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基于dmx512协议的景观灯控制系统研发 中文摘要 i 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 中文摘要 城市景观灯照明工程十分必要，一个城市的道路、社区、广场的照明都直接显 示一个城市的亮点，能使人们感受到这个城市的活力与魅力。由于 led 的环保、 小型、节能、寿命长、隐蔽性好、亮度高、组合变化多等优势，正在逐步代替原有 景观照明光源，大举进军景观灯照明市场。当下景观灯照明需求巨大，研发一款速 度快、可靠性高、能动态控制大面积 led 灯具的景观灯照明系统是富有竞争性和 实用性的课题。 本文主要针对基于 dmx512 协议的景观灯控制系统进行研究和设计。 首先， 分 析了 led 半导体照明系统良好的发展趋势。提出并设计了基于 dmx512 协议的景 观灯控制系统总体架构，经过几种微控制器选型对比，确定符合该系统的核心控制 器。然后根据系统功能特点设计合理的硬件平台，运用 mdk4.0 集成开发环境和 quartus ii 9.0 开发环境进行软件编程。最后，对系统进行综合调试与分析，并解决 一些实际应用中遇到的问题。 整个景观灯控制系统主要由主控制器、分控制器和上位机场景转换软件 3 部分 组成。上位机场景转换软件用来处理动画编辑软件生成的动画数据，根据工程所需 的分控数、每个分控端口数、场景编号等参数并采用本文提出的压缩算法对动画文 件进行压缩处理，压缩后的场景文件放入 sd 卡中，插入主控制器卡槽即可自动地 播放场景文件。主控制器通过交换机和各个分控制器相连，数据通过以太网传输， 速度快、带宽高，能够满足景观灯控制系统中大规模灯具及控制实时性的要求。场 景数据由主控制器发送，每个分控制器可自由配置端口数，一个分控制器最多有 8 路 dmx512 信号输出， 每一路最多搭载 512 个 led 单色点光源或者 170 个 rgb 全 彩 led 光源。本控制系统设计合理，易于操作，在工程应用中可使系统的故障率 大大降低，系统稳定性高。 关键词关键词: 景观灯，嵌入式系统，场景数据压缩，dmx512 协议 作作 者者：王凯华 导导 师师：陈小平 abstract landscaped light control system development based on dmx512 protocol ii landscaped light control system development based on dmx512 protocol abstract the urban landscape illumination project becomes very important for a city, because people can always directly get pleasure and happiness from even the beautiful illumination on a road, in a community or on the square. the traditional illumination is giving place to led illumination for its advantages as environmental protecting, compact, energy-saving, long-life, concealing, bright and versatile. the landscape marketing expands so quickly that developing highly realiable landscape illumination system featuring of dynamically controlling large quantity of leds becomes a highly practical and competitive subject. this article mainly illustrates the design and implementation of the landscape illumination control system based on dmx512 protocol. first of all, it reveals the quick developing status of led illumination and the bright future. it then brings up the idea of designing the led illumination system based on dmx512 protocol. it explains how we choose the proper micro-processor through comparisons. secondly, it explains how to design the proper hardware platform based on these feature