關(guān)于DMX512定址協(xié)議剖析

陳珊

摘要：本文基于DMX512協(xié)議在照明工程中的重要性，著重介紹了DMX512節(jié)點(diǎn)模塊及其定址方式的變化歷程，優(yōu)劣比較以及發(fā)展導(dǎo)向。目的在于說明一套有效的寫址協(xié)議對(duì)于DMX512發(fā)揚(yáng)光大的重要意義。

關(guān)鍵詞：DMX512，寫址協(xié)議，并行式

中圖分類號(hào):TN915.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

提到DMX512，了解燈光的專業(yè)人員都會(huì)了解，它是美國USITT協(xié)會(huì)制定的數(shù)字多路復(fù)用協(xié)議，也是現(xiàn)今使用最廣的一種燈光通訊協(xié)議，其制定的初衷是為了使舞臺(tái)，劇場(chǎng)等場(chǎng)所的多種調(diào)光器和控制器相互兼容，雖然它不是一個(gè)國家和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉及實(shí)用性等，越來越多的生產(chǎn)廠商關(guān)注DMX512協(xié)議并將它接口到產(chǎn)品上。

DMX512協(xié)議簡(jiǎn)介：

DMX512是一種數(shù)字調(diào)光協(xié)議，一個(gè)完整的DMX512數(shù)據(jù)包由一個(gè)MIBP位，一個(gè)BREAK位，一個(gè)MAB位和一個(gè)SC位加上512個(gè)數(shù)據(jù)幀組成，每個(gè)數(shù)據(jù)由1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位和2個(gè)停止位組成。DMX512協(xié)議適用于一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主從式控制系統(tǒng)，其互聯(lián)形式采用了多點(diǎn)總線結(jié)構(gòu)，不存在信息通路堵塞的問題，其連線簡(jiǎn)單，可靠性高。隨著該協(xié)議的推進(jìn)，基于這種協(xié)議的燈具也陸續(xù)出現(xiàn)在各大景觀亮化項(xiàng)目中，與最近幾年在景觀亮化中使用日漸增加的另外一種SPI串行控制相比，DMX512有控制通用性，可并行式信號(hào)傳輸（也就是常說的單個(gè)損壞不影響其它的說法）的特點(diǎn)，因而在各種單線串行IC不斷出現(xiàn)的今天，還是有不少工程管理者偏愛DMX512的控制方式。

所謂并行式控制，就是說我們?nèi)舾蓚€(gè)DMX512燈具（或者說是節(jié)點(diǎn)）的信號(hào)線全部并聯(lián)在一根控制總線上，它們?cè)陔姎馍鲜翘幱谕耆降鹊奈恢茫獙?shí)現(xiàn)色彩斑斕的效果，要求單獨(dú)控制到每個(gè)燈具節(jié)點(diǎn)，這就需要每個(gè)燈具節(jié)點(diǎn)獲取的信號(hào)是相對(duì)獨(dú)立，不會(huì)相互影響的。比如廣播點(diǎn)名，大家都聽到了所有人的名字，但是每位關(guān)心的只是自己的名字是否被點(diǎn)到一樣，這一點(diǎn)至少要求每個(gè)人的名字不一樣，我們掛在總線上的燈具也是一樣的道理，總線上的信號(hào)就相當(dāng)于廣播，每個(gè)燈具節(jié)點(diǎn)都需要有自己的名字（我們這里把它稱為地址碼），它們獲取到總線信息后，根據(jù)自己的地址碼挑揀出本節(jié)點(diǎn)需要的信息，然后將這個(gè)信息轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)去控制光源，以此表現(xiàn)出我們絢爛多彩的亮化效果。

2、DMX512的定址方式：

上面我們提到了DMX512燈控系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要一個(gè)地址，那么這個(gè)地址如何獲取呢?這也經(jīng)過了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程：

（1）燒錄地址：這算是最早的一種定址方式，地址存在于節(jié)點(diǎn)芯片源程序里面，就是說每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有不同的源程序，需要專業(yè)人員和燒錄儀器進(jìn)行操作,過程冗雜，還需要大量的記錄標(biāo)示，燈具一旦組裝完成，現(xiàn)場(chǎng)不能更改。

