以NB3000設計的DMX512照明控制

1、以NB3000設計的DMX512照明控制-第1部分照明對電子設計社群一直具有重大的技術和商業(yè)利益。隨著人們對全球環(huán)境問題日益關切，最近的許多電源設計和半導體的研究，都一直圍繞在提高電力功率與LED光輸岀及其相關的驅動電路。 事實上，LED是一個很好的例子，可說明克萊頓克里斯坦森（ Clayton Christensen ）名 為破壞性技術”這個名詞-一個最終變得非常便宜、夠好”的技術，取代了高度優(yōu)化現(xiàn)有技術 （以這個例子來看，就是白熾燈和緊湊型熒光燈）。雖然LED在產(chǎn)品質量和每瓦流方面都有進步，使用它們的燈具同樣也在進步。今天，談到LED燈具，夜總會、酒吧和現(xiàn)場表演場地有太多可用的選擇，包括移

2、動頭、圖案投影機、半導體激光 投影儀，以及替代大量發(fā)熱的傳統(tǒng)白熾燈的投光燈”與使用輕凝膠乳液或彩色濾光片為照明燈局著色。LED在所有情況下都更靈活，也有更高的效率，提供無限的色彩（與紅，綠和藍芯片）和高亮度，在酒吧黑暗的環(huán)境中，可令人留下深刻印象。雖然這項技術現(xiàn)在還不能取代HID （高強度氣體放電）燈，但也不過是遲早問題而已，而且LED在很多情況已經(jīng)是較受歡迎的了。主要用來控制這些裝置的協(xié)議還是一直沒變的：DMX - 512是一個眾所周知，且相當簡單的標準，由USITT維護（E1.11標準是當前版本）。這個標準自1980年中期以來已經(jīng)被廣泛使用， 但因為很容易安裝， 而且提供足夠的功能，所以它

3、仍是照明控制使用最廣泛的協(xié)議，并有未來很有可能還是繼續(xù)如此。NanoBoard 3000 是開發(fā)使用 DMX - 512 （和其他協(xié)議） 的照明控制器應用程式的完美平臺。這個月，我們將提供一份 DMX - 51 2照明協(xié)議簡短概述，介紹一些讓NB3000在這一領域運作的關鍵部件。DMX - 512協(xié)議-高級概述標準DMX512使用RS-422/485 （現(xiàn)在被稱為 EIA - 485 ）在雙絞線平衡線路上傳輸異步串行數(shù) 據(jù)。原來的標準規(guī)定以 120Q標準阻抗的屏蔽雙絞線連接5針180度XLR連接頭，修訂后的標準允許使用 CAT 5非屏蔽或屏蔽雙絞線和RJ - 45模塊化插孔連接器。這使得商業(yè)照

4、明裝置得以在建設基礎設施時，利用統(tǒng)一的CAT - 5電纜和修補，而由于以太網(wǎng)交換機系統(tǒng)，這已經(jīng)是相當普遍了。正如在任何基于 RS -485的串行鏈路，雙絞線傳輸線在多點總線結構共享，如圖1所示。每一個設備的輸入和輸出插座由長度較短的電纜菊花鏈將固定裝置連在一起，更是有利于此。RS -485是一種多主總線的，不同地是，DMX - 512是一種單主多從巴士（所以實際上更像的RS -422 ），因為照明控制器通常只對固定裝置發(fā)岀命令。然而，許多基于LED燈具可作為不需要單獨控制界面的簡化操作模式的總線主。重要的是要注意，在該線的末尾應有120Q終止，否則反射會使得數(shù)據(jù)不可理解。r 、' ha

5、 II*FixtureF £ C u !?圖1 - DMX 512 的總線連接在RS -485在DMX - 512物理信號的采用差分平衡線，發(fā)射功率為25萬比特/秒基帶信號，所以以今天的標準來看，是比較緩慢的，但在大多數(shù)情況下，它仍然算是夠快的。一些專有系統(tǒng)使用更高速度的協(xié)議版本，在涉及成千上百個渠道的情況下，能使場景快速變化（如搖滾音樂會中可見的多個可動頭裝置）。在大多數(shù)安裝啟用情況下，當延遲或通道數(shù)量成為問題時，通常會使用一個以上的 DMX總線。串行數(shù)據(jù)格式非常簡單，多數(shù)UART任何可以被配置為用一個起始位、8個數(shù)據(jù)、位、2個停止位，來發(fā)送和接收這種格式。需要說明的是，隨著的 D