requirements. then we make use of mdk4.0 and quartus ii 9.0 for software programming. finally, we do overall debugging and analysis for the system and resolve the encountered issues during practice. the overall landscape illumination control system is composed of main controller, divided controller and conversion software running on the computer. the conversion software is responsible of processing the raw animation data and do further compressing according to specific compressing algorithm. the compressed file will be placed on sd card and the animation can be automatically played once we insert the sd card into the main controller. the main controller interacts with the divided controller by a switch. the data is transferred through ethernet so that its feature of high speed and high throughput landscaped light control system development based on dmx512 protocol abstract iii can meet the real-time control requirement. the scene data is transferred by the main controller and the divided controller has maximum of 8 ouput channels with each channel loading up to 512 mono-point or 170 rgb full-color leds. the whole landscape illumination control system is designed properly, easy to practice and has low fault rate and high reliability. key words: landscape lights, embedded system, scene data compression, dmx512 protocol written by: kaihua wang supervised by: xiaoping chen 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题背景及研究意义 . 1 1.1.1 led 半导体照明 . 1 1.1.2 led 半导体景观灯照明的研究意义 . 2 1.2 国内外研究现状 . 3 1.2.1 国外 led 半导体照明研究现状 . 3 1.2.2 国内 led 半导体照明研究现状 . 3 1.3 本论文的主要内容与章节安排 . 4 1.3.1 论文主要内容 . 4 1.3.2 论文章节安排 . 5 第二章 景观灯控制系统总体设计方案 . 6 2.1 景观灯控制系统功能分析 . 6 2.2 景观灯控制系统总体架构分析与系统设计 . 6 2.2.1 控制系统总体架构分析 . 6 2.2.2 arm 技术与嵌入式处理器选择 . 7 2.2.3 fpga 技术与可编程逻辑器件选择 . 9 2.2.4 dmx512 协议与应用 . 10 2.3 本章小结 . 10 第三章 景观灯控制系统的硬件设计 . 12 3.1 主控制器硬件设计 . 12 3.1.1 lm3s6965 微处理器模块设计 . 12 3.1.2 以太网接口模块设计 . 15 3.1.3 sd 卡接口模块设计. 17 3.1.4 液晶与按键模块设计 . 19 3.1.5 电源模块设计 . 22 3.2 分控制器硬件设计 . 25 3.2.1 ep2c8t144c8 设计 . 25 3.2.2 arm+fpga 双处理器架构. 28 3.2.3 符合 dmx512 协议的串口硬件设计 . 28 3.3 本章小结 . 29 第四章 景观灯控制系统的软件设计 . 30 4.1 景观灯控制系统的主控制器软件设计. 30 4.1.1 fatfs 文件系统的移植 . 30 4.1.2 uip 的移植 . 34 4.1.3 lcd 和按键的人机交互设计 . 37 4.1.4 主控制器控制流程. 38 4.2 景观灯控制系统的分控制器软件设计. 