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基于DMX512协议的灯光解码控制系统设计 硕士 专业 学位论文论文题目 基于 DMX512 协 议 的 灯 光 解 码 控 制 系 统 设 计 研 究 生 姓 名 陈贤瑜指 导 教 师 姓 名 陈小平专 业 名 称 电子与通 信工程研 究 方 向 嵌入式系 统论 文 提 交 日 期 2012 年 10 月基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 中文摘要 基于 DMX512 协议的灯光解码控制系统设计 中文摘要 科技的快速发展对灯光控制系统提出了越来越高的要求; 同时也由于科技尤其是计算机应用技术及自动化控制的发展, 为灯光控制系统的发展创造了十分有利的前提条件。 传统模拟调光技术中 的解码控制电路采用了大量运放、CMOS 数字集成块等分立元件, 所以出故障率随着使用时间的推移而逐渐增大。 同时还存在着抗干扰能力差、精度不高以及控制信号不便于储存等缺点, 不能满足实际需要, 已经逐渐淘汰, 被全数字调光技术所替代。 全数字调光技术是随着计算机应用技术与超大规模集成电路的发展而发展起来的, 它将数据库技术、 智能控制技术和网络技术融为一体。 与传统的模拟调光技术相比, 全数字调光技术具有抗干扰能力强、 信号便于储存等一系列优点。 同时随着人们生活质量及审美观念的提高, 欣赏电视节目的要求越来越高。 电视台演播厅作为访谈类、 新闻类节目的主要制作场所, 里面的灯 光要求也由原来的照明作用提升为营造艺术、智慧化的光环境。 本文是利用 STC90C52RC 单片机结合 DMX512 数字协议、脉冲宽度调制技术,通过进行信号转换、 过零点检测、 复位电路、 显示电路等软硬件设计对电视台演播室灯光控制系统进行技术改造。 经过改造后的演播室灯光解码控制系统能够对包括电脑灯、聚光灯、筒子灯在内的所有灯具实现数字控制。同时实现就地控制、场景控制、区域控制、遥控控制等功能。整个系统的 IC 数量及元器件总数将减少到原来的十分之一,极大得提高系统的集成度和稳定性。 本论文的主要工作: (1)实现灯光控制 系统的软硬件设计,包括 PC 与单片机之间的 通信,单片机与单片机之间的通信,以及单片机对步进电机的控制。 (2)将控制系统分成若干相对独立的功能模块,既保证控制系统的精度要求,又要便于系统调试和系统功能的扩展。 (3)对系统进行控制精度分析,并研究提高系统控制精度的方法。 关 键词 :DMX512 STC90C52RC 单片机 脉 冲宽度调制(PWM ) 通信作 者: 陈贤瑜 指 导教师 : 陈小平I Abstract Decoding control system design based on DMX512 Decoding control system design based on DMX512Abstract The rapid development of science and technology required more demands on the lighting control system ;at the same time there is a good preconditions to the development of lighting control system due to technology especially the development of computer application technology and automation control. The decoding control circuit in the traditional analog light-controlled technology with a large number of the op amp, such as CMOS digital manifold discrete components, so the failure rate is gradually increased with the use of time, meanwhile there are many shortcomings like poor anti-interference ability, non-high accuracy, and the difficult control signal etc. Now it is replaced by all-digital dimming technology. The latter make a good integration of database technology, intelligent control technology and network technology. Compared with