6、MX每個幀的開始，由一個長的空間開始（稱為休息），然后是一個標記（休息后標記”或MAB ），以界定分隔每個數(shù)據(jù)集。參考圖2，每幀的第一個字節(jié)是槽0,正常減低亮度的應用是一個NULL （全零）字節(jié)，但可以用來傳輸供應商代碼到智能設備，作為和配置和診斷的手段。下一個插槽，插槽 1,就是本幀控制512個減低亮度調光渠道的第一個從渠道，從0x00 （全關）增加到 0xFF （全亮）的亮度值。接下來的每個后續(xù)槽具備相關渠道的減低亮度調光器設置，一直到512個插槽為止。DMX-512 FRAMEr.i . 'hi h. 1 Ki J.i- L H. t=；打.Jl-'-£= bi

7、h Ek廉殆* «'bl In-.圖2 -DMX幀使用NB3000控制DMX由于 Altium 的 NanoBoard 3000 配備一個 RS頤:屮ltl>l：S- £門 燼：和IX IX圖 3 -RS485CNTR-485輸岀，可以用來傳輸DMX - 512協(xié)議數(shù)據(jù)。FPGA NB3000 端口 Plug-I n.ln tLib library插件的RS485CNTR 組件（如圖3所 示）用于連接到 DMX接口的RS - 485總線。 由于NB3000使用一個 RJ - 45連接器，而多 數(shù)照明燈具使用 XLR型連接器，因此需要制作或購買適配器電纜。事實上

8、，用切除XLR DMX - 512 電纜的尾端，和卷曲RJ - 485連接器, 就可以達到目的了。從FPGA送岀的3.3V的LVCMOS信號經(jīng)過電平轉換，并由ISL8491芯片和輔助，提供所需的RS - 485標準5伏差分信號傳輸。這個裝置還具有傳輸和接收的啟動輸入，通常能以綁在 VCC電源端口物體的方式，成功安裝RS485CNTR 組件的RS485_RX_EN 和RS485_TX_EN 針。為了獲得必要的串行數(shù)據(jù)格式，使用了 Altium Wishbone UART（WB_UART8IP內核。FPGA Perhipherals.IntLib庫中可見圖解版的組件，但這篇文章將用OpenBus版

9、本（如圖4所示）。雖然WB - UART事前已為8個數(shù)據(jù)位做過設定，1啟動和1個停止，我們可圖4-wb UART 以誘騙它提供2個停止位，如在 DMX -512協(xié)議中使用的。但是，這次篇幅有限，等下個月再繼續(xù)。在下一期，我們將提出三個簡單的參考設計，執(zhí)行基于LED照明燈具的 DMX - 512實時時間控制。請繼續(xù)關注！NB3000 的DMX512照明控制-第2部分在上一期展望中，我們介紹了DMX-512照明控制協(xié)議并討論了其在新興的照明技術和生活與工作場所管理方面的重要性。我們還介紹了 NB3000 RS-485 接口和WB_UART8 串行外設接口，其可用于執(zhí)行來自NB3000的DMX-51

10、2 通信。您可以在 這里查看我們的第一部分介紹。在這一部分中，我們將了解一下Altium Desig ner FPGA項目 其使用 DMX-512 和WB_UART8 組件來控制照明燈具。 我們將從設計一個基本的 DMX-512發(fā)射機開始，然后擴 展其功能，使用 TFT觸摸屏來控制一個 RGB液晶照墻燈。接著我們繼續(xù)利用 NB3000的 TFT觸摸屏來為液晶搖頭燈具設計一個簡單而有效的控制界面。NB3000 RS-485接口使用 RJ-45插孔，標準5類雙絞線布線使用EIA/TIA-568 定義的引腳。依據(jù)USITT DMX-512 標準，這在固定布線裝置中也是允許的。不幸的是大多數(shù)亞洲生產(chǎn)的

