引言

　　DMX512協(xié)議是由USITT（美國(guó)劇院技術(shù)協(xié)會(huì)）發(fā)展成為從控制臺(tái)用標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)體雙絞線的向下對(duì)稱(chēng)發(fā)送而建立的。這種纏繞結(jié)構(gòu)確保所產(chǎn)生的干擾會(huì)同樣地作用于兩個(gè)信號(hào)，因此保證了一致的數(shù)字定相。所用的導(dǎo)線應(yīng)該是由一條或兩條雙絞線、箔片和編織篩所構(gòu)成的合適的數(shù)據(jù)導(dǎo)線。對(duì)稱(chēng)音頻導(dǎo)線則不能完成這個(gè)工作。 DMX512的簡(jiǎn)單性、可靠性（假如能夠正確安裝和使用的話！）以及靈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(zhǎng)的控制設(shè)備就是證據(jù)。DMX512仍然是科學(xué)上的一個(gè)新領(lǐng)域，具有在規(guī)則基礎(chǔ)上產(chǎn)生的各種奇妙技術(shù)。

　　DMX512標(biāo)準(zhǔn)要求每個(gè)燈具都要有一個(gè)控制器，而每個(gè)燈都要設(shè)置地址很麻煩，異步傳輸方式也很麻煩。針對(duì)此缺點(diǎn)，本文提出了基于SD5 128的同步DMX512的LED控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文給出了同步DMX512實(shí)現(xiàn)的軟硬件設(shè)計(jì)方法，在硬件上增加了存儲(chǔ)接口芯片以實(shí)現(xiàn)燈光控制數(shù)據(jù)的移動(dòng)存儲(chǔ)，具有更好的拓展性。

　　同步DMX512是采用同步MX512總線（用一根線實(shí)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(diǎn)。同步DMX512在電氣特性、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面與DMX512協(xié)議大致相同，采用同步傳輸?shù)姆椒▉?lái)進(jìn)行兩線移位傳輸，并且采取了SPI一位傳輸?shù)姆椒▉?lái)避免DMX512協(xié)議的地址設(shè)置問(wèn)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(yuǎn)的情況下，不使用RS485總線。

　　1 DMX512燈光控制協(xié)議

　　DMX512協(xié)議是一個(gè)數(shù)字調(diào)光協(xié)議，應(yīng)用它能夠?qū)ξ枧_(tái)、劇場(chǎng)、演播室等場(chǎng)所的調(diào)光器以及其他的控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)字控制，適用于一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主從控制。其互聯(lián)形式采用了多點(diǎn)總線結(jié)構(gòu)，不存在信息通路阻塞問(wèn)題，可靠性較高。

　　協(xié)議規(guī)定控制信號(hào)數(shù)據(jù)包的傳輸通過(guò)異步通信的方式進(jìn)行。一個(gè)DMX512數(shù)據(jù)包包含起始碼和512個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)幀代表一個(gè)控制通道，因此該協(xié)議支持512個(gè)控制通道。DMX512協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2 SD5128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(jí)聯(lián)1024顆芯片。SD5128能夠提供24mA的輸入輸出電流驅(qū)動(dòng)能力，在LED像素?zé)魬?yīng)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?zé)襞c點(diǎn)光源的應(yīng)用。8226;技術(shù)特點(diǎn)：1. 集成全數(shù)字鎖相環(huán)電路 .2. 采用獨(dú)創(chuàng)的單線I/O控制總線，無(wú)需設(shè)置地址 .3. 無(wú)需晶體，少量外圍電路 .4. 1024顆芯片級(jí)聯(lián)的能力 .5. 提供三路RGB PWM調(diào)光控制，實(shí)現(xiàn)24位色彩 .6. 高達(dá)24mA驅(qū)動(dòng)電流的集開(kāi)門(mén)輸出 .7. 8位控制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度控制 .8. SOP8或者DIP8封裝SD5128的幀結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)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(gè)數(shù)據(jù)位在時(shí)鐘的上升沿被采樣，下降沿被打出；個(gè)數(shù)據(jù)幀對(duì)應(yīng)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(shí)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(shí)際為"0x7FFF-FFFF".

　　對(duì)比圖1與圖2,可以發(fā)現(xiàn)SD5128的幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)比DMX512更簡(jiǎn)潔。SD5128幀結(jié)構(gòu)沒(méi)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(gè)結(jié)束符，沒(méi)有DMX512的MTBP位、BREAK位、MAB位、SC位。更簡(jiǎn)潔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)現(xiàn)快速的同步DMX512協(xié)議有很大的作用，SD5128的單線級(jí)聯(lián)移位串行控制使控制系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔，接線更加簡(jiǎn)單。

　　SD5128的級(jí)聯(lián)方式能實(shí)現(xiàn)多像素點(diǎn)控制，每個(gè)SD5128控制一個(gè)LED像素點(diǎn)，級(jí)聯(lián)方式如圖3所示。

　　3 LED控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1 硬件設(shè)計(jì)

　　硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。相比傳統(tǒng)的DMX512主從控制模式要簡(jiǎn)單很多，只有一個(gè)主控制器（MCU）、級(jí)聯(lián)的SD5128芯片和存儲(chǔ)DMX512數(shù)據(jù)文件的USB接口芯片。

　　SD5128與RGB LED燈的連接方式如圖5所示?？梢詫?shí)現(xiàn)單色256個(gè)灰度變化以及2 563種混合顏色變化，達(dá)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(dòng)并行接口方式。CH375工作在主機(jī)方式下，主要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)讀U盤(pán)功能以及對(duì)燈光數(shù)據(jù)的移動(dòng)控制，增強(qiáng)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(shè)計(jì)

　　MCU（Micro Control Unit）中文名稱(chēng)為微控制單元，又稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）或者單片機(jī)，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時(shí)計(jì)數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。

　　MCU通過(guò)讀取U盤(pán)中存儲(chǔ)的燈光控制文件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的控制。U盤(pán)中可以存放多個(gè)文件，且每個(gè)文件都是一組數(shù)據(jù)的組合，并以文件名區(qū)分和識(shí)別。CH375提供了U盤(pán)文件級(jí)子程序庫(kù)，MCU可以直接調(diào)用子程序庫(kù)讀寫(xiě)U盤(pán)中的燈光控制數(shù)據(jù)，無(wú)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(kāi)發(fā)成本。主程序流程如圖7所示。

　　當(dāng)確定U盤(pán)插入時(shí)，先搜索U盤(pán)里指定文件的個(gè)數(shù)，再讀取指定的文件，判斷該文件的大小，打開(kāi)文件并發(fā)送一組控制數(shù)據(jù)。當(dāng)一組控制數(shù)據(jù)的末尾是0x7FFFFFFF時(shí)，說(shuō)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(guān)閉文件并打開(kāi)下一個(gè)文件。這樣，U盤(pán)中多個(gè)文件可以組合成絢麗的控制效果。

　　結(jié)語(yǔ)

　　傳統(tǒng)DMX512協(xié)議采用多控制器互聯(lián)的控制方法，較為復(fù)雜。本文采用基于SD5128的同步DMX512實(shí)現(xiàn)LED系統(tǒng)的控制，用單個(gè)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)DMX512協(xié)議，不僅讓控制系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，而且使用U盤(pán)存儲(chǔ)燈光控制數(shù)據(jù)能夠極大地方便用戶。