traditional analog dimming technology, digital dimming technology with anti-interference ability, signal easy to store a series of advantagesThe demands of the lighting in television studio is changed as a major producer of news programs place,due to the people s good taste of TV programs with the improvement of peoples quality life and aesthetic ideas. The lighting requirements is upgrade d from the original lighting to the art and wisdom of the light environment createdIn this article, we point out the technical transformation of television studio lighting control system by way of signal conversion, zero-crossing detection, reset circuit, display circuit, such as hardware and software design with digital agreement of DMX512 and STC90C52RC SCM& pulse width modulation technology. After transformation, the system is able to control computer lights, spotlights, cheese lamps including all fixtures, meanwhile it has the function of local control, scene control, regional control, remote control etc. The numbers & component parts of the overall system reduced to one-tenth of the original, and it have a greatly improvement on integration and stability of the systemMain paperwork on the thesis 1 Make design of hardware and software of lighting control system, including the communication between PC and SCM, communication between the MCU and SCM, as well as single-chip stepper motor control2 Divided control system into a number of relatively independent functional modules in order to ensure the accuracy of the control system requirements and easy- expansion of the system debugging and system functions 3 Do analysis of system control precision and find a way to improved the system accuracy controllmentKeywords: DMX512; STC90C52RC Microcontroller; PWM; CommunicationWritten by:Xianyu Chen Supervised by :Xiaoping Chen II目 录 1.引言. 1 1.1 课题研究的背景和意义. 1 1.2 演播室灯光控制的研究现状1 1.3 本课题主要研究内容3 2. 灯光解码控制系统重要协议及技术概述 4 2.1 DMX512 协议4 2.1.1 DMX512 数字信号的概念4 2.1.2 DMX512 信号的物理特性4 2.1.3 DMX512 信号传输 数据包 特性 6 2.2 D54 模拟灯光控制协议8 2.3 脉冲宽度调制PWM 技术8 2.3.1 脉冲宽度调制PWM 技术简介8 2.3.2 脉冲宽度调制PWM 具体过程9 2.3.3 脉冲宽度调制PWM 技术优点 10 2.4 相关硬件的的功能特性10 2.4.1 AT89C52 的功能特性10 2.4.2 STC90C52RC 的 功能特性 13 2.4.3 SN75176BP 的功能特性 14 3. 