新聞中心

EEPW首頁 > 物聯(lián)網(wǎng)與傳感器 > X25045在舞臺燈光換色器設(shè)計中的應(yīng)用

X25045在舞臺燈光換色器設(shè)計中的應(yīng)用

——
作者:金 濤 劉雙喜 時間:2007-08-28 來源:單片機及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 收藏

  摘要:燈光舞臺上常用的燈光設(shè)備。本文詳細(xì)介紹一種采用單片機設(shè)計的新型。首先,簡述的工作原理及基使用的DMX512通信協(xié)議。然后,詳細(xì)介紹E2PROM芯片的使用。最后,給出的接口設(shè)計。

    關(guān)鍵詞:換色器

引言

  舞臺燈光效果設(shè)計是舞臺場景設(shè)計的重要組成部分。目前國內(nèi)使用的各種新型燈光設(shè)備,如換色器、調(diào)光器、電腦燈等大多是從國外進口,國內(nèi)幾乎沒有生產(chǎn)。為此,我們應(yīng)國內(nèi)某舞臺燈不設(shè)備廠的要求設(shè)計了一種以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(luò);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(shè)計方案。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(cè)。使用時,把換色器放在白色光源前方,轉(zhuǎn)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(yīng)用很廣。

  在換色器的設(shè)計中,重點在于卷軸的驅(qū)動和定位機構(gòu)的設(shè)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(qū)動和定位機構(gòu),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(shè)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。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(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。這包括電氣特性、數(shù)據(jù)協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等各方面的內(nèi)容。

  DMX512電氣特性與RS-485完全兼容,包括驅(qū)動器/接收器的選擇、線路負(fù)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(fù)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(shè)備類型碼,以指明后續(xù)數(shù)據(jù)的接收設(shè)備的類型。最后,按設(shè)備編號的順序給每個設(shè)備發(fā)送1幀數(shù)據(jù),依次為:1#設(shè)備數(shù)據(jù)幀、2#設(shè)備數(shù)據(jù)幀,直至最后一個設(shè)備。設(shè)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(nèi)含7個達林頓管的驅(qū)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(qū)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(dǎo)通狀態(tài),兩個電機可以同方向、同步轉(zhuǎn)動;電機復(fù)位時,三態(tài)門阻斷,只有一個電機可以轉(zhuǎn)動。

  MAX1487用于驅(qū)動/接收RS-485信號。其接收器的輸入阻抗只有1/4個單位負(fù)載,最多可連接128個通信設(shè)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(shè)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:

  S/WDI:片選輸入/看門狗復(fù)位輸入;

  SO:串行輸出;

  WP:寫保護輸入;

  Vss:地;

  Vcc:電源;

  RESET:復(fù)位輸出;

  SCK:同步時鐘輸入;

  SI:串行輸入。{{分頁}}

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

表1

7 6 5 4 3 2 1 0
0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP

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

X25045芯片功能包括以下4種:

 ?。?)上電復(fù)位控制。在對X25045通電時,ERSET引腳輸出有效的復(fù)位信號,并保持至少200ms,使CPU有效復(fù)位。

 ?。?)電源電壓監(jiān)控。當(dāng)檢測到電源電壓低于內(nèi)部門檻電壓VTRIP時,RESET輸出復(fù)位信號,直至電源電壓高于VTRIP并保持至少200ms,復(fù)位信號才被撤消。VTRIP的出廠值根據(jù)芯片型號不同共有5個級別的電壓范圍。對于需要電源電壓精確監(jiān)控的應(yīng)用,用戶可以搭建編程電路,對芯片內(nèi)VTRIP電壓進行微調(diào)。

  (3)看門狗定時器。芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的WD1、WD0是看門狗定時設(shè)置位,通過狀態(tài)寄存器寫指令WRSR修改這2個標(biāo)志位,就能在3種定時間隔中進行選擇或關(guān)閉定時器。對看門狗的復(fù)位由CS輸入電平的下降沿完成。表2是WD1、WD0組合的含義。