39 4.2.1 dmx512 调光协议 . 39 4.2.2 verilog 简介 . 41 4.2.3 fpga 实现多路串口 . 41 4.2.4 fpga 与 arm 的数据传输控制 . 42 4.2.5 分控制器控制流程. 43 4.3 场景编辑软件设计 . 44 4.3.1 基于 labwindows/cvi 的上位机编程 . 44 4.3.2 场景数据的压缩算法 . 45 4.4 本章小结 . 46 第五章 景观灯控制系统的调试与分析 . 48 5.1 总体测试方案 . 48 5.2 windows 下网络数据的捕获 . 48 5.3 dmx512 信号分析与数据捕获 . 50 5.4 场景转换软件调试 . 51 5.5 现场调试与问题解决 . 53 5.6 本章小节 . 54 第六章 结论与展望 . 55 参考文献 . 57 攻读硕士学位期间公开发表的论文 . 59 附录 1 实物照片 . 60 附录 2 景观灯控制系统电路图 . 62 致 谢 . 67 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 课题背景及研究意义 1.1.1 led 半导体照明 20 世纪中叶，市场上出现了第一批 led 产品，经过 60 多年的发展历程，led 产品在技术上取得了长足的进步。 现在 led 的发光效率已达到 70lm/w(流明/瓦特)， 辐射光的颜色形成了包含白光的多元化色彩，并且寿命可达到数万小时1。特别在 近几年，led 的产品质量提高了近 10 倍，而制造成本已下降到早期的十分之一。 这种趋势还在进一步的发展中，从而使 led 成为信息光电子新兴产业中极具影响 力的产品。 led 是发光二极管（light emitting diode）的简称2。顾名思义，发光二极管 是一种可以将电能转化为光能并具有二极管特性的电子元件。 led 器件的制造目的 就是为了得到光，所以它的结构与普通半导体二极管并不一样。根据不同的结构和 材料，led 发光的颜色也是不同的。led 是通过 pn 结实现电光转换的，在实际运 用中，具有以下几个特点： 节能。led 的能耗较少，随着科学技术的进步，它将成为一种新型的节能 照明光源。目前，白光 led 的出光效率已超过了普通白炽灯的水平，但比荧光灯 及 hid（high intensity discharge）灯低，现在正在使用的是 30-40lm/w，比白炽灯 高 2-3 倍，大约是荧光灯和 hid 灯的 1/2-1/33。近年来随着 led 技术的不断发展， 发光效率逐年提高，很快就可以达到 100lm/w，有望赶上荧光灯和 hid 灯。 结构牢固。led 是用环氧树脂封装的固态光源，其结构中没有玻璃泡、灯 丝等易损毁的部件，因此能够经受住振动、冲击而不致引起损坏。 寿命长。led 芯片的寿命是半永久性的，而作为光源的寿命还取决于组装 材料、封装材料品质的优劣。一般 led 光源的寿命长达数万小时，是白炽灯的数 十倍。 环保。现在广泛使用的荧光灯、汞灯等光源中都包含有危害人体健康的汞， 这些光源的生产过程和废弃的灯具也会对环境造成污染。led 则没有这些问题，发 出的光颜色纯正，不含紫外或红外的辐射，是一种清洁的能源。 第一章 绪论 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 2 “led”半导体发光被称作“第四代光源”4，与“第一代光源”的篝火， “第 二代光源”的白炽灯， “第三代光源”的荧光灯相比，led 半导体的发展空间可以 说是无限的。从实际运用的角度看，由于其体积小、抗震性强、耐候性好、响应时 间短等优点，可以说具有无限的应用领域及范围。 led 半导体光源除了具备发热量少、维护量少、光色可变、寿命长等诸多优点 之外，更重要的是具有巨大的节能潜力。虽然，led 半导体走向市场的时间不长， 但它已显露出众多不同于传统光源的优势。因此，不论是从发展与应用速度，还是 从理论光效极限，发光机理来看，led 半导体都堪称一种崭新的光源5，因此称其 为“第四代光源”或“第三代电光源”是名符其实的。 1.1.2 led 半导体景观灯照明的研究意义 景观灯照明工程十分必要，一个城市的道路，公园的照明，社区的照明，广场、 商业中心的照明都直接显示一个城市的亮点。对于江河两岸的广告屏，采用 led 器件是最好的选择，它要比霓虹灯省电，耐用，不需要经常维修，霓虹灯使用高压 电供电， 一旦损坏高压电源会产生潜在的危险。多彩变幻的色灯、广场上的照明灯、 水池灯、线条灯、彩虹管等，都可以用 led 半导体照明，而且安装十分方便，电 压低，抗震性能好6，安全性高，颜色可以多种多样，颜色和亮度都可按事先编辑 的场景变换， 十分美观。 城市高楼、 大型建筑物、 游船、 桥梁等， 都可在其上用 led 做成轮廓灯、护栏灯、墙灯、灯柱，装扮的十分美观。北京、上海、重庆、厦门等 许多城市的景观灯照明都采用了 led 照明，不仅把城市装扮得越来越漂亮，而且 节约了大量的能源。 led 用在景观灯照明领域，除了无汞、节能、节材、环保等优点之外，还有如 下优点： 低压供电：无高压环节，使用安全，绝缘开销少，可靠性高。 结构简单：固体光源体积小，不漏气，无气体密封问题，耐冲击。 