灯光解码控制系统方案设计 16 3.1 演播室灯光解码控制系统设计方案论证 16 3.2 演播室灯光解码控制系统总设计框图. 16 4. 灯光解码控制系统硬件设计19 4.1 电源及信号转换、过零点检测部分设计 19 4.2 信号处理部分设计 21 4.2.1 接口电路的设计 23 4.2.2 信号的传输与设备的连接23 4.2.3 DMX 设备之间的连接 24 4.2.4 控制台及灯具的配接、地址码的设定 25 4.2.5 复位电路设计. 26 4.3 显示电路设计27 5. 灯光解码控制系统软件设计 30 5.1 信号处理流程图30 5.2 控制步进电机的软件设计. 31 6.系统总结与分析. 33 参考文献 35 攻读学位期间公开发表 的论文. 37 附录一 系统程序代码38 附录二 演播室灯光解码控制实物图片及效果展示43 附录三 DMX 解码程序49 致 谢. 61基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 1. 引言 1. 引言 1.1 课题研究 的背景 和意义 演播室不仅要满足制作 高清新闻类电视节目需 求, 同时还要能够符合 访谈等不同种类电视节目拍摄和播出时的灯光需求。演播室对灯光系统条件要求灯光质量要高,显色性要 好,在 性能安 全可靠同 时又要 有各种 不同场景 ;对灯 具的条 件要求能 调光,在控制功能上条件要求能够就地控制,场景控制,区 域控制,遥控控制等功能, 以方便在进行不同种类节目时能灵活方便改变灯光状况。 所以演播室在灯光控制系统设计方案上既要求能够达到足够的运用条件, 还要具有先进性,稳定性与操作方法方便性等特点。 而如果 使用传 统控制方 法解决 上述方 案所要达 到的功 能会非 常复杂且 难以实施, 而 采 用 智 能 灯 光 控 制 系 统 则 能 很 方 便 达 到 上 述 条 件, 解 决 灯 光 控 制 智 能 化 问 题, 并满足够演播室在不同场合下运用不同场景的灯光需求。 因此, 为保证演播室能更好地提供各种场合的演播所需灯光条件, 提高视觉效果质量。 将演播室灯光控制系统进行智能灯光控制, 以便在不同的环境下都 能达到最好的效果有着十分重要的意义。 1.2 演播室灯 光控制 的研究现 状 回顾 演 播 室 灯 光 控 制 技 术 的 发 展 历 程 , 大 体 可 分 为 三 个 阶 段 : 原 始 控 制 技 术 阶 段 ; 1模 拟 控 制 技 术 阶 段 ; 数 字 化 技 术 控 制 阶 段 。 早期是原始控制技术阶段, 演播室 灯光的操控十分的繁琐。 整个过程, 在 演播室的周围布满了各种各样、 大小不一的手动控制开关, 每一个灯的每一个线路需要一个手动控制开关, 所以周围布满了像蜘蛛网一样的灯线, 不管设计还是安装和控制都很麻烦。 由于开关的原因, 每一个灯不是开就是关这有这两种状态, 只能起到简单的照明作用, 不能调光, 更 不可能达到追求艺术效果的境界。 而操控这些灯的工作人员只是简单的开关这些灯已经是疲于奔命,根本无法保证 演播室灯光的艺术效果 。然后,随着科学技术的不断进步, 特别是电子技术和半导体技术的不断进步, 将这些先进的技术应用到 演 播 室 灯 光 控 制 中 , 能 够 做 到 简 单 的 调 光 ( 此 时 使 用 的 是 大功率的电位计) ,但 和人们 想象中 的 演播室 艺术效 果还相 距甚远, 如果要 求完成 的灯光控 制范围1 1. 引言 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 更大一点就更不可能了。 慢慢的, 随着自动控 制技术、 电子产品技术的不断推陈出 新,终于产生了 硅箱(把 可 控硅技术应 用到调光 器 中) , 这标 志 着 模 拟 控 制 技 术 阶 段 的 到 来。这种技术就是利用 电位器输出的 0 10V 的模拟信号( 模拟调光台) ,控制可控2硅的导通角, 输出不同功率来调节灯的亮度, 它可 以 使 每 一 个 灯 都 具 有 不 同 的 亮 度 。 这 种 模 拟 调 光 的 技 术 到 现 在 还 在 一 些 乡 镇 电 视 台 的 演 播 厅 中 使 用 。 总 之 , 模 拟 调 光 技 术 是 今 天 灯 光 技 术 的 基 础 , 也 为 更 多 更 丰 富 多 彩 的 灯 光 艺 术 设 计 指 明 了 方 向 。 不 过 , 模 拟 调 光 技 术 中 一 个 电 位 器 推 子 只 能 对 应 着 一 个 调 光 的 回 路 , 同 时 也 需 要 连 接 一 条 灯 3线 。 