Интерфейс DMX512: описание и принцип работы

Содержание

Интерфейс DMX512 – это стандарт связи, который широко используется в сфере светового и звукового оборудования для управления освещением, спецэффектами и звуковыми эффектами. DMX512 позволяет передавать управляющие сигналы между контроллерами и устройствами освещения или звукового оборудования.

Описание DMX512

DMX512 (Digital Multiplexer 512) представляет собой цифровой протокол, который работает на основе серийной передачи данных. Он использует один управляющий кабель (обычно XLR-кабель) для передачи информации от управляющего устройства (например, светомузыка, консоль освещения) к устройству приема (настроенному светильнику или диммеру).

История протокола DMX512: от появления до современности

Протокол управления освещением DMX512 уже давно стал неотъемлемой частью сценических представлений, концертов, театральных постановок и других мероприятий, где играет важную роль световое оформление. Но как и когда началась история этого универсального стандарта?

Появление протокола DMX512

История протокола DMX512 началась в конце 1980-х годов, когда компания USITT (United States Institute for Theatre Technology) разработала этот стандарт для управления освещением в театрах и студиях. Название DMX означает Digital Multiplex, а число 512 указывает на количество каналов, доступных для управления при помощи этого протокола.

Эволюция протокола

С течением времени стандарт DMX512 был доработан и усовершенствован, приведя к появлению DMX512-A. Новая версия принесла улучшенную надежность и стабильность передачи данных, что сделало ее еще более популярной среди специалистов по освещению.

Принцип работы DMX512

Управляющее устройство отправляет последовательность байт данных через кабель на устройство приема. Каждый байт соответствует значению интенсивности «яркости» для конкретного канала (обычно одного светодиода или группы светодиодов). Диапазон значений изменяется от 0 до 255, что позволяет осуществлять плавное изменение интенсивности свечения.

Соединение Устройств DMX12
Одним из главных преимуществ использования протокола DMX512 является его универсальность и совместимость с широким спектром оборудования. Благодаря стандартизации данных, устройства различных производителей могут взаимодействовать между собой без проблем, что обеспечивает гибкость и простоту управления освещением.

Протокол Передачи Данных DMX512

Протокол передачи схож с UART и осуществляется передача одинаково с RS485. Особенности:

  • Скорость передачи: 250 Кбит/с
  • Максимальная длина провода: 1200 метров
  • Максимальное кол-о подчиненных устройств: 512
  • Стоп биты: 2
  • Особенное начало протокола

«Маркер после паузы» (Mark-After-Break — MAB) — это стартовая последовательность при передачи пакета, которая начинается с паузы (break), являющимся НИЗКИМ уровнем. После которого передаётся маркер (mark), имеющий ВЫСОКИЙ уровень. Полный пакет показан на рисунке 1.

Протокол передачи данных DMX512
Рисунок 1. Протоколу DMX512.

Слово состоит из стартового бита низкого уровня, 8 бит данных и 2-х стоповых битов высокого уровня. Реальная передача переда протока DMX512 показана на рисунке 2.

Протокол DMX512 снятый с оcцислографа
Рисунок 2. Передача пакета данных протоколу DMX512 снятая с осциллограф.

Кабель XLR-5 и XLR-3 DMX512: мощное соединение для передачи данных

Кабели XLR-5 и XLR-3 DMX512 являются неотъемлемыми компонентами в мире светового и звукового оборудования, обеспечивая надежную передачу данных между устройствами и обеспечивая высококачественное звучание и освещение на мероприятиях любого уровня.

Кабели XLR-5 и XLR-3 DMX512 – это высококачественные аудио- и световые кабели, используемые для передачи цифровых сигналов между различными устройствами, такими как микшерные пульты, световые контроллеры, световые приборы и звуковые системы. Они оснащены специальными коннекторами типа XLR (XLR-5 и XLR-3), которые обеспечивают надежное и стабильное соединение.

Описание кабеля XLR-5 и XLR-3 DMX512

Кабель XLR-5 DMX512

Кабель XLR-5 DMX512 представляет собой кабель с пятью контактами, который часто используется для подключения световых приборов и контроллеров на профессиональных мероприятиях. Он обеспечивает высокую пропускную способность и стабильную передачу данных, что позволяет точно управлять освещением и создавать эффекты светового шоу.

