在DMX485照明應(yīng)用中使用隔離式RS-512

西方戲劇時(shí)代始于公元前500年左右的希臘，露天劇院使用太陽(yáng)作為主要照明源，但經(jīng)常添加燈籠來(lái)指示夜間場(chǎng)景。這些早期的照明應(yīng)用已經(jīng)演變成當(dāng)今可用的更復(fù)雜的系統(tǒng)。

現(xiàn)代照明設(shè)備包括調(diào)光器、閃光燈、移動(dòng)燈、彩色燈和圖案輪（光學(xué)之前的 GOes）。這些照明系統(tǒng)通常使用 DMX4000 通信協(xié)議進(jìn)行長(zhǎng)距離控制 — 最遠(yuǎn)可達(dá) 512 英尺。

什么是 DMX512？

DMX512 是由娛樂(lè)服務(wù)和技術(shù)協(xié)會(huì) （ESTA） 制定的標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)描述了控制器與受控照明設(shè)備和附件（包括調(diào)光器和相關(guān)設(shè)備）之間的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方法。物理電氣接口由 EIA/TIA-485（也稱為 RS-485）指定。

DMX512 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 8 位異步串行協(xié)議和 250kbps 數(shù)據(jù)速率，旨在將重復(fù)的控制數(shù)據(jù)從單個(gè)控制器傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)接收器。主鏈路上的控制數(shù)據(jù)由多達(dá) 513 個(gè)插槽組成，這些插槽通過(guò)平衡傳輸線以數(shù)據(jù)包形式發(fā)送。

8 位格式的信息按順序發(fā)送到各個(gè)節(jié)點(diǎn)。值范圍為 0 到 255，其中 0 表示關(guān)閉條件，255 表示打開條件。持續(xù)兩幀的中斷條件表示 512 個(gè)值序列的開始。至少 8 μs 的高電平表示第一個(gè)字節(jié)的開始。

離散 DMX512 系統(tǒng)配置

DMX512 端口由四個(gè)信號(hào)（Data1+、Data1–、Data2+ 和 Data2–）和一個(gè)公共基準(zhǔn)組成。主數(shù)據(jù)鏈路由 Data1+ 和 Data1– 組成?？蛇x的輔助數(shù)據(jù)鏈路由 Data2+ 和 Data2– 組成。配對(duì)鏈路配置為雙向半雙工RS-485通信網(wǎng)絡(luò)。

DMX512 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了使用接地參考發(fā)送設(shè)備和隔離接收設(shè)備的系統(tǒng)。接收設(shè)備是隔離的，以保護(hù)昂貴的照明設(shè)備免受有害的電流浪涌的影響。

圖 1 顯示了隔離式 DMX512 接收器的分立實(shí)現(xiàn)方案。隔離電源由驅(qū)動(dòng)變壓器初級(jí)側(cè)的變壓器驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生。變壓器的輸出經(jīng)過(guò)整流和調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生隔離式 5V 電源。RS-485收發(fā)器的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)使用光隔離進(jìn)行隔離。

ADM485 RS-485收發(fā)器將A引腳和B引腳上的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為RXD引腳上的串行輸出。該信號(hào)采用光隔離，并連接到ADuC7020精密模擬微控制器的UART輸入端。ADuC7020軟件對(duì)消息進(jìn)行解碼，并將邏輯電平信號(hào)輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。ADTL084 JFET輸入運(yùn)算放大器緩沖DAC輸出，以提供0 V至10 V信號(hào)。

ADuC7020軟件發(fā)送響應(yīng)，指示消息已正確接收。該信號(hào)與ADM485光學(xué)隔離，ADM<>在A和B引腳上輸出信號(hào)。

圖1.分立式 DMX512 接收器框圖。

使用 ADM512E 的 DMX2487 系統(tǒng)配置

圖2顯示了使用ADM512E隔離式RS-2487收發(fā)器的更簡(jiǎn)單、集成度更高的隔離式DMX485接收器。片內(nèi)振蕩器輸出一對(duì)方波，驅(qū)動(dòng)外部變壓器，提供總線側(cè)所需的 3.3V 隔離電源。該器件的邏輯側(cè)采用 3.3V 或 5V 電源供電。ADM2487E采用i耦合器數(shù)字隔離技術(shù)，將3通道隔離器、3態(tài)差分線路驅(qū)動(dòng)器和差分輸入接收器集成到單個(gè)封裝中。TXD、RXD、DE 和 RE 引腳直接連接到 ADuC7020 UART。?

圖2.ADM2487E DMX512接收器原理框圖

ADM2487E收發(fā)器適用于多點(diǎn)傳輸線路上的半雙工或全雙工通信，數(shù)據(jù)速率高達(dá)500 kbps。它提供 2.5kV有效值隔離 — 通過(guò)美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室 （UL） 和 VDE 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證 — 以及 ±15kV ESD 保護(hù)。

對(duì)于半雙工操作，發(fā)射器輸出引腳Y與接收器輸入引腳A外部連接，發(fā)射器輸出引腳Z連接到接收器輸入引腳B，從而共享同一傳輸線。 ADM2487E專為平衡傳輸線而設(shè)計(jì)，符合TIA/EIA-485-A-98和ISO 8482：1993標(biāo)準(zhǔn)。

限流和熱關(guān)斷功能可防止輸出短路以及總線爭(zhēng)用可能導(dǎo)致功耗過(guò)大的情況。ADM40E的額定溫度范圍為–85°C至+2487°C工業(yè)溫度范圍，采用16引腳寬體SOIC封裝。

ADM2487E采用開路和短路故障安全接收器輸入設(shè)計(jì)，無(wú)需外部偏置電阻。低輸入電流接收器設(shè)計(jì) （125 μA） 允許在同一總線上連接多達(dá) 256 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

用ADM512E方案取代分立式DMX2487接收器實(shí)現(xiàn)方案，可提供節(jié)省空間、更可靠、更可靠的系統(tǒng)。

為什么隔離很重要？

兩個(gè)或多個(gè)互連電路之間的突然電壓浪涌可能會(huì)損壞昂貴的設(shè)備。電氣隔離旨在保護(hù)昂貴的設(shè)備免受這些電壓浪涌的影響。由于節(jié)點(diǎn)之間的距離，DMX512 發(fā)射器和接收器需要不同的電源。這將增加接地的阻抗，使來(lái)自其他來(lái)源的接地電流更有可能進(jìn)入鏈路的地線。隔離鏈路可以減少甚至消除這些問(wèn)題。如果無(wú)法保證系統(tǒng)中不同節(jié)點(diǎn)接地處的電位在接收器的共模范圍內(nèi)，則需要進(jìn)行圖3所示的電流隔離。

圖3.電流隔離允許信息流，防止接地電流。

ADM2487E將電流隔離與收發(fā)器集成在一起，可針對(duì)有害的浪涌提供可靠的保護(hù)。它是實(shí)現(xiàn)隔離式 DMX512 接收器的理想解決方案，將減小整體外形尺寸、提高可靠性并提高魯棒性。

審核編輯：郭婷