我 们 可 以 推 测 一 下 , 如 果 一 个 演 播 室 需 要 点 亮 1 0 0 0 盏 灯 , 就 要 控 制 1 0 0 0 个 调 光 回 路 , 就 要 有 一 台 具 有 1 0 0 0 个 电 位 器 推 子 的 调 光 台 , 同 时 还 需 要 连 接 1 0 0 0 条 的 信 号 控 制 线 , 这 样 一 份 浩 大 的 工 作 任 务 , 基 本 难 以 实 现 。 要 是 能 实 现 调 光 师 也 难 于 操 作 。 随着科技尤其是计算机应用技术及自动化控制的发展。 传统的模拟调光技术中 的采用了大量运放、CMOS 数字集成块等分立元件, 所以出故障率 很大。 同时还存在着抗干扰能力差、精度不高以及控制信号不便于储存等缺点,已经不能满足实际需要,而逐渐淘汰。 同时加上电视行业的高速发展, 要求 更智能化、 更自动化、 更易操作 的灯光控制系统的 产生。 终于,在 80 年代后, 随着计算机数字化技术的应用和普及,推动灯光控制技术进入了数字化技术控制的阶段, 即 D M X 5 1 2 数 字 信 号 控 制 技 术 。 D 4M X 5 1 2 数 字 信 号 控 制 技 术 就 是 在 这 样 的 背 景 下 产 生 的 。DM X 5 1 2 数 字 信 号 控 制 技 术 仍 然 采 用 可 控 硅 来 实 现 灯 光 控 制 , 但 是 与 模 拟 控 制 技 术 相 比 较 , 它 采 用 的 是 计 算 机 控 制 台 , 这 样 做 的 好 处 是 只 用 一 条 信 号 线 就 可 以 同 时 输 出 多 路 串 行 的 D M X 5 1 2 数 字 信 号 。 通 过 计 算 机 系 统 来 控 制 整 个 灯 光 控 制 系 统 , 这 样 就 可 以 任 意 的 设 置 推 杆 (电位器推子) 和调光台之间的对应关系, 而不是和以前一样, 一个推杆只对应着一个调光回路, 只能控制一个灯的亮度。 从而方便的通过推杆和按键可以随意调整调光台和回路之间的相互关系, 任意的选择一个或多个灯的各种亮度参数。 这样的技术简化了灯光5的控制方法, 减轻调光师的工作负担, 为大 规 模 控 制 灯 光 提 供 了 可 能 。 本篇论文就是利用 DMX512 数字信号控制技术对演播室灯光控制系统加以改造。 本系统使用模块化构造 设计方案, 简 单 灵 活 , 安 装 方 便 。 控 制 回 路 及 负 载 回 路 分离,各个回路灯具直接接到输出设备上, 将所有设备通过 4 芯低压 电缆 确保人身安全连成网络, 再通过输入设备 触摸屏, 面板 来控制灯光场景。 根据环境及用户需求变化,仅仅需做软件修改设置或少量线路改造, 就能解决灯光布局改变与功能扩充等问题。2 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 1. 引言 并且系统内各设备控制资料独立存储, 任意设备损坏也不会影响本系统中其它设备正常工作,更不会引起系统瘫痪。 存储资料也具有停电后数据不丢失功能,在恢复供电时,系统会自动恢复到停电前工作状态。 系统设备中配有 “软运行” 功能 以防止由于高运行电流或热冲击而引起的灯具永久性损坏。 灯光控制系统最终能达到的功能是能通过软件设置, 实现灯光的开关、调光、就地控制、多点控制、遥控控制、区域控制等功能。并且运用时只要通过简单触摸操作方法就能切换场景。 目前各大电视台 (如: 天津电视台, 河南电视台, 阜阳电视台等) 也 都在投入使用这种基于 DMX512 数字信号控制技术的灯光控制系统。1.3 本课题主 要研究 内容本课题在对基于 DMX512 协议的演播室灯光解码控制系统的功能特点和性能要求的研究设计基础上,分析为实现其功能和达到其性能要求所需的硬件和软件结构,同时需要完成的主要内容有: 1 实现灯光控制系统的 软硬件设计, 包括 PC 与单片机之间的通信, 单片机与单片机之间的通信,以及单片机对步进电机的控制 。 2 熟悉并掌握 AT89C52 单片机,步进电机,RS-232,RS-485 通信 等一些知识 。3 将 控 制 系 统 分 成 若 干 相 对 独 立 的 功 能 模 块 , 既 保 证 控 制 系 统 的 精 度 要 求 , 又要便于系统调试和系统功能的扩展。4 对灯光不同的功 能要求,相应的驱动电机要采用不同的细分数和控制方法。5 要对系统进行控 制精度分析,并研究提高系统控制精度的方法。 本文各章的主要安排: 第一章 阐述本课题研究背景及国内外现状分析 第二章 对本课题可能用到的知识做简要介绍 第三章 初步论证设计方案并确定最终的设计方案 第四章 对灯光解码控制系统硬件 部分进行设计 第五章 对灯光解码控制 系统软件部分进行设计 第六章 对灯光解码控制 系统进行总结分析3 2. 灯光解码控制 系统重要协议 及技术概述 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 2. 