如在 DMX -512協(xié)議中使用的。但是，這次篇幅有限，等下個(gè)月再繼續(xù)。在下一期，我們將提出三個(gè)簡單的參考設(shè)計(jì)，執(zhí)行基于LED照明燈具的 DMX - 512實(shí)時(shí)時(shí)間控制。請繼續(xù)關(guān)注！NB3000 的DMX512照明控制-第2部分在上一期展望中，我們介紹了DMX-512照明控制協(xié)議并討論了其在新興的照明技術(shù)和生活與工作場所管理方面的重要性。我們還介紹了 NB3000 RS-485 接口和WB_UART8 串行外設(shè)接口，其可用于執(zhí)行來自NB3000的DMX-51

10、2 通信。您可以在 這里查看我們的第一部分介紹。在這一部分中，我們將了解一下Altium Desig ner FPGA項(xiàng)目 其使用 DMX-512 和WB_UART8 組件來控制照明燈具。 我們將從設(shè)計(jì)一個(gè)基本的 DMX-512發(fā)射機(jī)開始，然后擴(kuò) 展其功能，使用 TFT觸摸屏來控制一個(gè) RGB液晶照墻燈。接著我們繼續(xù)利用 NB3000的 TFT觸摸屏來為液晶搖頭燈具設(shè)計(jì)一個(gè)簡單而有效的控制界面。NB3000 RS-485接口使用 RJ-45插孔，標(biāo)準(zhǔn)5類雙絞線布線使用EIA/TIA-568 定義的引腳。依據(jù)USITT DMX-512 標(biāo)準(zhǔn)，這在固定布線裝置中也是允許的。不幸的是大多數(shù)亞洲生產(chǎn)的

11、照明燈具使用的是非標(biāo)準(zhǔn)的XLR 3腳連接器，因?yàn)檫@樣可極大地降低BOM成本（與USITT指定的5腳XLR不一樣）。將 DMX信號發(fā)送到燈具的適配器線需要按圖1中進(jìn)行布置。在我們這個(gè)案例中，我們只是將CAT-5表1:主源代碼循環(huán)和數(shù)字IO讀取程序連接線尾端切掉并在裸端接了一個(gè)XLR插頭。R；巧圖1:將RS-485插孔連接到3腳DMX-512 接口的電纜設(shè)計(jì)1:基本的RGB DMX控制器這里演示的三個(gè)照明控制設(shè)計(jì)的核心是一個(gè)基于TSK3000處理器的 Ope nBus系統(tǒng)和WB_UART8 串行控制器。該系統(tǒng)(圖 2所示)將 NB3000 SRAM用于程序和數(shù)據(jù)存儲器，還使用了 LED (NB_L

12、EDS) 控制器核心和自定義數(shù)字IO(CTRL_DESK) °LED控制器僅用于模擬 Nan oboard 本地 DMX 輸岀的顏色， CTRL_DESK 數(shù)字IO 將與 Na noboard 接口儀器一 起通過USB為主機(jī)提供一個(gè)圖形用戶界面。下圖WB_UART8 被指定為 DMX_UART。圖2 :用于基本DMX控制器的OpenBus系統(tǒng).CTRL_DESK 數(shù)字IO配置如圖3所示。三個(gè) 輸岀”概念性地從控制界面輸岀到TSK3000 , 這樣我們就可以從TSK3000嵌入的代碼內(nèi)讀取其狀態(tài)。圖3: OpenBUS 數(shù)字10配置頂層原理圖（見圖 4）顯示了 FPGA到外設(shè)的布線 -