XLR-5 DMX512
Рисунок 3. Разъем XLR-5.

На рисунке 3 изображен разъем с контактами XLR-5:

  • 1 — Это земля
  • 2 — Сигнала дата(Negtive) канала 1
  • 3 — Сигнала дата(Positive) канала 1
  • 4 — Сигнала дата(Negtive) канала 2
  • 5 — Сигнала дата(Positive) канала 2

Кабель XLR-3 DMX512

Кабель XLR-3 DMX512, в свою очередь, имеет три контакта и используется для соединения звукового оборудования, такого как микшерные пульты, микрофоны, акустические системы и другие устройства. Он отличается высокой надежностью и качеством сигнала, что обеспечивает четкое звучание и бесперебойную работу звукового оборудования на мероприятиях.

XLR-3 DMX512
Рисунок 4. Разъем XLR-3.

На рисунке 4 изображен разъем с контактами XLR-3:

  • 1 — Это земля
  • 2 — Сигнала дата(Positive) канала 1
  • 3 — Сигнала дата(Negtive) канала 1

Преимущества использования кабелей XLR-5 и XLR-3 DMX512

  1. Надежность и стабильность: Кабели XLR-5 и XLR-3 DMX512 обеспечивают высокую степень надежности передачи данных, что исключает возможность сбоев и помех в работе оборудования.
  2. Высокое качество звука и света: Благодаря высокой пропускной способности и минимальным искажениям сигнала, кабели XLR-5 и XLR-3 DMX512 позволяют передавать аудио- и световые сигналы с высокой четкостью и качеством.
  3. Универсальность применения: Кабели XLR-5 и XLR-3 DMX512 могут использоваться для подключения различных типов оборудования, что делает их универсальным решением для организации мероприятий и концертов.

Кабели XLR-5 и XLR-3 DMX512 являются незаменимыми компонентами в индустрии музыкального и светового оборудования, обеспечивая профессиональную и качественную передачу данных.

Применение DMX512

Сегодня протокол DMX512 широко используется не только в сфере развлечений, но и в архитектурном освещении, в музыкальной индустрии, на стадионах, в рекламных инсталляциях и даже в домашнем освещении. Его универсальность и простота использования делают его незаменимым инструментом для специалистов по световому дизайну.

Достоинства и Недостатки

Достоинства DMX512:

  1. Простота использования: стандарт DMX512 легко расширяется и настраивается для управления различными типами устройств, что делает его удобным инструментом для осветительных инсталляций.
  2. Надежность: DMX512 обеспечивает стабильную передачу сигнала и управления, что позволяет точно контролировать освещение и другие функции осветительного оборудования.
  3. Гибкость: стандарт поддерживает до 512 каналов управления, что позволяет создавать сложные световые эффекты и программы освещения.

Недостатки DMX512:

  1. Ограниченная дальность передачи: стандарт DMX512 ограничен расстоянием передачи сигнала, что может вызвать проблемы при управлении устройствами на больших площадях.
  2. Ограниченная пропускная способность: DMX512 имеет ограничения по количеству передаваемой информации, что может быть недостаточно для сложных осветительных установок с большим количеством устройств.
  3. Необходимость дополнительного оборудования: для расширения функциональности и возможностей стандарта DMX512 часто требуется использование дополнительного оборудования, что увеличивает затраты и усложняет систему управления.