灯光解码控 制 系统重要协议及技术概述 2.1 DMX512 协议 2.1.1 DMX512 数 字 信号 的概 念 在 1986 年 的 时 候 , 首 先 由 美 国 剧 院 技 术 研 究 机 构USITT 提 出 了 控 制 台 与 调 光 器之间的 DMX512 数 字 信 号 控 协 议 草 案 , 这 是 一 个 极 易 被 专 业 灯 光 人 员 接 受 的 简 单 易 行的 技 术 方 案 。 这 个 草 案 后 来 经 过 进 一 步 改 进 , 具 有 更 广 泛 的 通 用 性 和 兼 容 性 , 并 于 1990年 公 布 实 施 , 就 是 所 谓 的 USITT DMX5121990 标 准 。 这 种 协 议 后 来 被 娱 乐 服 务 技 术学会ESTA 接 受 。 从 此 , 这 种 数 字 控 制 协 议 就 被 广 泛 地 应 用 到 灯 光 控 制 台 中 , 首 先 用它 来 控 制 调 光 硅 箱 , 后 来 进 一 步 扩 展 了 其 它 的 用 途 , 可 以 通 过 这 种 信 号 来 控 制 电 脑 灯 、换 色 器 、 电 动 吊 杆 、 机 械 灯 、 激 光 表 演 系 统 、 烟 机 以 及 彩 带 枪 等 舞 台 常 用 的 设 备 。 Digital Multiple X (DMX ) 的中文意思是多路数字传输。DMX512 信号的传输方式用工业标准 EIA485 来实现。 这种通信协议是在控制单元和受控单元间的一组组数据流,连续传输包括复位信号、开始代码和 1512 的数据信号的数据包。它的最突出的优点是, 当第一个数据包完成后, 毫不间歇地传输第二个, 如果后一个数据包与前一个相同, 它也会一遍又一遍发送同一个数据包, 如果因某种原因使某个数据没有得到破译,它还会在极短的时间内重新发送,直到被接收设备执行为止。 该协议以 帧为单位, 每帧数据由同步头和 512 个字节组成, 以符合 EIA485 标准的串行 方式进行数据发送和接收, 数据传输速率为 250KBit/ 秒。 一个 字节又和一个起始位和两个结束位一起组成一个帧。 第一个字节是起始字节, 接下来的字节是传送到控制设备上的数据。DMX512 控制协议是假设接收器的最小存储量, 即使没有一个字1节改变,也会连续不 断的发送信息(速度高达每秒 44 次) 。 2.1.2 DMX512 信 号 的物 理特 性 DMX512 是围绕工业标 准 EIA485 接口设计的 。EIA485 属于接口、 电压、电流等的 “ 电” 端。 系统是基于沿着屏蔽导体双绞线的向下对称发送而建立的。 这种缠绕结构确保所4 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 2. 灯光解码控制 系统重要协议 及技术概述 产生的干扰会同样地作用于两个信号, 因此保证了一致的数字定相。 所用的导线应该是由一条或两条双绞线、 箔片和编织筛所构成的合适的数据导线。 对称音频导线则不能完成这个工作。 通常地, 就如任何网段一样, 导线两头应该有两个终端。 灯光控制台通常在一头作为终端,而另一头应该只 有一个 120 的电阻。 EIA485 规 范 只支 持 “ 雏菊 链 ” 或每 段上 最多 以 32 个 “ 单元 负载 ” 所构成 的 串行 网络。 制造商声称每段可以长达 1000m 。 但是, 要特别指出的是, 中继器的作用应该考虑到 700m 或 800m 左右,这样可以防止环境的异常。 DMX512 信号通过五 芯 XLR 圆柱形插头把 控制台和受控设备连接起来,根据标准要求各芯功能和导线颜色的具体规定见表 2-1。 表 2-1 各芯 功能 和导 线颜 色 芯号 功能 线颜色 1 屏蔽地 屏蔽线 2 信号负(- ) 黑线 3 信号正(+ ) 白线 4 预留信号负(- ) 绿线 5 预留信号正(+ ) 红线 DMX512 控制线采用 5 针 XLR (有时候是 3 针)连接设备 如表 2-1 ;母接口适用于发送器,而公接口适用于接收器。 规范中建议用一条两对导线 (4 个连接口) 来实现屏蔽, 虽然只是需要其中一对。第二对导线用于未指定的可选场合中。 必须注意的是一些调光器使用这些线来指示故障和状态信息。 如果调光器用第二个信道,则需要专门配置的分路器和中继器。 把线连接到逻辑电平最安全的方法是使用一个 “ 标准” 接口 IC ?Texas Instruments的 SN75176BP ,如果要实现连接以及隔离,Burr-Brown 的 ISO485P 是好的选择。使用这些接口方法为每个设备提供一个额定的单元负载, 这些设备都允许在段上最多安装 32 个接收器。 发送基于一种 8 位异步串行协议, 带一个开始位 (低电平) 和两个停 止位 (高电平) ,没有奇偶校验。因此一个资料帧有 11 位元。由于每一位的宽度是 4 ?(1 ?5 2. 灯光解码控制 系统重要协议 及技术概述 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 1 s ) ,所以发送一个帧需要 44 ?