13、注意RS-485連接的布線方式；傳輸和接收使能（enables）上拉，CTS至UART下調(diào)，這是由于DMX-512 并不使用硬件握手。此處Na noboard 界面儀用于將Ope nBus系統(tǒng)中的自定義數(shù)字I0鏈接到主機(jī)上運(yùn)行的圖形用戶界面腳本項(xiàng)目上，通過USB控制DMX 通道。m Mi J 403山圖4 :用于RGB DMX 臺的頂層原理圖（點(diǎn)擊查看大圖）Nan oboard 界面儀被配置鏈接到了一個(gè)新的腳本項(xiàng)目，并且有一個(gè)新的外觀，含三個(gè)滑塊控件、標(biāo)簽（紅、綠和藍(lán)）以及三個(gè)十六進(jìn)制值顯示器。外觀設(shè)計(jì)如圖5所示。其同時(shí)也顯示了信號鏈路管理器的配置-一個(gè)新添的不可見表格控件，用以將OpenBu

14、s自定義數(shù)字IO輸岀鏈接到滑塊控件。每個(gè)滑塊都使用相應(yīng)的虛擬信號鏈路鏈接到各自的設(shè)計(jì)信號。例如，圖6顯示了紅色滑塊控件的 SignalLink 屬性，而滑塊值（可配置的最小值為0，最大值為 255 ）可從設(shè)計(jì)上運(yùn)行的嵌入代碼中的自定義數(shù)字IO讀取。ral DeckEditing SlgrulLi nkMonngcr 1 StgnolLInfcsDesign SignalVirtual Signs! Links處 >4* C >tvE9 CTCL.reSk (ID - 0)>L £何戸汨込?JI RED7.,0TL CltL.DE 產(chǎn)一勞 E E ”山j(luò)i.J-L C

15、TPIjx BLUE7 r0Q-TtrL圖5 : Na noboard 儀腳本表格和信號鏈路管理器液晶十六進(jìn)制顯示器的更新由腳本項(xiàng)目中滑塊腳本表中的On Cha nge 事件控制，其反映了滑塊的值（十六進(jìn)制形式），并且當(dāng)用戶使用主機(jī)鼠標(biāo)更改滑塊位置時(shí)，該值也會自動改變。5lXnn(Tool Tippt None5ignalLinki匚>:T：-ji5mallTick5(TlristrumentTlcksFloat)Value0ValuBlncrenent1圖6 :紅色滑塊控件信號鏈路此設(shè)計(jì)的嵌入項(xiàng)目相對簡單些，包括LED控制器的驅(qū)動程序、UART和自定義數(shù)字 10。因此,此處僅描述了主循

16、環(huán)和數(shù)字IO讀取程序，如表 1中顯示。ititr(void)Tn i T 1 A 1 i z-S (); whllG (1)/ JaMJT C?tJ tjDtlt：uart3PCC5L2, 22 r / 5tart with 總22-birt0) ; / Send a 0 in Che flrsz sloe /I-J aGrcora and 邛Hu亡for (int i - 0; i c1+). 'I g jj =“ 1led set £nty (JT.ztr-1 i / / MimicrL J7Dc?r Loue 1¥/DMV buffer qlt 匸 to 11

17、 gh c sfcr tint i = 0; L < 512; i+)1while (!uartBtransmitbuffrea(DNX512); /Wa-ic 口門匸丄上 room to send rrore stuff jar tC Liitclhj.r (.:二；.：<： .li J);uint8 t.c.iek y. v.i 1 u*.t uintC t:.、/ ifvzi te thm 勇七m if thmI id and tfte basejze(r i gric: < 16Vfil idre tu m 4+ .：.);*WS . - . '.4. - J

18、IE ,=”1IX; turti 0 ;表1 ：主源代碼循環(huán)和數(shù)字10讀取程序Initialize ()用于設(shè)置驅(qū)動程序并配置 WB_UART8 使其傳輸字符延遲兩位間隔，從而有效 地提供2個(gè)額外停止位(即使WB_UART8的硬件固定為一個(gè)停止位)。這就照顧了 DMX-512協(xié)議要求的最低 2個(gè)停止位，如上一篇文章中所討論。其次，在主程序循環(huán)的開始，將在每個(gè)DMX 幀的開始調(diào)用 uart8_putbreak (DMX512, 22)以發(fā)送所需的最低 22位 BREAK (低 級)。緊隨 BREAK 之后，將使用 uart8_putchar (DMX512, 0)傳輸一個(gè) NULL (零)字 符

