在 DMX512 照明应用中使用隔离式 RS-485

简介

西方戏剧时代大约始于公元前 500 年的希腊。露天剧院以阳光作为主要照明光源,但通常会采用灯笼来表示夜间场景。如今,这些早期的照明应用已发展成为更加复杂的系统。

现代照明设备包括调光器、闪光灯、移动照明灯、彩灯和 GOBO(灯光打出的图案)。这些照明系统通常采用 DMX512 通信协议进行远程控制(远达 4000 英尺)。

什么是 DMX512?

DMX512 是娱乐服务与技术协会 (ESTA) 制定的一项标准。该标准描述了一种在控制器与受控照明设备和附件(包括调光器和相关设备)之间传输数字数据的方法。物理电气接口根据 EIA/TIA-485 标准(亦称为 RS-485 标准)指定。

DMX512 标准规定了 8 位异步串行协议和 250 kbps 数据传输率,旨在将重复的控制数据从单个控制器传输到一个或多个接收器。主要链路上的控制数据最多包含 513 个存储槽,这些存储槽通过均衡的传输线路以数据包的形式发送。

信息采用 8 位格式,依次发送到不同的节点。值介于 0 到 255 之间。其中,0 表示 条件,而 255 表示 条件。中断 条件持续两帧,指示一个包含 512 个值的序列的开头。至少持续 8 µs 的高电平表示第一个字节的开头。

离散 DMX512 系统配置

DMX512 端口包含 4 种信号(Data1+、Data1–、Data2+ 和 Data2–)以及一个公共端参考。主数据链路由 Data1+ 和 Data1– 形成。可选的辅助数据链路由 Data2+ 和 Data2– 形成。配对的数据链路被配置为一个双向半双工 RS-485 通信网络。

DMX512 标准指定了一个使用接地参考传输设备和隔离式接收设备的系统。接收设备进行了电气隔离,以防止昂贵的照明设备受到有害电流浪涌的损坏。

图 1 显示了隔离式 DMX512 接收器的离散实现方案。隔离电源由驱动变压器原边的变压器驱动器产生。变压器的输出经过整流和调节,可以形成 5 V 隔离电源。RS-485 收发器的数据和控制信号采用光电隔离技术进行隔离。

ADM485 RS-485 收发器将引脚 A 和 B 收到的控制信号转换成引脚 RXD 上的串行输出。此信号采用光电技术隔离,并连接到 ADuC7020 精密模拟微控制器的 UART 输入。ADuC7020 软件可对消息进行解码,并将逻辑电平信号输出到数模转换器 (DAC)。ADTL084 JFET 输入运算放大器可以缓冲 DAC 输出,从而提供 0 V 到 10 V 的信号。

ADuC7020 软件会发出响应,以指示是否正确收到消息。该信号采用光电技术与在引脚 A 和引脚 B 上输出信号的 ADM485 隔离。

图 1
图 1. 离散 DMX512 接收器结构框图。

采用 ADM2487E 的 DMX512 系统配置

图 2 显示了更简单、更集成且经过隔离的 DMX512 接收器(采用 ADM2487E 隔离式 RS-485 收发器)。片内振荡器输出一对方波以驱动外部变压器提供总线侧所需的 3.3 V 隔离电源。器件的逻辑侧由 3.3 V 或 5-V 电源供电。ADM2487E 采用 iCoupler® 数字隔离技术将 3 通道隔离器、3 态差分线路驱动器和差分输入接收器组合到一个单独的封装中。引脚 TXD、RXD、DE 和 RE 直接连接到 ADuC7020 UART。

图 2
图 2. ADM2487E DMX512 接收器结构框图。

ADM2487E 收发器适合在多点传输线路上进行半双工或全双工通信,数据传输速率最高可达 500 kbps。它可以提供 2.5 kVrms 隔离—通过保险商实验室 (UL) 和 VDE 标准认证—以及 ±15 kV ESD 保护。

对于半双工操作,发送器输出和接收器输入通过以下方式共享相同的传输线路:通过从外部将发送器输出引脚 Y 链接至接收器输入引脚 A,并将发送器输出引脚 Z 链接至接收器输入引脚 B。ADM2487E 设计用于均衡的传输线路,符合 TIA/EIA‑485‑A-98 和 ISO 8482:1993 标准。

限流和过热保护功能可以防止输出短路以及因总线争用而造成过度功耗。ADM2487E 完全适合 –40°C 至 +85°C 的工业温度范围,并且提供 16 引线的宽体 SOIC 封装。

ADM2487E 采用断路和短路故障安全型接收器输入设计,消除了安装外部偏置电阻的必要。低输入电流接收器设计 (125 µA) 允许在同一总线上连接多达 256 个节点。

通过采用 ADM2487E 来替换离散 DMX512 接收器,可以提供一种节省空间、更稳固且更可靠的系统。

为什么隔离非常重要?

当两个或多个互连电路之间发生突然的电压浪涌时,会损坏昂贵的设备。电气隔离可以防止昂贵设备受到这些电压浪涌的损坏。由于节点之间的距离,DMX512 发送器和接收器需要使用不同的电源。这将增加接地阻抗,导致来自其他来源的接地电流更有可能进入链路的接地线路。’隔离链路可以减少甚至消除这些问题。如果不能保证系统中不同节点的接地电势处于接收器的共模范围内,则必须进行电气隔离,如图 3 所示。

图 3
图 3. 电气隔离可以实现信息流动,并可防止产生接地电流。

ADM2487E 将电气隔离与收发器集成在一起,能够可靠地防止受到有害电流浪涌的损坏。作为实现隔离 DMX512 接收器的理想解决方案,它可以降低整体波形因素、提高可靠性并增加稳健性。

参考电路

ANSI E1.11 – 2008 娱乐技术 - USITT DMX512-A,用于控制照明设备和附件的异步串行数字数据传输标准

USITT DMX512、DMX512/1990、DMX512-A

AN-960:RS-485/RS-422 电路实现指南

作者

Hein Marais

Hein Marais

Hein Marais graduated from the University of Stellenbosch, South Africa, in 2001 with a Bachelors degree in electronics. He started his career in the South African Air Force working on electronic warfare systems. In 2003, he joined Grintek Communication Systems, where he was involved in the design of software and hardware for military radios. In 2007, Hein joined ADI, where he is currently a product applications engineer for the High Speed Interconnect group, working on RS-485 and LVDS products.