的时间。如 果线路要发送一个连续的数据流,则会产生 250000b/s 的资料率,或称 250k 波特。 8 位字对于每个调光器允许以 0 到 255 的范围来发送 256 个独立级别。 开始位和停止位用于使发送 器和接收器同步。 资料线通常处于高电平; 实际上它空闲时会 处于高 电平状 态(更多 的是处 于这种 状态) 。 开始位 的出现 促使接收 器投入工作, 后面的 8 位元资料被扫描且被译码。 然后接收器等待停止位到来, 停止位过后会再次出现这个过程。 我们需要停止位有两个理由: 让接收器有充分的时间处理输入的资料; 让线路处于高电平的状态, 这样下一个 “ 开始” 才能被检测到 。DMX512 最多可支持 512 个调光器, 现在我们只看到了第 1 个, 那么怎样为所有的调光器处理资料呢?答案是简单的,只是不断重复这个过程 。 我们在段上取得了一个数据流,但是没有办法 辨别哪 一 帧 是 属 于 哪 一 个 调 光 器的。 这就需要了解 DMX512 信号传输 数据包 的特性。 2.1.3 DMX512 信 号 传输 数据 包 特性 前面已经说过, DMX512 信号是以电子方式传播的数据包信号, 它包括高电平 “1”和低电平 “0” 。根据计算机语言特性来分析,DMX512 数据包包括以下几部分 见图2-1 :无信号指示Idle 或 No DMX 、中断Break 、中断后标志Mark After Break 或MAB 、开始码Start Code 或 SC 、光路信息码间隔标志Mark Time Between Frames或 MTBF 、光路信息 码Channel Data 或 CD 、数据包间隔标志Mark Time Between Packets 或 MTBP 。 并 且 DMX512 标准还对每一部分的时间长度作出了明确的规定 见1表 2-2 。下面我们就对 这几部分加以说明 。 无信号指示Idle 或 NO DMX Situation :当无 DMX5l2 信号指令输出时,信号指示永远处于高电平。 中断Break :从 DMX 数据包开始发送信号前 88 S ,信号指示 变为低电平,这就意味着用 22 个位来表示两组信号之间的中断。另外,这个 中断的时间长短,通常情况下与设计者的设定有关系, 在不同的设备之间可能有所不同, 但最低不能小于88 S 。 中断后标识Mark After Break 或 MAB : 紧 接着中断就是一个 2 个位, 即 8 S的高电平, 它标志着中断的结束。 这个时间的长短在不同标准中是有所区别的, 最初6 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 2. 灯光解码控制 系统重要协议 及技术概述 的 DMX512 标准只有一个位 4 S ,在 USITT DMX5121990 中规 定为两个位 8 S 。 开始码Start Code 或 SC :开始码标志着数据包中真正信息流的开始,它告诉接收设备开始接收光路控制信息。 开始码定义为光路 0, 也就是表示没有光路信息存在。 在开始码后面的每个光路信息码和开始码的结构形式是相同的, 都包括一个开始位和两个停止位,它的时间长度是有严格规定的,为 11 个位 44 S 。开始码和光路信息码有以下几部分组成: 开始位Start Bit :它 由 1 个位组成,表现为低电平,它的时间长度是 4 S 。 光路数据位Data Bits : 它的长度为 8 个位元32tarts , 即前面我们 所说的 8 位传输特性,也就是说它可用来表示在十进制数字中 0255 这 256 个不同的值。 停止位Stop Bits :它由 2 个位组成,表现为高 电平,它的时间长度是 8 S 。当DMX512 控制信号完成一次从 1 到 512 个光路信息的发送后, 在第二次发送时仍然是从开始码开始的,也就是说在每个数据包内都要有一个开始码。 光路信息码间隔标识Mark Time Between Frames 或 MTBF . 为 了区分每个光路的信息, 在每个光路控制信号的开始位前加一个高电平的标识, 它的时间长度没有具体规定,但要越小越好。 光路信息码Channel Data 或 CDX 前面已经 说过, 在开始码后面就 是 l 到 512个光路的控制信号光路信息码。 数据包间隔标识Mark Time Between Packets 或 MTBP :当传输完 一个包含 l到 512 个光路的数据包后, 另一个数据包又从 中断Break 开始 。 但是 , 要在两个数据包之间增加一个高电平的标识, 标识时间的长短没有明确规定, 往往是根据控制台及其软件的设计要求,可以是 0 1s 的任意设置 。 