基于Cortex-M0的DMX512調光設備的設計方案

1.引言

DMX512協(xié)議是美國劇場(chǎng)技術(shù)協(xié)會(huì )(United-States Institute forTheaterTechnology,USITT)制定的數字多路復用協(xié)議，其制定的初衷是為了使舞臺、劇場(chǎng)等地所使用的眾多的調光器和控制器能相互兼容。雖然它不是一個(gè)行業(yè)或國家標準，但是由于它的簡(jiǎn)單性和實(shí)用性，自從出臺以來(lái)，得到了世界各地生產(chǎn)商和使用者普遍承認。在國內也有越來(lái)越多的生產(chǎn)廠(chǎng)家在生產(chǎn)或關(guān)注采用DMX512協(xié)議的數字調光設備。

本文提出了一種基于Cortex-M0單片機的DMX512調光設備的設計方案，該方案能接入2路DMX信號，并進(jìn)行合并進(jìn)行調光，并根據內部AD進(jìn)行硅路溫度，電壓和電流進(jìn)行檢測，然后報告給控臺。

2.Cortex-M0

ARM Cortex-M01處理器是現有的最小、能耗最低和能效最高的ARM處理器。該處理器硅面積極小、能耗極低并且所需的代碼量極少，而且是一款32位的RISC處理器，16位的Thumb指令集，代碼密度高。高度優(yōu)化的功耗與面積使其更適于低成本，低功耗的場(chǎng)合，中斷現場(chǎng)的自動(dòng)保護使得它在進(jìn)入與退出中斷時(shí)的軟件開(kāi)銷(xiāo)降到最低同時(shí)具有確定的指令執行時(shí)間能保證每條指令執行的時(shí)間總是相同的，從而能達到一種實(shí)時(shí)控制。作為ARM公司的最低端產(chǎn)品，同樣擁有高性?xún)r(jià)比，穩定可靠的特性，由此選用此款芯片并應用ARM公司的MDK集成開(kāi)發(fā)工具，可提高開(kāi)發(fā)效率，縮短開(kāi)發(fā)周期。

3.系統硬件設計

本DMX512調光設備是以NUC100(Cortex-M0)為控制核心。整個(gè)系統的硬件部分包括DMX512信號接入模塊，MCU,相位檢測模塊，調光輸出模塊，溫度，電壓及電流檢測模塊，通信模塊、顯示模塊等。整個(gè)DMX512調光設備框圖如圖1所示。

DMX512信號的本質(zhì)就是RS485信號，因此通過(guò)NUC100自帶的串口并加485芯片來(lái)接入就能滿(mǎn)足要求。溫度、電流檢測模塊通過(guò)外圍電流將溫度和電流轉換為對應的電壓信號通過(guò)NUC100自帶的AD通道進(jìn)行采樣。相位檢測模塊通過(guò)LM258比較器正確檢測到交流電的過(guò)零點(diǎn)。調光輸出輸出模塊將NUC100輸出PWM信號來(lái)控制硅塊以達到控制燈光強弱。通信模塊能夠通過(guò)串口，將實(shí)時(shí)檢測的溫度和電流大小報告給控制臺，而且控制臺能夠通過(guò)該接口對設備的進(jìn)行設置。整個(gè)設備的硬件框圖如下圖2所示。

4.系統軟件設計

軟件部分采用程序模塊化設計，便于各個(gè)功能的調試和實(shí)現。系統軟件程序主要主程序，Dmx512信號處理，調光控制PWM輸出處理，通信處理，顯示處理等5個(gè)模塊組成。

4.1 主程序模塊

主程序模塊采用循環(huán)查詢(xún)直至斷電退出，以達到控制燈光亮度的目的。主程序流程如圖3所示。

4.2 Dmx512信號處理模塊

Dmx512信號處理模塊接收外部來(lái)的dmx512信號，接收到了break信號后，開(kāi)始接收數據，收到下一個(gè)break信號，一幀dmx512數據接收完成。dmx512數據接收流程如圖4所示。

4.3 調光控制PWM輸出處理模塊

PWM輸出處理模塊根據DMX512數據，輸出周期為10ms的PWM信號。圖5為PWM調光輸出流程。

4.4 通信處理處理模塊

通信處理處理模塊處理控臺來(lái)的信號，進(jìn)行設備的初始化，配置，調試工作。

4.5 顯示處理處理模塊

顯示處理處理模塊負責顯示設備使用DMX512信號的開(kāi)始地址顯示。

5.結束語(yǔ)

本文提出了一種基于Cortex-M0的DMX512調光設備設計方案，該方案以485串口通信技術(shù)為基礎，并從應用角度出發(fā)，給出了DMX512調光調節的硬，軟件設計。實(shí)際應用證明，該設備操作方便，運行良好，功能穩定，可靠。