11、照明燈具使用的是非標準的XLR 3腳連接器，因為這樣可極大地降低BOM成本（與USITT指定的5腳XLR不一樣）。將 DMX信號發(fā)送到燈具的適配器線需要按圖1中進行布置。在我們這個案例中，我們只是將CAT-5表1:主源代碼循環(huán)和數(shù)字IO讀取程序連接線尾端切掉并在裸端接了一個XLR插頭。R；巧圖1:將RS-485插孔連接到3腳DMX-512 接口的電纜設計1:基本的RGB DMX控制器這里演示的三個照明控制設計的核心是一個基于TSK3000處理器的 Ope nBus系統(tǒng)和WB_UART8 串行控制器。該系統(tǒng)(圖 2所示)將 NB3000 SRAM用于程序和數(shù)據(jù)存儲器，還使用了 LED (NB_L

12、EDS) 控制器核心和自定義數(shù)字IO(CTRL_DESK) °LED控制器僅用于模擬 Nan oboard 本地 DMX 輸岀的顏色， CTRL_DESK 數(shù)字IO 將與 Na noboard 接口儀器一 起通過USB為主機提供一個圖形用戶界面。下圖WB_UART8 被指定為 DMX_UART。圖2 :用于基本DMX控制器的OpenBus系統(tǒng).CTRL_DESK 數(shù)字IO配置如圖3所示。三個 輸岀”概念性地從控制界面輸岀到TSK3000 , 這樣我們就可以從TSK3000嵌入的代碼內讀取其狀態(tài)。圖3: OpenBUS 數(shù)字10配置頂層原理圖（見圖 4）顯示了 FPGA到外設的布線 -

13、注意RS-485連接的布線方式；傳輸和接收使能（enables）上拉，CTS至UART下調，這是由于DMX-512 并不使用硬件握手。此處Na noboard 界面儀用于將Ope nBus系統(tǒng)中的自定義數(shù)字I0鏈接到主機上運行的圖形用戶界面腳本項目上，通過USB控制DMX 通道。m Mi J 403山圖4 :用于RGB DMX 臺的頂層原理圖（點擊查看大圖）Nan oboard 界面儀被配置鏈接到了一個新的腳本項目，并且有一個新的外觀，含三個滑塊控件、標簽（紅、綠和藍）以及三個十六進制值顯示器。外觀設計如圖5所示。其同時也顯示了信號鏈路管理器的配置-一個新添的不可見表格控件，用以將OpenBu

14、s自定義數(shù)字IO輸岀鏈接到滑塊控件。每個滑塊都使用相應的虛擬信號鏈路鏈接到各自的設計信號。例如，圖6顯示了紅色滑塊控件的 SignalLink 屬性，而滑塊值（可配置的最小值為0，最大值為 255 ）可從設計上運行的嵌入代碼中的自定義數(shù)字IO讀取。ral DeckEditing SlgrulLi nkMonngcr 1 StgnolLInfcsDesign SignalVirtual Signs! Links處 >4* C >tvE9 CTCL.reSk (ID - 0)>L £何戸汨込?JI RED7.,0TL CltL.DE 產(chǎn)一勞 E E ”山ji.J-L C

15、TPIjx BLUE7 r0Q-TtrL圖5 : Na noboard 儀腳本表格和信號鏈路管理器液晶十六進制顯示器的更新由腳本項目中滑塊腳本表中的On Cha nge 事件控制，其反映了滑塊的值（十六進制形式），并且當用戶使用主機鼠標更改滑塊位置時，該值也會自動改變。5lXnn(Tool Tippt None5ignalLinki匚>:T：-ji5mallTick5(TlristrumentTlcksFloat)Value0ValuBlncrenent1圖6 :紅色滑塊控件信號鏈路此設計的嵌入項目相對簡單些，包括LED控制器的驅動程序、UART和自定義數(shù)字 10。因此,此處僅描述了主循