表 2-2 USITT DMX5121990 时间 规定 表 名称 最小值 标准值 最大值 单位 中断(Break ) 88 88 1000000 S 中断后标识(MAB ) 8 S 光路信息码结构宽度(Frame Width ) 44 S 开始位(Start Bit ) 4 S 停止位(Stop Bits ) 8 S 光路信息码间隔标识(MTBF ) 0 没有规定 1000000 S 数据包间隔标识(MTBF ) 0 没有规定 1000000 S7 2. 灯光解码控制 系统重要协议 及技术概述 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计图 2-1 DMX512 数据 包结 构示意 图2.2 D54 模拟灯光 控 制协议 D54 是 Strand Lighting 公司在 70 年代末开发的模拟灯光控制协议,通过一对线缆传送 384 个模拟调光信息(见 D54 信号时序图) 。图4 D54 信 号时 序图 2.3 脉冲宽度调 制PWM 技术 2.3.1 脉 冲宽 度调 制PWM 技 术 简介 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式, 其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置, 来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变, 这种方式能8 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 2. 灯光解码控制 系统重要协议 及技术概述 使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定, 是利用 微处理器 的数字输出来对模拟电路 进行控制的一种非常有效的技术。 PWM 控制技术 以其控 制简单,灵活和动态响应好的优点而成为 电力电子技术最广泛应用的控制方式, 也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论 思想或实现无谐振软开关技术将会成为 PWM 控制技术发展的主要方向之一。 2.3.2 脉 冲宽 度调 制PWM 具 体 过程 数字脉冲宽度调制器的构成如图 2-3图 2-3 数字 脉冲 宽度 调制 器的构 成 脉冲宽度调制(PWM )是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字 的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有ON ,要么完全无OFF 。电压或电流源是以 一种通ON 或断OFF 的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。 通的时候即是直流供电被加到负载上的时候, 断的时候即是6供电被断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用 PWM 进 行编码 。 多数负载 无论是电感性负载还是电容性负载 需要的调制频率高于 10Hz , 通常调制频率为 1kHz 到 200kHz 之间。9 2. 灯光解码控制 系统重要协议 及技术概述 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 2.3.3 脉 冲宽 度调 制PWM 技 术 优点 PWM 的一个优点是从 处理器到 被控系统 信号都是数字形式的, 无需进行 数模转换 。 让 信 号 保 持 为 数 字 形 式 可 将 噪 声 影 响 降 到 最 小 。 噪 声 只 有 在 强 到 足 以 将 逻 辑 1改变为逻辑 0 或将逻辑 0 改变为逻辑 1 时,才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是 PWM 相对于模拟控 制的另外一个优点, 而且这也是在某些时候将 PWM 用于 通信的主要原因。 从模拟信号转向 PWM 可以 极大地延长通信距离。在接收端,通过适当的 RC 或 LC 网络 可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。 总之,PWM 既经济、 节约空间、 抗噪性能强 , 是一种值得广大工程 师在许多设计应用中使用的有效技术。 2.4 相关硬件 的的功 能特性 2.4.1 AT89C52 的 功 能特 性 A T89 C 5 2 提 供 以 下 标准 功能:8 k 字 节 F l a s h 闪 速 存 储 器,2 56 字节内 部 R A M ,3 2个 I / O 口线 ,3 个 1 6 位 定 时 / 计 数 器,一 个 6 向量 两 级中 断 结 构 , 一个 全 双工串 行 通信口 , 片内振 荡 器 及时 钟 电路。 同 时,A T 8 9 C52 可 降至 0 H z 的静态 逻 辑操作 , 并支持 两 种 软 件 可 选 的 节 电 模 式 。 