在DMX512照明應(yīng)用中使用隔離式RS-485

簡介

西方劇院藝術(shù)大約開始于公元前500年的希臘。露天劇院以太陽光作為主要光源，但經(jīng)常會(huì)加入燈籠來表示夜間場(chǎng)景。如今，這些早期燈光應(yīng)用已發(fā)展成為更復(fù)雜的系統(tǒng)。

DAC傳遞函數(shù)

圖1顯示一個(gè)理想的DAC傳遞函數(shù)，它是一條斜線，y=mx+b。數(shù)字輸入位于x軸，模擬輸出位于y軸。

現(xiàn)代照明設(shè)備包括調(diào)光器、閃光燈、電腦燈、彩燈和投射燈(gobo)。常常需要利用DMX512通信協(xié)議，遠(yuǎn)距離（最遠(yuǎn)可達(dá)4000英尺）控制這些照明系統(tǒng)。

什么是DMX512？

DMX512是由娛樂服務(wù)與技術(shù)協(xié)會(huì)(ESTA)制定的一種標(biāo)準(zhǔn)，描述控制器與受控照明設(shè)備和附屬設(shè)備（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規(guī)定，它也稱為RS-485。

DMX512標(biāo)準(zhǔn)指定采用8位異步串行協(xié)議和250kbps數(shù)據(jù)速率，旨在從單個(gè)控制器向一個(gè)或多個(gè)接收器傳送重復(fù)性控制數(shù)據(jù)。主鏈路上的控制數(shù)據(jù)最多包括513個(gè)段，這些段以分組形式經(jīng)由平衡傳輸線路發(fā)送。

信息為8位格式，按順序發(fā)送至不同節(jié)點(diǎn)。值范圍是從0到x 255，其中0表示“關(guān)”狀態(tài)，255表示“開”狀態(tài)。長度為2幀的“暫停”狀態(tài)表示一個(gè)包括512個(gè)值的序列開始。高電平持續(xù)至少8 μs表示第一個(gè)字節(jié)開始。

分立式DMX512系統(tǒng)配置

一個(gè)DMX512端口由四個(gè)信號(hào)（Data1+、Data1-、Data2+和Data2-）及一個(gè)公共參考組成。Data1+和Data1-構(gòu)成主數(shù)據(jù)鏈路。Data2+和Data2-構(gòu)成可選的副數(shù)據(jù)鏈路。這對(duì)鏈路配置為雙向半雙工RS-485通信網(wǎng)絡(luò)。

DMX512標(biāo)準(zhǔn)指定一種使用以接地電壓為基準(zhǔn)的發(fā)射器件和隔離式接收器件的系統(tǒng)。隔離接收器件的目的是保護(hù)昂貴的照明設(shè)備，使之免受有害電流浪涌影響。

圖1顯示了隔離式DMX512接收器的分立實(shí)施方案。驅(qū)動(dòng)變壓器原邊的變壓器驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生隔離電源。變壓器輸出經(jīng)過整流和調(diào)節(jié)，產(chǎn)生5V隔離電源電壓。RS-485收發(fā)器的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)采用光隔離技術(shù)進(jìn)行隔離。

RS-485收發(fā)器ADM485將A、B引腳上接收的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為RXD引腳上的串行輸出。此信號(hào)經(jīng)過光隔離后連接到精密模擬微控制器ADuC7020的UART輸入。ADuC7020通過軟件對(duì)消息進(jìn)行解碼，并向數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出邏輯電平信號(hào)。JFET輸入運(yùn)算放大器ADTL084緩沖DAC輸出，以提供0 V至10 V信號(hào)。

ADuC7020通過軟件發(fā)送一個(gè)響應(yīng)，表示已正確接收到消息。此信號(hào)與ADM485相隔離（光隔離），后者在A、B引腳上輸出一個(gè)信號(hào)。

使用ADM2487E的DMX512系統(tǒng)配置

圖2顯示一個(gè)更簡單、集成度更高的隔離式DMX512接收器，它使用隔離式RS-485收發(fā)器ADM2487EiCoupler。片內(nèi)振蕩器輸出一對(duì)方波，以驅(qū)動(dòng)外部變壓器提供總線端所需的3.3V隔離電源。該器件的邏輯端采用3.3V或5V電源供電。ADM2487E采用?數(shù)字隔離技術(shù)，將3通道隔離器、三態(tài)差分線路驅(qū)動(dòng)器和差分輸入接收器集成于單封裝中。TXD、RXD、DE和RE引腳直接連到ADuC7020 UART。

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，工作數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)500 kbps。它提供2.5kVrms隔離，已通過UL和VDE標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，并提供±15kV ESD保護(hù)。

對(duì)于半雙工操作，發(fā)射器輸出與接收器輸入共用同一傳輸線路，即發(fā)射器輸出引腳Y連到接收器輸入引腳A，發(fā)射器輸出引腳Z連到接收器輸入引腳B。ADM2487E針對(duì)平衡傳輸線路而設(shè)計(jì)，符合TIA/EIA-485-A-98和ISO 8482:1993標(biāo)準(zhǔn)。

限流和熱關(guān)斷特性可防止發(fā)生輸出短路以及總線競爭導(dǎo)致功耗過大的情況。ADM2487E的額定溫度范圍為-40°C至+85°C工業(yè)溫度范圍，提供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)，不需要外部偏置電阻。低輸入電流接收器設(shè)計(jì)(125 μA)支持同一總線最多連接256個(gè)節(jié)點(diǎn)。

用ADM2487E方案代替分立DMX512接收器方案，可提供節(jié)省空間、更加穩(wěn)定、更加可靠的系統(tǒng)。

為什么隔離很重要？

兩個(gè)或兩個(gè)以上互連電路之間的電壓浪涌可能會(huì)對(duì)昂貴的設(shè)備造成破壞。電氣隔離旨在保護(hù)昂貴的設(shè)備免受電壓浪涌影響。由于節(jié)點(diǎn)間的距離不同，DMX512發(fā)射器和接收器需要不同的電源。這會(huì)提高接地阻抗，使得來自其它源的地電流更有可能進(jìn)入鏈路的地線。將鏈路隔離起來可減少甚至消除這些問題。如果無法保證系統(tǒng)中不同節(jié)點(diǎn)的地電位不會(huì)超出接收器的共模范圍，則需要進(jìn)行電流隔離，如圖3所示。

ADM2487E在接收器中集成電流隔離，可有效阻止有害的電流浪涌。該器件可減小系統(tǒng)尺寸，提高可靠性，并增強(qiáng)穩(wěn)定性，堪稱實(shí)施隔離式DMX512接收器的理想解決方案。