DMX512控制协议及其实现

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1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2002年9月 第13卷 第3期 照明工程学报 ZHAOMING G ONGCHENG XUEBAO Sep1 2002 Vol113 No13 DMX512控制协议及其实现 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;

2、单片机 The Protocol and Realization of DMX512 Fang Fubo Liu Y ouyuan Chen Dingfang (Wuhan University of Technology,Wuhan 430063) Abstract This paper introduces a digital Multiplexing standard , and the data format , data transmission , cable , con2 nector , terminator are explained. Meanwhile , this pa

3、per provides the scheme to realize the system with hardware and softward. Key words: DMX512 ; 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 , USITT)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

4、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 DMX512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。 111 数据的格式及传输 DMX512协议规定数据以数据包的形式

5、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250kbs ,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 1994-2010 China Academic Journal Electro

6、nic Publishing House. All rights reserved. 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DMX512协议中, M. a. b之后的第一帧数据被称 为“Start2code”,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。 “Start2code”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。DMX512协议规定“Break”信号、M. a.

7、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DMX512协议并未对出 错处理做任何规定。DMX512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 DMX512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。 图2 DMX512数据包格式 112 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

8、可达1km。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X LR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 - ) PIN 3 控制信号正极(Datal + ) PIN 4 可

9、选信号负极(Data2 - ) PIN 5 可选信号正极(Data2 + ) 113 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DMX512系统中所用电缆的 阻抗大约为85150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

10、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 DMX512的数据时序要求,而实现DMX512的关键就 在于满足DMX512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

11、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。 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 95第13卷第3期方福波等: DMX512控制协议及其实现 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 数据时序要求的控制信息数据包,为了达到250kbs 波特率的异步11位数据传送的要求,控制器端单片 机可

12、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口 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 设置串口工作方式 开串口中断 T P311= 0 延时88us以上 P311= 1 F 发送数据帧 延时 清TI 数据包发送完? T 发送下一数据包? F 其他处理程序 图4 发送程

13、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口中断 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,串口中断响应程序执行时间不得超过44us。为 了满足数据的时序要求并提高单片机处理的速度, 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: 开始 设置串口工作方式 设置中断优先级 开外部中断0 其他处理程序 图5 接收端主程序流程图 外部中断0服务程序流程(图6) : 开始 关外部中断0 调用计时子程序 开外部中断1 图6 接收端外部中断0程序流程图 外部中断1

14、服务程序流程和串口中断服务程序流程 (图7和图8) : 开始 关外部中断1 停止计时 计时时间 88us ? F 开外部中断0 T 计时时间 255 ? T R4加1 F T 保存数据 关串口中断 清data标志 开外部中断0 清RI 中断返回 图8 接收端串口中断程序流程图 参考文献 1 Adam Bennette. Recommended Practice for DMX512. London , 1994. 2 Steven B. Carlson. A Guide T our of DMX512. http : www. roscoet. com/ dmxtour. htm, 1996.

15、 3 A Simple Guide to Understanding DMX. http :www. cheaplights. com. 4 Ben Joseph Akiba. DMX512/ 1990 Digital Data Trans2 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. MCS251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、

16、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专业委员会.照明设计手 册.北京:中国电力出版社, 1998 16第13卷第3期方福波等: DMX512控制协议及其实现