Реализация протокола DMX512 на языке Verilog

Контроллер DMX512 написан на языке Verilog(документация). В коде состоит из модуля UART и блока проверки встречной работы. Для большей функциональности используется блок generate, который может учитывать или исключать части кода через следующие параметры:

  • BP_ENABLE — значение 1 включает проверку встречной работы, а при 0 нет.
  • D_ENABLE — значение 1 оставляет функцию передачи, а 0 — нет.
  • R_ENABLE — при значение 1 прослушивает линию R, а при 0 наоборот.
  • PARITY_ENABLE — при единице вставляет 9 битом бит четности, а при 0 — обычная посылка.
В построении платы под разъем DMX512 схоже с RS485 и UART. Применяются трансиверы одинаковые c RS485, а значит код на языке Verilog не отличается. Данный код на Verilog написан под наиболее распространенные микросхемы: ISO1176, ADM1485, ADM3075 и тд. Практически, под все микросхемы DMX512 подойдет.
module DMX512_CONT
#(
	// Параметр включения встречной работы
	parameter BP_ENABLE = 0,
	// Параметр включения линии передачи
	parameter D_ENABLE = 1,
	// Параметр включения линии приема
	parameter R_ENABLE = 1,
	// Включения бита четности
	parameter PARITY_ENABLE = 0
)
(
	input	wire	[7:0]	data_i, // Данные на отправку
	input	wire		vd_i, // Валидация данных на отправку
	input	wire		clk, // Тактовый сигнал ПЛИС
	input	wire		clk_rs, // Тактовый сигнал на 250кГЦ
	input	wire		data_rsr, // сигнал R ISO1176
	output	wire		data_rsd, // сигнал D ISO1176
	output	wire		rsre, // сигнал RE ISO1176
	output	wire		rsde, // сигнал DE ISO1176
	output	wire	[7:0]	data_o, // принятые данные
	output	wire		vd_o, // валидация принятых данных
	output	wire		ready,  // сигнал готовности
	output	reg		bp  // встречная работа
);
	
	wire			vd_o_wire; // линия валидации с UART
	wire			ready_wire; // сигнал готовности с UART
	wire			data_rsr_wire; // промежуточная линия R
	wire			_first_bit_rx; // начала кадра с UART
	wire	[3:0]		count_r_kadr;
	
	initial begin
		bp <= 0;
	end
	
	assign data_rsr_wire = data_rsr & ~rsde;
	
	
	UART_VERILOG #(D_ENABLE, R_ENABLE, PARITY_ENABLE)
		uart(clk, clk_rs, data_rsr_wire, data_o, vd_o_wire, data_rsd,
			data_i, vd_i, ready_wire, _first_bit_rx, count_r_kadr);
		
	generate
		if (D_ENABLE == 1) begin
			assign ready = ready_wire & ~_first_bit_rx;
			assign rsde = ~ready_wire;
		end
		
		if (R_ENABLE == 1) begin
			assign rsre = 0;
			assign vd_o = vd_o_wire;
		end else begin
			assign rsre = ~rsde;
		end
		
		if (BP_ENABLE) begin
			always @(negedge clk_rs) begin
				if (rsde) begin
					bp <= bp | (data_rsr != data_rsd);
				end else begin
					bp <= 0;
				end
			end
		end
	endgenerate

endmodule

module UART_VERILOG 
#(
	parameter TX_ENABLE = 1,
	parameter RX_ENABLE = 1,
	parameter PARITY_ENABLE = 1
)
(
	input	wire			clk,
	input	wire			clk_br,
	input	wire			rx_serial,
	output	wire	[7:0]	rx_data,
	output	wire			rx_vd,
	output	wire			tx_serial,
	input	wire	[7:0]	tx_data,
	input	wire			tx_vd,
	output	wire			ready_tx,
	output	reg				_first_bit_rx,
	output	reg		[3:0]	counter_bits_rx
);
	reg		[3:0]	counter_bits_tx = 0;
	
	reg		[11:0]	tx_data_reg = 0;
	reg		[7:0]	tx_termclk = 0;
	reg				ready_trns = 1;
	reg		[8:0]	rx_data_reg;
	reg				parity = 0;
	reg				flag_start_tx = 0;
	reg				first_clk_vd = 0;
	reg				limit_vd = 0;
	reg				edge_clk_br = 0;
	
	wire			wire_vd_rx;
	
	initial begin
		_first_bit_rx <= 0;
		counter_bits_rx <= 0;
	end
	
	assign	rx_data = rx_data_reg[7:0],
			rx_vd = limit_vd;
	