19、， 這是保留的 零槽”表示以下 512個(gè)槽含有調(diào)光通道 0到511的值。在主循環(huán)中，將使用desk_get_value (i)讀取控件腳本表上的三個(gè)滑塊值并將其放到512字節(jié)的數(shù)組變量的前三個(gè)字節(jié)部分，DMX_Table i 用于 DMX - 512 的緩沖器。這三個(gè)值還將被放到 LED控制器的前三個(gè)LED通道中，作為 NB3000 (LED 0) 上的首個(gè) LED中的紅綠藍(lán)芯片。主循環(huán)的最后一部分只是將變量DMX_Table i 的所有512個(gè)字節(jié)按順序地從RS-485端口輸岀，連接到燈具菊花鏈的DMX - 512 輸入。此代碼只使用了前三個(gè)通道，您可以根據(jù)需要擴(kuò)展該項(xiàng)目，最多可使用511個(gè)

20、通道。圖7顯示了 Altium Designer 中的項(xiàng)目層次結(jié)構(gòu)，腳本和嵌入的項(xiàng)目都被鏈接到了FPGA項(xiàng)目 帶滑塊的腳本控件表也在工作中。同時(shí)，拍攝了 RGB LED 照墻燈具的照片，如圖8所示。燈具的基址設(shè)置為000，這樣紅綠藍(lán) LED將分別是通道 0、1和2。 ' fcllium Oesigiur朗咗中屮1 .JVPr&f)ft£? lw-<卜圖円'如* 4 a I wr-CCt* d LMT- iCC-5EM««re 蟲心h 甘旳T BF | w *4 i7DlMW JmPblNgDnlgAUChlfML 0 * 4幽-嚴(yán)1*

21、$盟幣pMX-C*閆L$ a* * |F2m nr Qr二 hglune Ed MX CanliaL1ce &oct#rn?rr % d Rljfi _：iE：*-i.IXPljF叫DATIJTT*<*!? _2iT c-p h >弟帥讓日地門.* itaJWefl*屮 "y ME jnblOOOal口IB uJ小J亡噸_1i.B I b J jut*劃凹 rLj£lXYi".'；( i>b.F'qt “血-心購”皿旳砂：Wlf"'f -lib'-J ftMmti工旳IMUflEI護(hù)ACEfii

22、tfmPjnrwME TDO|DHXCDntnlDMk* -嚴(yán)二二二 IJP TK?-=吩i/miftJSkJOOO"Jhli±icj L n n 匸口mpnri1SowccSatJzrE>e 1 ncrqlBon匿3，： by 一珂mhIDaciBwilEVi受先皿億DU睛C WncunMnti AndHwdan'Mv1 Do<xnenis| U.CTFILPE 5K MANOWKRCU CW?I SlTqp¥ tQramr*r 兇 $Hngbtn 瀘如MDnBMttWy Batttftl 勺p ,(C Dac.Pieris護(hù)上於硏 心總刑

23、初乎 Dwt曠，屈y Friec 警Sy： fem Cjugri C-Cfnpiei Hfi& IfTtwnnlg jfHDL 5 bppbti 1nloihMt<i圖7 : RGB DMX 控制器項(xiàng)目和主機(jī)上運(yùn)行的腳本圖8 :受RGB DMX 項(xiàng)目控制的 LED 照墻燈。計(jì)2:使用TFT觸摸板的RGB取色器此設(shè)計(jì)是 Na noboard 3000 探索系列練習(xí) 13 ( “LED觸摸屏控制”的一個(gè)變本。只是稍微進(jìn)行了一些修改和擴(kuò)展以包含WB_UART8 硬件和驅(qū)動程序，以及一些額外嵌入的代碼，用以將RGB顏色值從 TFT取色器傳輸?shù)?DMX-512 RGB 照墻燈。有關(guān)DS00

