同步DMX512在LED控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)-設計應用

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引言

DMX512協(xié)議是由USITT（美國劇院技術協(xié)會）發(fā)展成為從控制臺用標準數(shù)字接口控制調(diào)光器的方式。DMX512超越了模擬系統(tǒng)，但不能完全代替模擬系統(tǒng)。系統(tǒng)是基于沿著屏蔽導體雙絞線的向下對稱發(fā)送而建立的。這種纏繞結(jié)構確保所產(chǎn)生的干擾會同樣地作用于兩個信號，因此保證了一致的數(shù)字定相。所用的導線應該是由一條或兩條雙絞線、箔片和編織篩所構成的合適的數(shù)據(jù)導線。對稱音頻導線則不能完成這個工作。DMX512的簡單性、可靠性（假如能夠正確安裝和使用的話?。┮约办`活性使其迅速成為資金允許情況下選擇的協(xié)議，除了調(diào)光器外，一系列不斷增長的控制設備就是證據(jù)。DMX512仍然是科學上的一個新領域，具有在規(guī)則基礎上產(chǎn)生的各種奇妙技術。

DMX512標準要求每個燈具都要有一個控制器，而每個燈都要設置地址很麻煩，異步傳輸方式也很麻煩。針對此缺點，本文提出了基于SD5128的同步DMX512的LED控制系統(tǒng)設計。本文給出了同步DMX512實現(xiàn)的軟硬件設計方法，在硬件上增加了存儲接口芯片以實現(xiàn)燈光控制數(shù)據(jù)的移動存儲，具有更好的拓展性。

同步DMX512是采用同步MX512總線（用一根線實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的移位和置入）的同步串行傳輸?shù)姆绞?，吸取了DMX512和SPI移位總線兩者的優(yōu)點。同步DMX512在電氣特性、數(shù)據(jù)結(jié)構方面與DMX512協(xié)議大致相同，采用同步傳輸?shù)姆椒▉磉M行兩線移位傳輸，并且采取了SPI一位傳輸?shù)姆椒▉肀苊釪MX512協(xié)議的地址設置問題。同步DMX512保留了DMX512的電氣特性，故在燈與燈之間的距離不是很遠的情況下，不使用RS485總線。

1DMX512燈光控制協(xié)議

DMX512協(xié)議是一個數(shù)字調(diào)光協(xié)議，應用它能夠?qū)ξ枧_、劇場、演播室等場所的調(diào)光器以及其他的控制設備進行數(shù)字控制，適用于一點對多點的主從控制。其互聯(lián)形式采用了多點總線結(jié)構，不存在信息通路阻塞問題，可靠性較高。

協(xié)議規(guī)定控制信號數(shù)據(jù)包的傳輸通過異步通信的方式進行。一個DMX512數(shù)據(jù)包包含起始碼和512個數(shù)據(jù)幀。每一幀數(shù)據(jù)包括1位低電平起始位、8位數(shù)據(jù)位、2位高電平停止位。一個數(shù)據(jù)幀代表一個控制通道，因此該協(xié)議支持512個控制通道。DMX512協(xié)議的幀結(jié)構與數(shù)據(jù)包結(jié)構如圖1所示。

2SD5128及其同步DMX512協(xié)議

新一代單線LED控制芯片，體積更小，集成度更高。采用全新的數(shù)字編碼傳輸方式，集成全數(shù)字鎖相環(huán)電路，內(nèi)置三通道8位PWM調(diào)光控制器，可級聯(lián)1024顆芯片。SD5128能夠提供24mA的輸入輸出電流驅(qū)動能力，在LED像素燈應用中，只需要極少的外圍元器件配合，SD5128數(shù)據(jù)傳輸速度為768Kbps~1.5Mbps.非常適合各種超小型像素燈與點光源的應用。8226;技術特點：1.集成全數(shù)字鎖相環(huán)電路.2.采用獨創(chuàng)的單線I/O控制總線，無需設置地址.3.無需晶體，少量外圍電路.4.1024顆芯片級聯(lián)的能力.5.提供三路RGBPWM調(diào)光控制，實現(xiàn)24位色彩.6.高達24mA驅(qū)動電流的集開門輸出.7.8位控制數(shù)據(jù)，實現(xiàn)256級灰度控制.8.SOP8或者DIP8封裝SD5128的幀結(jié)構與數(shù)據(jù)包結(jié)構如圖2所示。