	generate
		if (PARITY_ENABLE == 1) begin
			assign wire_vd_rx = ~parity & (counter_bits_rx == 9)
							& rx_serial & ~clk_br;
		end else begin
			assign wire_vd_rx = counter_bits_rx[3] & rx_serial;
		end
	endgenerate
	
	assign	ready_tx = ready_trns,
			tx_serial = tx_data_reg[0] | ready_trns;
	
	always @(posedge clk) begin
		if (tx_vd & ready_trns) begin
			tx_termclk <= tx_data;
			flag_start_tx <= 1;
			if (clk_br)
				edge_clk_br <= 1;
			else
				edge_clk_br <= 0;
		end else begin
			if (clk_br & ~edge_clk_br) begin
				flag_start_tx <= 0;
			end
			if (~clk_br & edge_clk_br) begin
				edge_clk_br <= 0;
			end
		end
		
		if (wire_vd_rx) begin
			if (~first_clk_vd) begin
				first_clk_vd <= 1;
				limit_vd <= 1;
			end else begin
				limit_vd <= 0;
			end
		end else begin
			first_clk_vd <= 0;
		end
	end
	
	integer i;
	generate
		if (RX_ENABLE) begin
			always @(posedge clk_br) begin
				if (PARITY_ENABLE == 1) begin
					rx_data_reg[8] <= rx_serial;
					for (i = 1; i < 9; i = i + 1) begin
						rx_data_reg[i - 1] <= rx_data_reg[i];
					end
				end else begin
					rx_data_reg[7] <= rx_serial;
					for (i = 1; i < 8; i = i + 1) begin
						rx_data_reg[i - 1] <= rx_data_reg[i];
					end
				end
				
				if (~rx_serial & ~_first_bit_rx) begin
					_first_bit_rx <= 1;
				end else if (_first_bit_rx) begin
					if (PARITY_ENABLE == 0) begin
						if (~counter_bits_rx[3]) begin
							counter_bits_rx <= counter_bits_rx + 1;
						end else begin
							counter_bits_rx <= 0;
							_first_bit_rx <= 0;
						end
					end else begin
						if (counter_bits_rx < 10) begin
							counter_bits_rx <= counter_bits_rx + 1;
							parity <= parity ^ rx_serial;
						end else begin
							counter_bits_rx <= 0;
							parity <= 0;
							_first_bit_rx <= 0;
						end
					end
				end
			end
		end
	endgenerate
	
	integer j;
	generate
		if (TX_ENABLE) begin
			always @(posedge clk_br) begin
				if (flag_start_tx) begin
					if (PARITY_ENABLE == 1) begin
						tx_data_reg[0] <= 0;
						tx_data_reg[8:1] <= tx_termclk;
						tx_data_reg[9] <= ^ tx_termclk;
						tx_data_reg[10] <= 1;
						tx_data_reg[11] <= 1;
						tx_data_reg[12] <= 1;
					end else begin
						tx_data_reg[0] <= 0;
						tx_data_reg[8:1] <= tx_termclk;
						tx_data_reg[9] <= 1;
						tx_data_reg[10] <= 1;
						tx_data_reg[11] <= 1;
					end
					ready_trns <= 0;
				end
				if (~ready_trns & ~tx_vd) begin
					
					if (PARITY_ENABLE == 0) begin
						for (j = 0; j < 11; j = j + 1) begin
							tx_data_reg[j] <= tx_data_reg[j + 1];
						end
						if (counter_bits_tx == 10) begin
							ready_trns <= 1;
						end
					end else begin
						for (j = 0; j < 12; j = j + 1) begin
							tx_data_reg[j] <= tx_data_reg[j + 1];
						end
						if (counter_bits_tx == 11) begin
							ready_trns <= 1;
						end
					end
					counter_bits_tx = counter_bits_tx + 1;
				end else begin
					counter_bits_tx = 0;
				end
			end
		end
	endgenerate
	
endmodule

Вывод

Интерфейс DMX512 играет важную роль в области управления световым и звуковым оборудованием, обеспечивая плавное и точное управление освещением и эффектами. Знание его принципов работы позволяет создавать захватывающие шоу и мероприятия, удивляя зрителей своими световыми инсталляциями.