表2

WD1 WD0 看門狗定時值
0 0 1.4s
0 1 600ms
1 0 200ms
1 1 禁止看門狗工作

  (4)串行E2PROM。芯片內(nèi)含512字節(jié)存儲單元,10萬次可靠寫,數(shù)據(jù)保持時間100年。XICOR設(shè)計了3種保護方式防止誤寫。包括:WP寫保護引腳,當(dāng)引腳被拉低時,內(nèi)部存儲單元狀態(tài)寄存器都禁止寫入;存儲區(qū)域?qū)懕Wo模式,通過對狀態(tài)寄存器的BL1、BL0位的設(shè)置,可以選擇對不同的存儲區(qū)域進行寫保護;在進行任何寫操作前都必須打開寫使能開關(guān),而且在上電初始化寫操作完成時,寫使能開關(guān)自動關(guān)閉。顯然,在幾方面的保護之下,產(chǎn)生誤寫的可能性極小,表3是BL1、BL0組合的含義。

表3

BL1 BL0 寫保護的單元地址
0 0 沒有保護
0 1 180H~1FFH
1 0 100H~1FFH
1 1 000H~1FFH

  對X25045的操作是通過4根口線CS、SCK、SI和SO進行同步串行通信來完成的。SCK是外部輸入的同步時鐘信號。在對芯片定改指令或數(shù)據(jù)時,時鐘前沿將SI引腳信號輸入;在讀郵數(shù)據(jù)時,時鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到SO引腳上。數(shù)據(jù)的輸入/輸出都是高位在先。

芯片內(nèi)部共有6條指令,如表4所列。

表4

命令名稱 命令格式 內(nèi)  容
WREN 0000 0110 打開寫使能開關(guān)
WRDI 0000 0100 關(guān)閉寫使能開關(guān)
RDSR 0000 0101 讀狀態(tài)寄存器
WRSR 0000 0001 寫狀態(tài)寄存器
READ 0000 A8011 讀存儲單元
WRITE 0000 A8010 寫存儲單元

  (1)WREN和WRDI是寫使能開關(guān)的開/關(guān)指令。它們都是單字節(jié)指令。

 ?。?)RDSR和WRSR是狀態(tài)寄存器的讀/寫指令。在從SI輸入指令后,RDSR的執(zhí)行結(jié)果,即狀態(tài)寄存器內(nèi)容須從SO讀出;而WRSR需要緊接著輸入修改數(shù)據(jù)。

 ?。?)READ和WEITE是存儲單元的讀/寫指令。輸入指令后(指令碼第三代表存儲單元地址的最高位),接著輸入低八位地址,最后就可以連續(xù)讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。其中,讀指針和寫指針的工作方式完全不同,讀指針的全部8位用來計數(shù),0FFH溢出后變成00H;寫指針只用最低兩位計數(shù),XXXXXX11B溢出后變成XXXX XX00B,所以連續(xù)寫的實際結(jié)果是在4個單元中反復(fù)寫入。另外,由于E2PROM的寫入時間長,所以在連續(xù)兩條寫指令之間應(yīng)讀取WIP狀態(tài),只有內(nèi)部寫周期結(jié)束時才可輸入下一條寫指令。

  AT89C2051內(nèi)部沒有SPI接口硬件,因此本系統(tǒng)利用了單片機的4根口線和軟件模擬讀寫時序的方式與X25045通信。軟件包在文末給出。

四、軟件原理

  系統(tǒng)程序包括主程序和串口通信斷服務(wù)程序。主程序首先從X25045中取出本設(shè)備編號備用,然后進入循環(huán)。特環(huán)程序的主要任務(wù)包括:①檢測換色標(biāo)志,當(dāng)換色標(biāo)志有效時,則調(diào)用步進電機驅(qū)動程序控制轉(zhuǎn)抽,將換色器切換到新顏色;②幀間隔1s延時,當(dāng)時間到時,中斷程序?qū)?fù)位串口接收程序;③定時復(fù)位X25045的看門狗。