附件简单：无启动器，镇流器或超高压变压器。 可控性好：响应时间快，可反复频繁亮灭，基本无惰性。 轻质结构： 对 led 光源做成灯具的强度和刚度要求低， 可用轻质材料做成， 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 第一章 绪论 3 从而减少整个灯具的重量。 色彩丰富：用 rgb 三基色作光源，可控制演变任意色彩，可控制颜色变换 和闪烁。 led 景观灯将沿着多学科交叉融合发展，并朝着艺术化、智能化的方向发展， led 以其独特的优势， 正在逐步替代原有景观照明光源， 大举进军景观灯照明市场。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外 led 半导体照明研究现状 led 以其节能、环保、长寿命的特点迅速占领市场，日本、美国、欧洲都相继 制定了相应的国家半导体照明计划。 日本于 1998 年在世界率先展开了“21 世纪光计划”7，在日本政府的大力扶 持下，led 照明产业成长迅速。日本出于三方面考虑，积极实施“21 世纪光计划” ， 一是为了节能，二是为了减排，三是为了产业领先。一旦 led 照明普及，每年将 会减少 340 万吨的二氧化碳，无疑为京都议定书中的碳排放量减少增添了一剂强心 针。 “21 世纪光计划”的一期计划强调 led 技术的基础性研究。实现了 2005 年之 前生产出能够替代白炽灯的第一代普通照明 led 光源。它们在 gan 蓝、绿光 led 等领域突破了一批产业关键和共性技术，并在世界范围内设立了专利网，形成了日 本在 led 产业的国际领先优势8。 美国提出的“下一代照明计划” （next generation light plan）于 2000 年列入能 源法案。计划预计完成时间为 10 年，一共耗资 5 亿美元，该计划旨在使用固态光 源来替代传统灯泡9。该计划的实施，减少了污染物的排出，预计到 2025 年，固态 照明光源的使用将使照明用电减少一半，从而带来巨大的财政收益。 欧盟彩虹计划(rainbow project brings color to leds)在 2000 年 7 月正式启动， 并于 2003 年 7 月结束，希望通过应用半导体照明实现高效节能，不使用有害环境 的材料，模拟自然光的目标10。 1.2.2 国内 led 半导体照明研究现状 第一章 绪论 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 4 2003 年 6 月，我国由科技部带头成立了跨部门、跨地区、跨行业的“国家半导 体照明工程协调领导小组” 11， 提出了我国实施半导体照明计划的总体方针， 在 “十 五”攻关计划中紧急启动半导体照明产业关键技术，结合制定国家中长期发展规划 和第十一个科技五年计划，研究出中国半导体照明产业发展的总体战略和实施方 案。创新引导趋势，科技引领未来。在节能环保的热潮下，在国家相关政策的激励 下，各地纷纷出台鼓励 led 发展的政策，并加快 led 产业的布局和发展，逐步形 成产业特色。随着环保节能政策力度加大，城市景观照明市场繁荣，产业结构优化 等利好因素的刺激下，我国半导体照明行业继续保持快速增长的良好发展势头。 1.3 本论文的主要内容与章节安排 1.3.1 论文主要内容 结合上述的 led 半导体照明和国内外发展现状的介绍，本文主要针对基于 dmx512 协议的景观灯的控制系统进行研究和设计。首先，提出并设计基于 dmx512 协议的景观灯控制系统总体架构，经过几种微控制器选型对比，确定符合 该系统的核心控制器，分析了 led 半导体照明系统良好的发展趋势。然后，根据 系统功能特点设计合理的硬件平台，运用 mdk4.0 集成开发环境和 altera 公司 的 quartus ii 9.0 开发环境进行软件编程。最后，对系统进行调试与分析。 本系统基于两个处理器平台，一个是以 lm3s6965 微处理器为核心的主控制器 单元；一个是以 arm 和可编程逻辑器件 fpga 为核心的分控制器单元。在 lm3s6965 微处理器平台上，从 sd 卡中读取信息，通过以太网发送到分控制器， 主控制器带有按键功能、液晶显示及菜单选择功能。在分控制器中，主控制器通过 以太网发送场景数据给分控制器，分控制器通过 arm 来接收发送过来的数据，这 些数据经过适当处理之后， 再通过arm的spi接口发送给fpga。 fpga通过verilog （硬件描述语言）可配置成为多串口形式，这些串口可独立的配置各自的波特率， 数据位个数，奇偶校验位等。用硬件实现串口功能，可靠性高，数据不容易出错， 实现效果好。 本论文的主要工作内容如下： （1） 主、分控制板硬件设计 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 第一章 绪论 5 （2） 主、分控制器软件设计 （3） 场景文件的压缩算法 （4） 现场调试与实验结果分析 1.3.2 论文章节安排 全文共分为 6 章，主要研究工作以及章节安排如下： 第一章 绪论。首先介绍 led 半导体照明的研究背景、led 景观灯照明的研究 意义及国内外发展现状；其次，给出本论文的主要内容和章节安排。 