圖2中，數(shù)據(jù)幀和結(jié)束符都是高位先移入，每個數(shù)據(jù)位在時鐘的上升沿被采樣，下降沿被打出；個數(shù)據(jù)幀對應距移入端近的LED燈，N表示芯片數(shù)量。結(jié)束符=1位"0"+24位"1",但在實際編程中，按字節(jié)發(fā)送1位的"0"和31位的"1",所以結(jié)束符實際為"0x7FFF-FFFF".

對比圖1與圖2,可以發(fā)現(xiàn)SD5128的幀結(jié)構和數(shù)據(jù)包結(jié)構比DMX512更簡潔。SD5128幀結(jié)構沒有起始位和停止位，數(shù)據(jù)位從8位增加到24位（8R+8G+8B）；SD5128的數(shù)據(jù)包包括24×N位數(shù)據(jù)（即N幀數(shù)據(jù)）和1個結(jié)束符，沒有DMX512的MTBP位、BREAK位、MAB位、SC位。更簡潔的數(shù)據(jù)結(jié)構對實現(xiàn)快速的同步DMX512協(xié)議有很大的作用，SD5128的單線級聯(lián)移位串行控制使控制系統(tǒng)更加簡潔，接線更加簡單。

SD5128的級聯(lián)方式能實現(xiàn)多像素點控制，每個SD5128控制一個LED像素點，級聯(lián)方式如圖3所示。

3LED控制系統(tǒng)設計

3.1硬件設計

硬件結(jié)構如圖4所示。相比傳統(tǒng)的DMX512主從控制模式要簡單很多，只有一個主控制器（MCU）、級聯(lián)的SD5128芯片和存儲DMX512數(shù)據(jù)文件的USB接口芯片。

SD5128與RGBLED燈的連接方式如圖5所示。可以實現(xiàn)單色256個灰度變化以及2563種混合顏色變化，達到更好的混色效果。

USB接口選擇南京沁恒電子公司研發(fā)的USB接口芯片CH375,采用被動并行接口方式。CH375工作在主機方式下，主要實現(xiàn)單片機讀U盤功能以及對燈光數(shù)據(jù)的移動控制，增強了可拓展性和易用性。CH375與MCU的接口電路如圖6所示，CH375的D0~D7與MCU的P1總線相連。

3.2軟件設計

MCU（MicroControlUnit）中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer）或者單片機，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時計數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制。

MCU通過讀取U盤中存儲的燈光控制文件來實現(xiàn)對LED燈的控制。U盤中可以存放多個文件，且每個文件都是一組數(shù)據(jù)的組合，并以文件名區(qū)分和識別。CH375提供了U盤文件級子程序庫，MCU可以直接調(diào)用子程序庫讀寫U盤中的燈光控制數(shù)據(jù)，無需考慮文件系統(tǒng)，這不僅降低了研究難度，而且也降低了綜合開發(fā)成本。主程序流程如圖7所示。

當確定U盤插入時，先搜索U盤里指定文件的個數(shù)，再讀取指定的文件，判斷該文件的大小，打開文件并發(fā)送一組控制數(shù)據(jù)。當一組控制數(shù)據(jù)的末尾是0x7FFFFFFF時，說明是一組控制數(shù)據(jù)的結(jié)束符，再發(fā)送下一組控制數(shù)據(jù)，直到文件中數(shù)據(jù)發(fā)送完為止，關閉文件并打開下一個文件。這樣，U盤中多個文件可以組合成絢麗的控制效果