  通信中斷服務(wù)程序用于檢測RS-485總線發(fā)送的復(fù)位信號和起始代碼。當(dāng)兩者同時有效時開始對后續(xù)接收的數(shù)據(jù)幀進行幀計數(shù)。當(dāng)計數(shù)值與設(shè)備編號相同時,說明當(dāng)前幀是給本設(shè)備的數(shù)據(jù),于是根據(jù)該數(shù)據(jù)設(shè)置換色標(biāo)志,由主程序執(zhí)行換色動作。

X25045的通信接口軟件:

CS BIT P3.2

SCK BIT P3.3

SI BIT P3.4

SO BIT P3.5

(1)X25045數(shù)據(jù)寫入程序

功能:將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)寫入指定地址開始的單元。

入口:F0、R3是E2PROM單元地址最高位低八位;R0是緩沖區(qū)首地址;R2是緩沖區(qū)長度。

WRITEX:LCALL STAX ;指令啟動

MOV A,#06H ;輸出WREN

LCALL BYTE_OUT

LCALL STAX ;下一指令啟動

MOV A,#02H ;輸出WRITE

MOV C,F(xiàn)0 ;插入單元地址最高位

MOV ACC.3,C

LCALL BYTE_OUT

MOV A,R3 ;輸出單元地址低八位

LCALL BYTE_OUT

BYWR:MOV A,@R0 ;從緩沖區(qū)取數(shù)輸出

LCALL BYTE_OUT

INC R0 ;指針加1

DJNZ R2,BYWR ;緩沖區(qū)未空則繼續(xù)輸出

LCALL ENDX ;指令結(jié)束

LCALL WIP_CHK ;等待WIP=0

RET

(2)X25045數(shù)據(jù)讀出程序

功能:把指定地址開始的單元數(shù)據(jù)讀出并放入緩沖區(qū)

入口:與寫入程序相同。{{分頁}}

READX:LCALL STAX

MOV A,#03H ;輸出READ

MOV C,F(xiàn)0

MOV ACC.3,C

LCALL BYTE_OUT

MOV A,R3 ;輸出低八位地址

LCALL BYTE_OUT

BYRD:LCALL BYTE_IN ;輸入數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)

MOV @R0,A

INC R0 ;指針加1

DJNZ R2,BYRD ;緩沖區(qū)未滿則繼續(xù)輸入

LCALL ENDX

RET

(3)X25045狀態(tài)寄存器寫入程序

功能:對狀態(tài)寄存器進行設(shè)置。

入口:ACC是修改值。

WRSR:LCALL STAX

PUSH ACC

MOV A,#06H ;輸出WREN

LCALL BYTE_OUT

LCALL STAX

MOV A,#01H ;輸出WRSR

LCALL BYTE_OUT

POP ACC ;輸出設(shè)置值

LCALL BYTE_OUT

LCALL ENDX

LCALL WIP_CHK ;等待WIP=0

RET

(4)X25045狀態(tài)寄存器讀出程序

功能:讀出狀態(tài)寄存器當(dāng)前值。

出口:ACC是當(dāng)前值。

RDSR:LCALL STAX

MOV A,#05H

LCALL BYTE_OUT

LCALL BYTE_IN

LCAL ENDX

RET

(5)其他子程序

WIP_CHK:LCALL RDSR ;等待X25045結(jié)束內(nèi)部寫周期

JB ACC.0,WIP_CHK

RET

STAX:SETB CS ;啟動X25045指令

NOP ;先拉高CS,再拉你SCK,最后拉低CS

CLR SCK

NOP

CLR CS

NOP

RET

ENDX:CLR SCK ;結(jié)束X25045指令

SETB CS ;先拉低SCK后拉高CS

NOP

NOP

RET

BYTE_OUT:MOV R4,#08H ;向X25045寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)

BOUT1:CLR SCK

RLC A

MOV SI,C

SETB SCK

NOP

NOP

DJNZ R4,BOUT1

RET

BYTE_IN:MOV R4,#08H ;從X25045讀出一字節(jié)數(shù)據(jù)

BIN1:CLR SCK

MOV C,SO

RLC A

SETB SCK

NOP

NOP

DJNZ R4,BIN1

RET

RST_DOG:SETB CS ;復(fù)位看門狗定時器

NOP

CLR CS

NOP

SETB CS

RET

 



評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