（2）撥碼地址：顧名思義，是通過改變撥碼開關(guān)的連接與閉合來改變節(jié)點(diǎn)IC I/O口的電平，節(jié)點(diǎn)IC的CPU會(huì)以中斷或查詢的方式來檢測(cè)這些I/O口的電平以確定節(jié)點(diǎn)的地址，這是定址的一次變革，統(tǒng)一了節(jié)點(diǎn)IC中的源程序，將專業(yè)人員和燒錄儀器解脫出來，一定程度上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)定址的夢(mèng)想，但隨著燈具種類的多樣化，撥碼已經(jīng)不能滿足各種場(chǎng)合的需求，一是撥碼開關(guān)經(jīng)過多次撥動(dòng)容易損壞并且不方便維修，二是在一些需要灌膠或者結(jié)構(gòu)密封的防水燈具里面無法讓撥碼開關(guān)裸露，從而也不方便實(shí)時(shí)變更地址；

（3）現(xiàn)場(chǎng)寫址：這個(gè)定址方式需要一個(gè)專門用于寫址的儀器，可以通過數(shù)據(jù)線對(duì)燈具節(jié)點(diǎn)進(jìn)行寫址，地址會(huì)存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)IC的EEPROM里面，即使斷電也不會(huì)影響地址的保存，同時(shí)也方便現(xiàn)場(chǎng)施工人員根據(jù)需求實(shí)時(shí)修改地址。但是因?yàn)镈MX512的系統(tǒng)架構(gòu)，這個(gè)定址方式必須對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)寫地址，然后標(biāo)示好編號(hào)，LED燈具廠的做法一般是在工廠完成這項(xiàng)工作，到了工地上，調(diào)試人員只需要利用寫址器做小范圍的地址調(diào)整，通過這兩方配合，可基本解決以往定址的難題。

（4）級(jí)聯(lián)寫址：隨著工程項(xiàng)目的日益增多，增大，項(xiàng)目中采用的節(jié)點(diǎn)數(shù)也越來越多，單點(diǎn)寫址的工作量增加，而且在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中改寫地址，如果不慎接在總線上，還會(huì)造成整個(gè)總線節(jié)點(diǎn)地址的損壞，逐個(gè)恢復(fù)非常冗雜。為了適應(yīng)以上需求，市場(chǎng)開始出現(xiàn)級(jí)聯(lián)寫址，就是說可以批量成串寫址，這樣一方面很大程度減少了寫地址的工作量，一方面更加靈活，現(xiàn)場(chǎng)修改非常容易，當(dāng)然它也存在其雙面性，比如增加了線路連接點(diǎn)等。

3、級(jí)聯(lián)定址的實(shí)現(xiàn)方式：

鑒于以上描述，我們的DMX512寫址目前發(fā)展到級(jí)聯(lián)寫址，整個(gè)級(jí)聯(lián)寫址的架構(gòu)如下圖所示：

圖1

圖2

分為兩種情況：

（1）通過寫址線寫址（如圖1），我們知道DMX512的節(jié)點(diǎn)有四根輸入線，兩根電源線（電源+，電源-），兩根信號(hào)線（D+,D-）,我們說的寫址線是指區(qū)別于這四根線之外的專用線路，它分為輸入和輸出，將所有的燈具串聯(lián)在一起，寫址器通過寫址線輸入端將地址寫入，同時(shí)也可以采用特殊的控制器，這類控制器輸出有對(duì)應(yīng)的地址端口，這樣我們可以通過對(duì)控制器上位機(jī)的操作，實(shí)時(shí)更改所有燈具的地址。

寫址線定址的優(yōu)勢(shì)在于有專用的線路，地址數(shù)據(jù)信息和控制數(shù)據(jù)信息不會(huì)發(fā)生相互串?dāng)_，地址不容易被誤寫或者覆蓋，但不管是成串燈具還是單燈，地址線必須要引出，否則就不可以實(shí)時(shí)更新地址；所以它的問題點(diǎn)在于接線相對(duì)復(fù)雜，每?jī)蓚€(gè)燈具之間要多一個(gè)接頭。

（2）通過數(shù)據(jù)線寫址（如圖2），上面說的寫址線依舊需要，成串寫址的前提就是要把所有節(jié)點(diǎn)串接起來，以達(dá)到定位的效果，地址數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線（D+,D-）寫入，和之前說的廣播一樣，所有的燈具節(jié)點(diǎn)都收到了總線上的地址數(shù)據(jù)，如何獲取就取決于寫址線的協(xié)議了，比如使能式，地址數(shù)據(jù)通過總線發(fā)送出來，第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址線和寫址器相接，置位使能，那么第一個(gè)節(jié)點(diǎn)就接受到總線地址信號(hào)，假定為A，然后關(guān)閉自己的使能，通過地址線輸出開啟下一個(gè)燈具地址使能，再發(fā)布數(shù)據(jù)A+1，第二個(gè)燈具節(jié)點(diǎn)會(huì)獲取地址A+1，然后關(guān)閉自己的使能，通過地址線輸出開啟下一個(gè)燈具地址使能，再發(fā)布數(shù)據(jù)A+2，第三個(gè)燈具會(huì)獲取地址A+2，…………，以此類推，一整串燈具會(huì)獲取連續(xù)地址。

