DMX512控制协议及其实现.pdf

1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/2002 年 9 月第 13 卷 第 3 期照 明 工 程 学 报ZHAOMING GONGCHENG XUEBAOSep1 2002Vol113 No13DMX512 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

2、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 Realization of DMX512Fang Fubo Liu Youyuan Chen Dingfang( Wuhan University of Technology , Wuhan 430063)AbstractThis paper introduces a digital Multiplexing standard , and

3、 the data format , data transmission , cable , con2nector , terminator are explained. Meanwhile , this paper provides the scheme to realize the system with hardwareand softward.Key words : DMX512 ; Data packet ; controller ; dimmer ; Microcontroller引 言DMX512 协 议 是 美 国 剧 场 技 术 协 会 ( UnitedStates Inst

4、itute 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 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

5、 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

6、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 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 250kbPs , 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

7、 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 Electronic Publishin

8、g House. All rights reserved. http:/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

9、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. 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 。

10、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

11、 输 数 据 , 因 此 数 据 传 输 距离 较 远 , 最 大 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 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

12、 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 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

13、 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 85 150 欧 姆 , 终 结 器 电 阻 阻 值 应 与 电缆 阻 抗 相 匹 配 。2 控 制 系

14、 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

15、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

16、 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 。图 3 控 制 系 统 简 图控 制 器 端 的 主 要 任 务 就 是 发

17、 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. http:/数 据 时 序 要 求 的 控 制 信 息 数 据 包 , 为 了 达 到 250kbPs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

18、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 。

19、为 了 不 占 用 定 时 器设 置 串 口 工 作 方 式开 串 口 中 断TP311 = 0延 时 88us 以 上P311 = 1F 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 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

20、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

21、 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 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 ?TR4 加 1F 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 DMX

22、512.London , 1994.2 Steven B. Carlson. A Guide Tour of DMX512. http : www. roscoet. com/ dmxtour. htm , 1996.3 A Simple Guide to Understanding DMX. http : www.cheaplights. com.4 Ben Joseph Akiba. DMX512/ 1990 Digital Data Trans2mission. http : mouse. host. sk/ download/dmx512. txt , 1990. 4.5 胡 汉 才

23、. 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 、 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

24、 、 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

25、 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 , 199816第 13 卷 第 3 期 方 福 波 等 : DMX512 控 制 协 议 及 其 实 现