同步DMX512標準在LED控制系統設計中的應用

燈光控制系統大量采用了由USIT T ( 美國劇場技術協會) 提出的DMX512 通信協議，該通信協議采用異步通信格式。燈具控制方案主要包括DMX512 協議、DAL I 總線方案、SPI 移位總線方案。DMX512 是現在最流行的控制方法，但是在實際應用中多采用控制器互聯來進行控制的照明方案，軟件比較復雜。

DALI 總線是歐洲提出的一種燈光控制總線方案，DALI 系統中每個燈具都有一個地址和一組控制命令，但其通信的速度不夠快。SPI 移位總線方案是采用級聯的方法，變化速率很高，但是此方法數據量比較大，燈之間的線較多，軟件難度大，產品可靠性差。

DMX512 標準要求每個燈具都要有一個控制器，而每個燈都要設置地址很麻煩，異步傳輸方式也很麻煩。針對此缺點，本文提出了基于SD5128 的同步DMX512 的LED控制系統設計。本文給出了同步DMX512 實現的軟硬件設計方法，在硬件上增加了存儲接口芯片以實現燈光控制數據的移動存儲，具有更好的拓展性。

同步DMX512 是采用同步DMX512 總線( 用一根線實現控制數據的移位和置入) 的同步串行傳輸的方式，吸取了DMX512 和SPI 移位總線兩者的優點。同步DMX512 在電氣特性、數據結構方面與DMX512 協議大致相同，采用同步傳輸的方法來進行兩線移位傳輸，并且采取了SPI 一位傳輸的方法來避免DMX512 協議的地址設置問題。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的情況下，不使用RS485總線。

1　DMX512 燈光控制協議

DMX512 協議是一個數字調光協議，應用它能夠對舞臺、劇場、演播室等場所的調光器以及其他的控制設備進行數字控制，適用于一點對多點的主從控制。其互聯形式采用了多點總線結構，不存在信息通路阻塞問題，可靠性較高。

協議規定控制信號數據包的傳輸通過異步通信的方式進行。一個DMX512 數據包包含起始碼和512 個數據幀。每一幀數據包括1 位低電平起始位、8 位數據位、2 位高電平停止位。一個數據幀代表一個控制通道，因此該協議支持512 個控制通道。DMX512 協議的幀結構與數據包結構如圖1 所示。

2　SD5128 及其同步DMX512 協議

SD5128 是高集成度低功耗LED 控制芯片。它采用的單線傳輸模式，內置采樣/ 時鐘再生電路、數字鎖相電路、移位寄存器、脈寬調制模塊，級聯能力超過1024 顆芯片;提供3 個I/ O 通道，每通道最大8 mA 輸出電流，采用外置驅動的工作模式，可驅動三極管和MOS 管。SD5128 采用24 位真彩色( 8R+ 8G+ 8B) ，結合DMX512協議數據格式，SD5128 的幀結構與數據包結構如圖2所示。

圖2 中，數據幀和結束符都是高位先移入，每個數據位在時鐘的上升沿被采樣，下降沿被打出;第一個數據幀對應距移入端最近的LED 燈，N 表示芯片數量。結束符= 1 位“0”+ 24 位“1”，但在實際編程中，按字節發送1 位的“0”和31 位的“1”，所以結束符實際為“0x7FFFFFFF”。對比圖1 與圖2，可以發現SD5128 的幀結構和數據包結構比DMX512 更簡潔。SD5128 幀結構沒有起始位和停止位，數據位從8 位增加到24 位( 8R+ 8G+ 8B);SD5128 的數據包包括24　N 位數據( 即N 幀數據) 和1個結束符，沒有DMX512 的MTBP 位、BREAK 位、MAB位、SC 位。更簡潔的數據結構對實現快速的同步DMX512 協議有很大的作用，SD5128 的單線級聯移位串行控制使控制系統更加簡潔，接線更加簡單。

SD5128 的級聯方式能實現多像素點控制，每個SD5128 控制一個LED 像素點，級聯方式如圖3 所示。

3　LED 控制系統設計

3. 1　硬件設計

硬件結構如圖4 所示。相比傳統的DMX512 主從控制模式要簡單很多，只有一個主控制器( MCU) 、級聯的SD5128 芯片和存儲DMX512 數據文件的USB 接口芯片。SD5128 與RGB LED 燈的連接方式如圖5 所示。可以實現單色256 個灰度變化以及2563 種混合顏色變化，達到更好的混色效果。

USB 接口選擇南京沁恒電子公司研發的USB 接口芯片CH 375，采用被動并行接口方式。CH375 工作在主機方式下，主要實現單片機讀U 盤功能以及對燈光數據的移動控制，增強了可拓展性和易用性。CH375 與MCU 的接口電路如圖6 所示，CH 375 的D0~ D7 與MCU 的P1總線相連。

3. 2　軟件設計

MCU 通過讀取U 盤中存儲的燈光控制文件來實現對LED 燈的控制。U 盤中可以存放多個文件，且每個文件都是一組數據的組合，并以文件名區分和識別。

CH 375提供了U 盤文件級子程序庫，MCU 可以直接調用子程序庫讀寫U 盤中的燈光控制數據，無需考慮文件系統，這不僅降低了研究難度，而且也降低了綜合開發成本。主程序流程如圖7 所示。

當確定U 盤插入時，先搜索U 盤里指定文件的個數，再讀取指定的文件，判斷該文件的大小，打開文件并發送一組控制數據。當一組控制數據的末尾是0x7FFFFFFF時，說明是一組控制數據的結束符，再發送下一組控制數據，直到文件中數據發送完為止，關閉文件并打開下一個文件。這樣，U 盤中多個文件可以組合成絢麗的控制效果。

結 語

傳統DMX512 協議采用多控制器互聯的控制方法，較為復雜。

本文采用基于SD5128 的同步DMX512 實現LED 系統的控制，用單個控制器來實現DMX512 協議，不僅讓控制系統更加簡單，而且使用U 盤存儲燈光控制數據能夠極大地方便用戶。