通過數(shù)據(jù)線寫地址的好處在于，這個(gè)寫址方式可以靈活的出現(xiàn)，可以成串寫，也可以單個(gè)寫，單個(gè)寫適用于某些控制節(jié)點(diǎn)不多（多用在大型燈具上）的項(xiàng)目，需要的是接線少，那么地址線可以不用外接，依舊是傳統(tǒng)的四根線，直接將地址線設(shè)置成永久使能即可。當(dāng)然這一點(diǎn)就要仰賴于節(jié)點(diǎn)IC的內(nèi)控程序，保證地址不會(huì)被數(shù)據(jù)覆蓋。

另外級(jí)聯(lián)寫址協(xié)議最重要的一點(diǎn)，因?yàn)镈MX512的特性是并聯(lián)式總線架構(gòu)，單燈損壞不影響其他的優(yōu)勢(shì)，級(jí)聯(lián)式寫址不可破壞這一特性，這就要求寫址協(xié)議滿足如下條件：一旦寫址成功，調(diào)試完成以后，寫址線斷裂，對(duì)地短路等問題均不會(huì)影響到燈具的地址，這樣才不會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的效果。

4、DMX512節(jié)點(diǎn)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)及趨勢(shì)：

近年來，DMX512的硬件節(jié)點(diǎn)也在逐步變化，從最初的單片機(jī)到現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)IC，為適應(yīng)不同場(chǎng)合的需求，這些硬件節(jié)點(diǎn)主要分為以下四種模式：

單線串聯(lián)式：這類型芯片，嚴(yán)格意義上并未遵循DMX512的系統(tǒng)架構(gòu)，但是其數(shù)據(jù)格式沿用了DMX512，可以適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的DMX512協(xié)議的控制器，與傳統(tǒng)意義的DMX512節(jié)點(diǎn)同時(shí)受控，其特點(diǎn)是價(jià)格低廉，無需定義地址，地址會(huì)根據(jù)串聯(lián)的先后順序自動(dòng)確定，缺陷是單點(diǎn)損壞會(huì)影響整串節(jié)點(diǎn)受控。主要用于多像素點(diǎn)的輪廓燈，線條燈等燈具上。

雙線串聯(lián)式：與單線串聯(lián)式的區(qū)別在于，使用了差分信號(hào)傳輸?shù)哪Ｊ剑?jié)點(diǎn)之間可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。

單線并聯(lián)式：并聯(lián)應(yīng)用單線傳輸控制專用芯片，兼容DMX512（1990）信號(hào)協(xié)議，適用于成串制作的像素?zé)?，這類燈具傳輸線路規(guī)則，單線傳輸收到的串?dāng)_不大。

雙線并聯(lián)式，與單線并聯(lián)式的區(qū)別在于，信號(hào)線使用差分雙線傳輸，適用于節(jié)點(diǎn)距離遠(yuǎn)，排布不規(guī)則的場(chǎng)合。常用于點(diǎn)光源，投光燈等燈具上。

DMX512節(jié)點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，勢(shì)必朝著使用簡(jiǎn)便，成本低廉的方向發(fā)展，無論是通訊的可靠度和定址的方便程度都是其發(fā)展所要考慮的必備因素。

5、結(jié)束語：

DMX512是國際通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，市場(chǎng)上DMX512的受控節(jié)點(diǎn)和控制器都可以相互替代，但是寫址協(xié)議還沒有兼容，幾乎每一家都有自己的一套協(xié)議，同一項(xiàng)目使用多種品牌的DMX512燈具，如何定址成為一個(gè)瓶頸問題，目前LED燈具廠商的做法有將各種寫址協(xié)議集成在一臺(tái)寫址器上，盡量通用，但這樣還是建立在燈具廠家寫址協(xié)議對(duì)外開放的前提下，也是治標(biāo)不治本，還是期待基于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的受控節(jié)點(diǎn)寫址方式也能得到統(tǒng)一規(guī)范。

參考文獻(xiàn)：

【1】方福波等，DMX512控制協(xié)議及其實(shí)現(xiàn) ，照明工程學(xué)報(bào)，第13卷第3期