第二章 景观灯控制系统总体设计方案。本章首先分析了景观灯控制系统的功 能， 然后介绍了系统的总体构架， 并针对系统的两个主要部分进行了硬件选型分析、 方案选择。 第三章 景观灯控制系统的硬件设计。包含主控制器和分控制器的硬件设计。主 控制器包含 lm3s6965 微处理器的设计，网络接口模块设计，sd 卡接口模块设计， 液晶与按键模块设计，电源模块设计；分控制器是 arm+fpga 双处理器架构，介 绍符合 dmx512 协议的串口硬件设计。 第四章 景观灯控制系统的软件设计。 根据景观灯系统要实现的功能进行软件设 计，主要涉及实现方法及软件程序流程图描述。其中主要包括文件系统的移植、数 据传输控制及场景编辑软件等。 第五章 景观灯控制系统的调试与分析。给出控制器总体测试方案，分析 dmx512 信号并通过软件进行网络数据捕获，介绍现场调试时所遇到的问题及解决 方法。 第六章 总结与展望。本章节对本论文所做的工作进行总结，评价在设计过程取 得的成果和存在的不足，对该控制系统的市场运用前景和功能扩展提出看法。 第二章 系统总体设计方案 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 6 第二章 景观灯控制系统总体设计方案 2.1 景观灯控制系统功能分析 景观灯控制系统不同于一般的照明系统，它旨在实现 led 灯具的场景变换，以 达到艺术化的效果，是新一代的智能化照明控制系统。相比于已有的照明系统，景 观灯控制系统应具备速度快、规模大、场景变化丰富、安装与维护简单、拥有友好 的人机互动界面等优点。系统主要包括带网络接口的主控制器、具有多路输出的分 控制器，其主要功能特点分析如下。 （1）景观灯控制系统运用场合多变，能控制符合 dmx512 国际标准协议的灯 具。在灯具调光和控制中，人们大量采用了 dmx512 的控制协议，系统中需要用到 的灯具类型有护栏管、数码管、像素管、柔性彩虹管、投光灯、点光源等。 （2）景观灯控制系统能控制规模庞大的灯具。系统采用主控加分控的形式，主 控最大可连接 30 个分控，每个分控都有 8 路 dmx512 信号输出，每路可接 512 个 地址 （如 1 个有 24 个地址的 led 灯， 可接 21 盏） ， 分控最多可扩展到 16 路 dmx512 信号输出，满足大部分场合的应用需求。 （3）控制器控制具有实时性，可通过主控制器上液晶及按键设置和保存参数， 支持播放速度调节，支持场景变化模式选择，可循环播放或指定某一场景播放。场 景文件采用 sd 卡存储，可以方便地更改场景文件。 （4）友好的上位机场景编辑软件，能方便快捷的实现多种场景编辑，从而控制 led 景观效果。对于场景数据，需要研究高效的压缩方法，减轻主控器与分控制器 之间的传输压力，使得主控制器所能连接的分控制器数目大大增加。 2.2 景观灯控制系统总体架构分析与系统设计 2.2.1 控制系统总体架构分析 根据上一节中景观灯控制系统功能特点的分析，考虑到景观灯控制系统的多变 性和实时性，整个景观灯照明系统主要由上位机场景软件、主控制器、分控制器和 灯具组成。系统总体架构如图 2.1 所示。 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 第二章 系统总体设计方案 7 上位机场景软件由动画编辑软件和场景变换软件两部分组成。上位机场景编辑 软件用来编辑灯具的色彩变化，编辑完成后，根据现场的具体情况，用专用的场景 转化软件设置分控制器数量，场景编号等参数，生成主控制器能识别的文件，文件 存放在 sd 卡中。 虚线框中为现场安装时的连接示意图。主控制器采用网线（这里网线为直连 接，而非交叉线）与分控制器连接，当系统中只有一个分控制器时，可直接用一根 网线连接，当分控数目大于 1 时，组建网络方式与以太网类似，可采用集线器或交 换机来组网。分控制器有 8 路 dmx512 信号输出，每一路最多搭载 512 个 led 单 色点光源或者 170 个 rgb 全彩 led 光源。 主控制器与分控制器之间通过以太网传输数据，速度快、带宽高，能够满足实 际景观灯控制系统中大规模灯具及控制效果实时性的要求。分控制器与灯具间通过 标准数字调光协议 dmx512 协议控制，抗干扰性强，精度高，易于操作。控制器简 化了元器件的使用，使得故障概率大大降低，控制器的统一，使得线路的信号干扰 明显减少，系统稳定性高。 灯具1灯具n rs485 udp 主控 分控 sdsd 卡卡 上位机动画编辑软件 上位机场景转换软件 灯具1 灯具1 灯具n 灯具n rs485 rs485 图 2.1 景观灯控制系统总体架构 2.2.2 arm 技术与嵌入式处理器选择 arm （advanced risc machine）技术是全球领先的 32 位 risc 微处理器技术， 基于 arm 处理器核，众多芯片生产厂家（如 nxp、intel、samsung 等）生产出不 第二章 系统总体设计方案 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 8 同的微处理器芯片。arm 技术已成为移动通信、工业控制、多媒体数字消费、手 持设备等的嵌入式解决方案 risc 标准。 