采用ARM Cortex-M01處理器的DMX512調(diào)光設(shè)備的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.引言

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

本文提出了一種基于Cortex-M0單片機(jī)的DMX512調(diào)光設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，該方案能接入2路DMX信號(hào)，并進(jìn)行合并進(jìn)行調(diào)光，并根據(jù)內(nèi)部AD進(jìn)行硅路溫度，電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)，然后報(bào)告給控臺(tái)。

2.Cortex-M0

ARM Cortex-M01處理器是現(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)保護(hù)使得它在進(jìn)入與退出中斷時(shí)的軟件開銷降到最低同時(shí)具有確定的指令執(zhí)行時(shí)間能保證每條指令執(zhí)行的時(shí)間總是相同的，從而能達(dá)到一種實(shí)時(shí)控制。作為ARM公司的最低端產(chǎn)品，同樣擁有高性價(jià)比，穩(wěn)定可靠的特性，由此選用此款芯片并應(yīng)用ARM公司的MDK集成開發(fā)工具，可提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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

DMX512信號(hào)的本質(zhì)就是RS485信號(hào)，因此通過(guò)NUC100自帶的串口并加485芯片來(lái)接入就能滿足要求。溫度、電流檢測(cè)模塊通過(guò)外圍電流將溫度和電流轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)通過(guò)NUC100自帶的AD通道進(jìn)行采樣。相位檢測(cè)模塊通過(guò)LM258比較器正確檢測(cè)到交流電的過(guò)零點(diǎn)。調(diào)光輸出輸出模塊將NUC100輸出PWM信號(hào)來(lái)控制硅塊以達(dá)到控制燈光強(qiáng)弱。通信模塊能夠通過(guò)串口，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的溫度和電流大小報(bào)告給控制臺(tái)，而且控制臺(tái)能夠通過(guò)該接口對(duì)設(shè)備的進(jìn)行設(shè)置。整個(gè)設(shè)備的硬件框圖如下圖2所示。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件部分采用程序模塊化設(shè)計(jì)，便于各個(gè)功能的調(diào)試和實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件程序主要主程序，Dmx512信號(hào)處理，調(diào)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)查詢直至斷電退出，以達(dá)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(hào)處理模塊

Dmx512信號(hào)處理模塊接收外部來(lái)的dmx512信號(hào)，接收到了break信號(hào)后，開始接收數(shù)據(jù)，收到下一個(gè)break信號(hào)，一幀dmx512數(shù)據(jù)接收完成。dmx512數(shù)據(jù)接收流程如圖4所示。

4.3 調(diào)光控制PWM輸出處理模塊

PWM輸出處理模塊根據(jù)DMX512數(shù)據(jù)，輸出周期為10ms的PWM信號(hào)。圖5為PWM調(diào)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(tái)來(lái)的信號(hào)，進(jìn)行設(shè)備的初始化，配置，調(diào)試工作。

4.5 顯示處理處理模塊

顯示處理處理模塊負(fù)責(zé)顯示設(shè)備使用DMX512信號(hào)的開始地址顯示。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于Cortex-M0的DMX512調(diào)光設(shè)備設(shè)計(jì)方案，該方案以485串口通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并從應(yīng)用角度出發(fā)，給出了DMX512調(diào)光調(diào)節(jié)的硬，軟件設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用證明，該設(shè)備操作方便，運(yùn)行良好，功能穩(wěn)定，可靠。