X25045在舞臺燈光換色器設計中的應用

時間：2024-07-10 08:09:09 理工畢業(yè)論文我要投稿

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摘要：燈光換色器舞臺上常用的燈光設備。本文詳細介紹一種采用AT89C2051單片機設計的新型換色器。首先，簡述換色器的工作原理及基使用的DMX512通信協(xié)議。然后，詳細介紹E2PROM芯片X25045的使用。最后，給出X25045的接口設計。

引言

舞臺燈光效果設計是舞臺場景設計的重要組成部分。目前國內使用的各種新型燈光設備，如換色器、調光器、電腦燈等大多是從國外進口，國內幾乎沒有生產(chǎn)。為此，我們應國內某舞臺燈不設備廠的要求設計了一種以AT89C2051單片機為控制器的新型舞臺燈光換色器HSQ-1A。該換色器可變換8種色彩，換色精度高，工作可靠。使用時，舞臺上所有的換色器和總控制臺根據(jù)RS-485協(xié)議連成總線網(wǎng)絡；總控制臺作為主機通過總線發(fā)布命令，控制所有換色器的工作。以下介紹換色器的工作原理及設計方案。

一、系統(tǒng)結構和工作原理

換色器由一個中空的框架、兩根卷軸以及各色透光薄膜組成。制作時，首先將不同顏色的透光膜連接成條幅，并在條幅的兩端安上卷軸。然后用卷軸將條幅卷起，以活動的方式把卷軸安裝在框架的兩側。使用時，把換色器放在白色光源前方，轉動兩根卷切換不同顏色的透光膜，從而產(chǎn)生不同顏色的燈光效果。這種不換光源只換透光膜的換色方案，與更換不同顏色光源的方案相比，雖然換色速度較慢，但成本低，可靠性高。因此，換色器在換色頻度低的場合中應用很廣。

在換色器的設計中，重點在于卷軸的驅動和定位機構的設計。過去，采用的交流電機和光電碼盤實現(xiàn)方式，運行噪聲大、定位精度差，在實際使用中效果不理想�，F(xiàn)在，在新?lián)Q色器中選用步進電機作為驅動和定位機構，徹底解決了以上問題。換色器工作時運行平穩(wěn)、噪聲小、定位精度高，完全達到了設計要求。

總控制臺與換色器之間的通信使用DMX512數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。DMX512協(xié)議是美國舞臺燈光協(xié)會（USITT）于1990年發(fā)布的一種燈光控制器與燈具設備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴省＿@包括電氣特性、數(shù)據(jù)協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等各方面的內容。

DMX512電氣特性與RS-485完全兼容，包括驅動器/接收器的選擇、線路負載和多站配置等方面的要求都是一致的。

DMX512數(shù)據(jù)協(xié)議規(guī)定使用250Kbps的波特率。在進行正常數(shù)據(jù)傳輸之前，發(fā)送1個復位信號，聲明數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。隨后的第1幀數(shù)據(jù)稱為起始代碼，其中包含設備類型碼，以指明后續(xù)數(shù)據(jù)的接收設備的類型。最后，按設備編號的順序給每個設備發(fā)送1幀數(shù)據(jù)，依次為：1#設備數(shù)據(jù)幀、2#設備數(shù)據(jù)幀，直至最后一個設備。設備總數(shù)最多可達512個，數(shù)據(jù)幀間隔為高電平，最長不超過1s。

DMX512數(shù)據(jù)格式規(guī)定，1幀數(shù)據(jù)長度為11位。按傳送順序說明如下：

第1位——起始位，低電平（SPACE）；

第2～9位——數(shù)據(jù)位，從最低位到最高位（LSB～MSB），正邏輯；

第10、11位——停止位，高電平（MARK）；

奇偶校驗位——不傳送。

二、硬件電路

換色器硬件電路如圖1所示：

ULN2003A是內含7個達林頓管的驅動芯片，輸入電壓與TTL電平兼容。每個上達林頓管的集電極可吸收最大500mA的電流，耐壓30V，因此可以用來驅動四相步進電機。

74LS125三態(tài)門用于控制電機的工作方式。電機正常工作時，74LS125處于導通狀態(tài)，兩個電機可以同方向、同步轉動；電機復位時，三態(tài)門阻斷，只有一個電機可以轉動。

MAX1487用于驅動/接收RS-485信號。其接收器的輸入阻抗只有1/4個單位負載，最多可連接128個通信設備。另外，MAX1487的傳輸信號變化沿沒有限制斜率，所以最高數(shù)據(jù)傳輸可達2.5Mbps。

三、X25045介紹

在采用DMX512協(xié)議通信時，換色器的編號用于從總控制臺發(fā)送的數(shù)據(jù)包中選擇發(fā)給本設備的數(shù)據(jù)幀。正常工作時，編號數(shù)據(jù)不會掉電丟失，而且必要時編號還可修改。因此采用XICOR公司的串行E2PROM器件X25045對編號數(shù)據(jù)進行存儲。

X25045是帶有串行E2PROM的CPU監(jiān)控器。圖2是它的引腳圖：

CS/WDI：片選輸入/看門狗復位輸入；

SO：串行輸出；

WP：寫保護輸入；

Vss：地；

Vcc：電源；

RESET：復位輸出；

SCK：同步時鐘輸入；

SI：串行輸入。

X25045的狀態(tài)寄存器描述器件的當前狀態(tài)，各位意義如表1所列。

表1

7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIP

其中，WD1、WD0是看門狗定時時間設置位；BL1、BL0是存儲單元寫保護區(qū)設置位；WEL是只讀標志，1表明寫使能開關打開；WIP也是只讀標志，1代表芯片內部正處于寫周期。電復位時，各位都被清零。