引言

　　隨著數字化技術和計算機技術的廣泛普及，舞臺和演播廳等燈光控制系統由傳統的模擬控制轉變為數字控制。為了解決各廠家設備兼容性問題，美國劇場技術協會（USITT）制定了DMX512協議標準。由于該協議簡單實用，目前幾乎所有的燈光及舞臺設備生產廠商都支持該控制協議，使之成為燈光控制的國際標準。由于協議規定DMX512信號通過EIA-485有線線纜進行傳輸，這就造成在條件不利于有線布線的環境下設備安裝困難。因此，設計一種短距離無線通信系統來代替有線線纜完成信號的傳輸就顯得十分必要。

　　1? DMX512協議簡介

　　DMX512協議適用于一點對多點的主從式燈光控制系統，主控制器往總線發送控制時序，總線上的其他從燈光設備接收總線數據，提取其對應通道的數據，完成控制信號的接收。

　　協議規定控制信號數據包的傳輸通過異步通信的方式進行。一個DMX512數據包包含起始碼和512個數據幀。數據幀內包含1個起始位（低電平）、8個位數據和2個停止位（高電平），沒有奇偶校驗。DMX512的信號數據傳輸率為250kbps，數據幀每位寬度為4μs，發送一幀需要44μs。一個數據幀代表了一路控制通道，因此該協議支持512路控制通道。一般舞臺燈光設備可以同時接受多路通道控制。接受的通道數越多，接收的控制數據量也越大，燈光的表現能力也就越強。譬如，某些舞臺激光燈可以根據需要投射出不同圖案、顏色甚至字符。DMX512數據包的傳輸要符合一定的格式和時序要求。主要包含1個至少88μs的低電平輸出起始標志（Break）、起始碼幀、512個數據幀和最后的數據包結束標志（高電平）。控制器和接收器只有滿足DMX512數據包的時序要求，才能正常完成主從機之間的通信。具體的信號時序如圖1所示。

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　　2? 系統硬件設計

　　2.1 系統設計框圖

　　系統設計的目的是利用無線傳輸代替有線電纜，解決有線布線困難的問題，因此在設計上必須滿足輕便易安置的條件，以保證與原有線系統無縫結合。如圖2所示，整個系統的硬件結構由微控制器單元（MCU）、射頻收發單元和電源管理單元3部分組成。

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　　在工作方式上，一方面發射模塊的MCU單元接收DMX512控制端的總線數據，分析并拆解總線數據，然后將數據經過適當處理之后通過射頻發送單元發送出去；另一方面接收模塊在接收無線數據之后，由MCU單元將數據整合重組，在接收端總線恢復DMX512控制信號。這樣設計的好處是可以將有線和無線傳輸相結合。在接收端架設一個無線接收模塊就可以保證該區域DMX512控制信號得到有效傳輸，并不需要為每個設備都安置一個無線接收模塊。

　　2.2 微控制器單元

　　本系統的微控制器采用了STC系列單片機STC12C5410。該單片機含有12KB的Flash存儲器、512字節RAM、異步串口（UART）和內部PLL單元等。內置的SPI總線控制器可以方便地與射頻芯片CC1100通信，而內部的ISP（在線可編程）模塊允許用戶直接通過串口下載程序，給系統軟件升級帶來便捷條件。由于DMX512的數據波特率為250kbps，所以選取16MHz晶振作為時鐘源，以便產生同頻波特率。

　　2.3 射頻收發單元

　　CC1100是一款低功耗單片射頻收發芯片，具有通信距離遠、功耗低、接口靈活等優點。該芯片主要設定工作在315MHz、433MHz、868MHz和915MHz的工業、科學和醫學波段；數據速率支持1.2～500kbps的可編程控制；提供-30～10dBm的輸出功率；最大空地發射距離大于200m，工作電壓為1.8～3.6V；最大支持64字節的接收和發送FIFO。設計人員可以通過SPI接口完成內部寄存器配置，讀寫接收／發送FIFO等內部控制。

　　2.4 接口電路設計

　　接口電路的設計主要包括2部分：DMX512總線與單片機之間的通信，以及單片機控制CC1100射頻模塊收發數據。由于DMX512總線數據幀格式與通用異步串口（UART）格式基本兼容，因此系統與DMX512總線的通信利用串口通信接口。但DMX512信號的電氣接口標準是EIA-485，與單片機的TTL電平接口不兼容，要實現相互通信，需要采用電平轉換芯片作為橋接電路。在分解和還原DMX512總線數據上，分別采用MC3486和MC3487。在系統發送端，通過MC3486將DMX512總線的差分數據轉換為TTL電平數據，由單片機的串口接收數據；另外，串口的該引腳還同時連接到單片機的P3.2／INTO口，用于識別DMX512總線的起始標志（Break），提前通知單片機準備接收總線數據。在系統接收端，通過MC3487將單片機串口TTL電平數據轉換為DMX512差分數據。

　　對CC1100的內部寄存器配置和FIFO單元讀寫都通過單片機4線SPI總線接口來完成。MISO和MOSI分別是數據發送、接收端口，SCLK是同步時鐘，SS用作器件的片選信號。CC1100的GD02信號用作內部FIFO的狀態信號，用于提示單片機FIFO空間已滿。發射和接收模塊接口示意圖如圖3所示，發射模塊與接收模塊的結構基本一致，只是通信數據流方向相反。

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