arm 是微处理器行业的一家国际知名企业，设计了大量高性能、低功耗、高 性价比的 risc 处理器、相关技术和软件。arm 架构是面向低预算市场设计的第一 款 risc 微处理器，是 32 位单片机的行业标准，arm 处理器本身是 32 位设计，但 也配备了 16 位指令集。arm 处理器四大优点是：(1) 低功耗、高性能（稳定可靠） 、 低价格；(2)丰富的可选芯片；(3)广泛的第三方支持，众多的全球合作伙伴；(4)完 整的产品线和发展规划。 arm 处理器产品系列主要有：arm7、arm9、arm9e、arm10、securcore。 其中 arm7tdmi 处理器是目前市场上应用广泛的 32 位嵌入式 risc 处理器。 cortex-m3 内核是一款高新能的内核，它具有以下特点： （1）功耗低； （2）内核门 数少，具有优异的性价比； （3）中断延迟短； （4）调试成本低； （5）具有嵌套向量 中断控制器，与内核紧密结合实现低延迟的中断处理； （6）采用 armv7-m 处理器 架构； （7） 具有可裁剪的存储器保护单元， 用于对存储器进行保护。 表 2.1 为 arm7 处理器与 cortex-m3 处理器的性能比较12： 表 2.1 arm7 与 cortex-m3 的性能比较 根据表格，不难发现 cortex-m3 具有更优良的性能，cortex-m3 内核采用哈弗 结构，即内部的指令和数据总线是相互独立分开的，指令和数据可以从存储器中同 时读取，对多个操作可以并行执行，加快了应用程序的执行速度。本设计选择 cortex-m3 内核的处理器芯片 lm3s6965 进行控制，它是 16/32-bit 的 risc 微处理 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 第二章 系统总体设计方案 9 器， 工作频率最高为 50mhz， 功耗低， 为小型设备提供了微控制解决方案。 lm3s6965 基于 cortex-m3 内核， 内置网络控制器， 有 2 路 ssp 控制， 256kb flash rom， 64kb sram，完全满足本设计的需求。 2.2.3 fpga 技术与可编程逻辑器件选择 现场可编程门阵列 fpga(field programmable gate array)是一种通用型用户可 编程器件。 它既有可编程逻辑器件用户可编程的灵活性， 又有门阵列器件的通用性。 fpga 结构灵活，用户可以通过可编程内部连线、逻辑单元、io 单元的编程来实现 所有逻辑功能。fpga 速度快，功耗低，通用性强，适用于复杂系统设计。目前使 用最多的硬件描述语言有 vhdl 和 verilog。与 vhdl 相比，verilog 有以下优点： （1）代码较少，在描述相同逻辑功能时，vhdl 代码比较冗长； （2）支持自动类 型转换，容易入门，vhdl 对数据类型匹配严格，编程耗时长； （3）支持版图级， 管子级等较为底层的描述，可直接用于集成电路底层建模。 在本设计中，与灯具的通信协议需要用到 uart。一般微处理器自带的 uart 只有一到两个，一般都不会超过 4 个。在本课题中，要想实现多达 8 路 uart，如 只用一片微处理器芯片是不够的， 如果用多片微处理器芯片来实现8路uart的话， 是可以实现的，但是用多片微处理器芯片，uart 之间协调性不高，如需同一时刻 发送数据，实时性不高，而且多片微处理器芯片都需要有各自独立的软件来控制， 所以用这个方案的话，可行性不高。一片微处理器芯片，如 arm 微处理器，虽然 只有为数不多的 uart，但有些人提出可以用软件模拟的方法，把普通的 io 口做 成 uart，这样就可以把为数不多的 uart 变成很多路 uart 了，这个方案经过实 际的测试，发现模拟出来的串口稳定性不高，而且波特率不能设置得很高，所以用 软件模拟的方案也不可行。 使用 pld(可编程逻辑器件)来开发数字电路， 可以大大缩短设计时间， 减少 pcb 面积，提高系统的可靠性13。我们可以自己在 fpga 的软件平台和硬件平台下设计 多路 uart 扩展。 利用 fpga 实现串口扩展的另一优势在于可以利用 fpga 芯片剩 余的资源空间，将其他功能模块整合在一块 fpga 上，这样就很好的节约了成本， 这种优势是其它方案所无法比拟的。 第二章 系统总体设计方案 基于 dmx512 协议的景观灯控制系统研发 10 所以在本课题方案中，采用 fpga 来实现 8 路 uart，arm 微处理器收到以 太网数据后，经分析处理就可以通过 fpga 的多路 uart 将 dmx512 协议发送到 各个 led 终端控制器，实现 led 的控制。 2.2.4 dmx512 协议与应用 dmx512 协议最先是由 usitt（美国剧院技术协会）发展成为从控制台用标准 数字接口控制调光器的方式14。dmx512 协议虽然不能完全代替模拟系统，但却超 越了模拟系统。dmx512 协议的灵活性、简单性以及可靠性使其迅速成为灯具厂商 普遍选择的协议。 dmx512 协议是智能照明系统的主流通信协议之一，dmx512 可以配合 led 驱动组成一个完整的灯具控制系统，dmx512 控制器能够输出标准的 dmx512 控 制信号15。dmx512 控制系统