16、環(huán)和數(shù)字IO讀取程序，如表 1中顯示。ititr(void)Tn i T 1 A 1 i z-S (); whllG (1)/ JaMJT C?tJ tjDtlt：uart3PCC5L2, 22 r / 5tart with 總22-birt0) ; / Send a 0 in Che flrsz sloe /I-J aGrcora and 邛Hu亡for (int i - 0; i c1+). 'I g jj =“ 1led set £nty (JT.ztr-1 i / / MimicrL J7Dc?r Loue 1¥/DMV buffer qlt 匸 to 11

17、 gh c sfcr tint i = 0; L < 512; i+)1while (!uartBtransmitbuffrea(DNX512); /Wa-ic 口門匸丄上 room to send rrore stuff jar tC Liitclhj.r (.:二；.：<： .li J);uint8 t.c.iek y. v.i 1 u*.t uintC t:.、/ ifvzi te thm 勇七m if thmI id and tfte basejze(r i gric: < 16Vfil idre tu m 4+ .：.);*WS . - . '.4. - J

18、IE ,=”1IX; turti 0 ;表1 ：主源代碼循環(huán)和數(shù)字10讀取程序Initialize ()用于設置驅動程序并配置 WB_UART8 使其傳輸字符延遲兩位間隔，從而有效 地提供2個額外停止位(即使WB_UART8的硬件固定為一個停止位)。這就照顧了 DMX-512協(xié)議要求的最低 2個停止位，如上一篇文章中所討論。其次，在主程序循環(huán)的開始，將在每個DMX 幀的開始調用 uart8_putbreak (DMX512, 22)以發(fā)送所需的最低 22位 BREAK (低 級)。緊隨 BREAK 之后，將使用 uart8_putchar (DMX512, 0)傳輸一個 NULL (零)字 符

19、， 這是保留的 零槽”表示以下 512個槽含有調光通道 0到511的值。在主循環(huán)中，將使用desk_get_value (i)讀取控件腳本表上的三個滑塊值并將其放到512字節(jié)的數(shù)組變量的前三個字節(jié)部分，DMX_Table i 用于 DMX - 512 的緩沖器。這三個值還將被放到 LED控制器的前三個LED通道中，作為 NB3000 (LED 0) 上的首個 LED中的紅綠藍芯片。主循環(huán)的最后一部分只是將變量DMX_Table i 的所有512個字節(jié)按順序地從RS-485端口輸岀，連接到燈具菊花鏈的DMX - 512 輸入。此代碼只使用了前三個通道，您可以根據(jù)需要擴展該項目，最多可使用511個

20、通道。圖7顯示了 Altium Designer 中的項目層次結構，腳本和嵌入的項目都被鏈接到了FPGA項目 帶滑塊的腳本控件表也在工作中。同時，拍攝了 RGB LED 照墻燈具的照片，如圖8所示。燈具的基址設置為000，這樣紅綠藍 LED將分別是通道 0、1和2。 ' fcllium Oesigiur朗咗中屮1 .JVPr&f)ft£? lw-<卜圖円'如* 4 a I wr-CCt* d LMT- iCC-5EM««re 蟲心h 甘旳T BF | w *4 i7DlMW JmPblNgDnlgAUChlfML 0 * 4幽-嚴1*

21、$盟幣pMX-C*閆L$ a* * |F2m nr Qr二 hglune Ed MX CanliaL1ce &oct#rn?rr % d Rljfi _：iE：*-i.IXPljF叫DATIJTT*<*!? _2iT c-p h >弟帥讓日地門.* itaJWefl*屮 "y ME jnblOOOal口IB uJ小J亡噸_1i.B I b J jut*劃凹 rLj£lXYi".'；( i>b.F'qt “血-心購”皿旳砂：Wlf"'f -lib'-J ftMmti工旳IMUflEI護ACEfii

22、tfmPjnrwME TDO|DHXCDntnlDMk* -嚴二二二 IJP TK?-=吩i/miftJSkJOOO"Jhli±icj L n n 匸口mpnri1SowccSatJzrE>e 1 ncrqlBon匿3，： by 一珂mhIDaciBwilEVi受先皿億DU睛C WncunMnti AndHwdan'Mv1 Do<xnenis| U.CTFILPE 5K MANOWKRCU CW?I SlTqp¥ tQramr*r 兇 $Hngbtn 瀘如MDnBMttWy Batttftl 勺p ,(C Dac.Pieris護上於硏 心總刑