空 闲 方式 停 止 C P U 的 工 作 , 但 允 许 R A M , 定 时 / 计 数 器 , 串 行 通 信 口 及 中 断 系 统 继 续 工 作 。 掉 电 方 式 保 存 R A M 中 的 内容 , 但 振 荡 器 停 止 工 作 并 禁 止 其 它 7所 有 部 件 工 作 直 到 下 一 个 硬件复位 。 AT 8 9 C 5 2 的 引 脚 图 如 图 2 - 4 所 示。10 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 2. 灯光解码控制 系统重要协议 及技术概述图 2-4 AT89C52 的引 脚 图 引脚 功 能 说 明 : V C C : 电 源 电 压 G N D : 地 P 0 口 : P 0 口 是 一 组 8 位 漏 极 开 路 型 双 向 I / O 口 , 也 即 地 址 / 数 据 总 线 复 用 口 。 作 为 输 出 口 用 时 , 每 位 能 吸 收 电 流 的 方 式 驱 动 8 个 T T L 逻 辑 门 电 路 , 对 端 口 P 0 写 “ 1 ” 时 , 可 作 为 高 阻 抗 输 入 端 用 。 在 访 问 外 部 数 据 存 储 器 或 程 序 存 储 器 时 , 这 组 口 线 分 时 转 换 地 址 ( 低 8 位 ) 和 数 据 总 线 复 用 , 在 访 问 期 间 激 活 内 部 上 拉 电 阻 。 在 F l a s h 编 程 时 , P 0 口 接 收 指 令 字 节 , 而 在 程 序 校 验 时 , 输 出 指 令 字 节 , 校 验 时 , 要 求 外 接 上 拉 电 阻 。 P 1 口 : P 1 是 一 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I / O 口 , P 1 的 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 ( 吸 收 或 输 出 电 流 ) 4 个 T T L 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 写 “ 1 ” , 通 过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 平 , 此 时 可 作 输 入 口 。 作 输 入 口 使 用 时 , 因 为 内 部 存 在 上 拉 电 阻 , 某 个 引 脚 被 外 IIL部 信 号 拉 低 时 会 输 出 一 个 电 流 ( ) 。P 2 口 : P 2 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I / O 口 , P 2 的 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 ( 吸 收 或 输 出 电 流 ) 4 个 T T L 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 P 2 写 “ 1 ” , 通 过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 平 , 此 时 可 作 输 入 口 。 作 输 入 口 使 用 时 , 因 为 内 部 存 在 上 拉 电 阻 , 某 个 引 脚 I IL被 外 部 信 号 拉 低 时 会 输 出 一 个 电 流 () 。 在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 1 6 位 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 ( 例 如 执 行 M O V X D P T R 指 令 ) 时 , P 2 口 送 出 高 8 位 地 址 数 据 。 在 访 问 811 2. 灯光解码控制 系统重要协议 及技术概述 基于 DMX512 协议的灯光解码 控制系统设计 位 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 ( 如 执 行 M O V X R I 指 令 ) 时 , P 2 口 输 出 P 2 锁 存 器 的 内 容 。 F l a s h 编 程 或 校 验 时 , P 2 亦 接 收 高 位 地 址 和 一 些 控 制 信 号 。P 3 口 : P 3 是 一 组 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I / O 口 。 P 3 口 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 ( 吸 收 或 输 出 电 流 )