24、13教程文檔的詳細(xì)信息，請參閱Nanoboard 3000信息站點(diǎn) http:/nb3000.altium.eom/intro.html 并點(diǎn)擊 培訓(xùn)教室”鏈接。圖9 :從TFT LED 控制器(DS0013) 更新的OpenBus 文檔。圖9顯示了更新的 OpenBus 文檔。您可以在這里查看WB_Multimaster ，用以在 TFT控制器(WB_ILI9320_1) 和CPU 之間共享屏幕緩存RAM。還包括了可選的 WB_BOOTLOADER用以在啟動時(shí)從 SPI閃存啟動應(yīng)用程序，另外還有SPI總線和輔助 TFT觸摸傳感器的觸摸屏控制器核心。現(xiàn)有的項(xiàng)目使用了所有這些元素及NB3000

25、LED，但是這里我們又添加了WB_UART8 (DMX_UART)，并在頂層原理圖上將其連接到了RS-485 接口，與之前的設(shè)計(jì)一樣。剩余的修改只是添加了一些用于WB_UART8 的其他軟件平臺驅(qū)動程序(進(jìn)行了配置以禁用和使用外圍IP核心中包含的硬件緩存器，如圖10中所示)，還有在嵌入的C代碼(用以更新 和傳輸DMX輸岀的三色(RGB)值)中也添加了一些功能Devree StacksLhtt rewdriver4.1>L UP1 otiichscreen. PtnDeiettorUAR Tkotl Df iwer -DM5S12斤、”Yt*A 卄 1 intertdceDPifi.JL1

26、23Z0_L >5t'lTC<CTSC«UAHI 亦1*沖1JIPFH T int缶九"ii 舊:vnIGilt IT 剛UE UAHI SrntAt Huit DlrviII芒一池門:.-V*厲.bUT.ITin.Mh HiJVl叮世gy誕I m小T叭r；-L a 剛b hk- - (tif 'iu,bu伽. lh'?utJuiLiJJ I report frwn FPGAj Add Mew Wrapper.j Gicw Stack Up.圖10 :用于設(shè)計(jì)2的軟件平臺 WB UART8 驅(qū)動程序配置。表2中顯示了更新的嵌入代碼。為了清

27、楚起見，這里忽略了每項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)詳情。它們的基本功能如下：ini tialize()初始化所有的外設(shè)驅(qū)動程序并把用戶帶進(jìn)TFT觸筆校準(zhǔn)程序，然后會在 TFT面板上 顯示取色器位圖。poi nter_update ()檢查觸摸面板的狀態(tài)，如果用 戶觸摸屏幕，則它將會使用當(dāng)前壓力施加位置的X和Y坐標(biāo)更新 pointer_state結(jié)構(gòu)。在這種情況下，pointer_update ()將返回 True。 graphics_get_pixel()調(diào)用以返回上面所提到的X,Y位置的像素顏色，然后傳遞給set_all_leds()。set_all_leds()用以將 NB3000 LED 設(shè)置成用戶所選擇的顏色，并還將返回一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)RGB數(shù)組，其中含有紅綠藍(lán)通道值的三字節(jié)數(shù)組。send_dmx ()然后使用 UART將RGB數(shù)組數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸彰鳠艟?。J/ x -.jr* f j-1 r -i 'i t < i m - y ci：/ m P)>y!in-J_djTLK :;表2 :更新的用于設(shè)計(jì)2的嵌入式項(xiàng)目中的主代碼循環(huán)設(shè)計(jì)3： LED搖頭DMX控制器此設(shè)計(jì)是對前面設(shè)計(jì)的進(jìn)一步擴(kuò)展，添加了觸摸屏功能和一些附加通道映射，用以控制13個(gè)通道的 智能”照明燈具。此設(shè)計(jì)使用的燈具是一個(gè)微