23、初乎 Dwt曠，屈y Friec 警Sy： fem Cjugri C-Cfnpiei Hfi& IfTtwnnlg jfHDL 5 bppbti 1nloihMt<i圖7 : RGB DMX 控制器項目和主機上運行的腳本圖8 :受RGB DMX 項目控制的 LED 照墻燈。計2:使用TFT觸摸板的RGB取色器此設計是 Na noboard 3000 探索系列練習 13 ( “LED觸摸屏控制”的一個變本。只是稍微進行了一些修改和擴展以包含WB_UART8 硬件和驅動程序，以及一些額外嵌入的代碼，用以將RGB顏色值從 TFT取色器傳輸?shù)?DMX-512 RGB 照墻燈。有關DS00

24、13教程文檔的詳細信息，請參閱Nanoboard 3000信息站點 http:/nb3000.altium.eom/intro.html 并點擊 培訓教室”鏈接。圖9 :從TFT LED 控制器(DS0013) 更新的OpenBus 文檔。圖9顯示了更新的 OpenBus 文檔。您可以在這里查看WB_Multimaster ，用以在 TFT控制器(WB_ILI9320_1) 和CPU 之間共享屏幕緩存RAM。還包括了可選的 WB_BOOTLOADER用以在啟動時從 SPI閃存啟動應用程序，另外還有SPI總線和輔助 TFT觸摸傳感器的觸摸屏控制器核心。現(xiàn)有的項目使用了所有這些元素及NB3000

25、LED，但是這里我們又添加了WB_UART8 (DMX_UART)，并在頂層原理圖上將其連接到了RS-485 接口，與之前的設計一樣。剩余的修改只是添加了一些用于WB_UART8 的其他軟件平臺驅動程序(進行了配置以禁用和使用外圍IP核心中包含的硬件緩存器，如圖10中所示)，還有在嵌入的C代碼(用以更新 和傳輸DMX輸岀的三色(RGB)值)中也添加了一些功能Devree StacksLhtt rewdriver4.1>L UP1 otiichscreen. PtnDeiettorUAR Tkotl Df iwer -DM5S12斤、”Yt*A 卄 1 intertdceDPifi.JL1

26、23Z0_L >5t'lTC<CTSC«UAHI 亦1*沖1JIPFH T int缶九"ii 舊:vnIGilt IT 剛UE UAHI SrntAt Huit DlrviII芒一池門:.-V*厲.bUT.ITin.Mh HiJVl叮世gy誕I m小T叭r；-L a 剛b hk- - (tif 'iu,bu伽. lh'?utJuiLiJJ I report frwn FPGAj Add Mew Wrapper.j Gicw Stack Up.圖10 :用于設計2的軟件平臺 WB UART8 驅動程序配置。表2中顯示了更新的嵌入代碼。為了清

27、楚起見，這里忽略了每項功能的實現(xiàn)詳情。它們的基本功能如下：ini tialize()初始化所有的外設驅動程序并把用戶帶進TFT觸筆校準程序，然后會在 TFT面板上 顯示取色器位圖。poi nter_update ()檢查觸摸面板的狀態(tài)，如果用 戶觸摸屏幕，則它將會使用當前壓力施加位置的X和Y坐標更新 pointer_state結構。在這種情況下，pointer_update ()將返回 True。 graphics_get_pixel()調用以返回上面所提到的X,Y位置的像素顏色，然后傳遞給set_all_leds()。set_all_leds()用以將 NB3000 LED 設置成用戶所選擇的顏色，并還將返回一個數(shù)據(jù)結構RGB數(shù)組，其中含有紅綠藍通道值的三字節(jié)數(shù)組。send_dmx ()然后使用 UART將RGB數(shù)組數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸彰鳠艟?。J/ x -.jr* f j-1 r -i 'i t < i m - y ci：/ m P)>y!in-J_djTLK :;表2 :更新的用于設計2的嵌入式項目中的主代碼循環(huán)設計3： LED搖頭DMX控制器此設計是對前面設計的進一步擴展，添加了觸摸屏功能和一些附加通道映射，用以控制13個通道的 智能”照明燈具。此設計使用的燈具是一個微