關于DMX512定址協議剖析

陳珊

摘要：本文基于DMX512協議在照明工程中的重要性，著重介紹了DMX512節點模塊及其定址方式的變化歷程，優劣比較以及發展導向。目的在于說明一套有效的寫址協議對于DMX512發揚光大的重要意義。

關鍵詞：DMX512，寫址協議，并行式

中圖分類號:TN915.04 文獻標識碼：A

引言

提到DMX512，了解燈光的專業人員都會了解，它是美國USITT協會制定的數字多路復用協議，也是現今使用最廣的一種燈光通訊協議，其制定的初衷是為了使舞臺，劇場等場所的多種調光器和控制器相互兼容，雖然它不是一個國家和行業的標準，但由于其結構簡單、成本低廉及實用性等，越來越多的生產廠商關注DMX512協議并將它接口到產品上。

DMX512協議簡介：

DMX512是一種數字調光協議，一個完整的DMX512數據包由一個MIBP位，一個BREAK位，一個MAB位和一個SC位加上512個數據幀組成，每個數據由1個起始位，8個數據位和2個停止位組成。DMX512協議適用于一點對多點的主從式控制系統，其互聯形式采用了多點總線結構，不存在信息通路堵塞的問題，其連線簡單，可靠性高。隨著該協議的推進，基于這種協議的燈具也陸續出現在各大景觀亮化項目中，與最近幾年在景觀亮化中使用日漸增加的另外一種SPI串行控制相比，DMX512有控制通用性，可并行式信號傳輸（也就是常說的單個損壞不影響其它的說法）的特點，因而在各種單線串行IC不斷出現的今天，還是有不少工程管理者偏愛DMX512的控制方式。

所謂并行式控制，就是說我們若干個DMX512燈具（或者說是節點）的信號線全部并聯在一根控制總線上，它們在電氣上是處于完全平等的位置，而要實現色彩斑斕的效果，要求單獨控制到每個燈具節點，這就需要每個燈具節點獲取的信號是相對獨立，不會相互影響的。比如廣播點名，大家都聽到了所有人的名字，但是每位關心的只是自己的名字是否被點到一樣，這一點至少要求每個人的名字不一樣，我們掛在總線上的燈具也是一樣的道理，總線上的信號就相當于廣播，每個燈具節點都需要有自己的名字（我們這里把它稱為地址碼），它們獲取到總線信息后，根據自己的地址碼挑揀出本節點需要的信息，然后將這個信息轉換為電平信號去控制光源，以此表現出我們絢爛多彩的亮化效果。

2、DMX512的定址方式：

上面我們提到了DMX512燈控系統中每個節點都需要一個地址，那么這個地址如何獲取呢?這也經過了一個漫長的過程：

（1）燒錄地址：這算是最早的一種定址方式，地址存在于節點芯片源程序里面，就是說每個節點都有不同的源程序，需要專業人員和燒錄儀器進行操作,過程冗雜，還需要大量的記錄標示，燈具一旦組裝完成，現場不能更改。

（2）撥碼地址：顧名思義，是通過改變撥碼開關的連接與閉合來改變節點IC I/O口的電平，節點IC的CPU會以中斷或查詢的方式來檢測這些I/O口的電平以確定節點的地址，這是定址的一次變革，統一了節點IC中的源程序，將專業人員和燒錄儀器解脫出來，一定程度上實現了實時定址的夢想，但隨著燈具種類的多樣化，撥碼已經不能滿足各種場合的需求，一是撥碼開關經過多次撥動容易損壞并且不方便維修，二是在一些需要灌膠或者結構密封的防水燈具里面無法讓撥碼開關裸露，從而也不方便實時變更地址；

（3）現場寫址：這個定址方式需要一個專門用于寫址的儀器，可以通過數據線對燈具節點進行寫址，地址會存儲在節點IC的EEPROM里面，即使斷電也不會影響地址的保存，同時也方便現場施工人員根據需求實時修改地址。但是因為DMX512的系統架構，這個定址方式必須對每個節點單獨寫地址，然后標示好編號，LED燈具廠的做法一般是在工廠完成這項工作，到了工地上，調試人員只需要利用寫址器做小范圍的地址調整，通過這兩方配合，可基本解決以往定址的難題。

（4）級聯寫址：隨著工程項目的日益增多，增大，項目中采用的節點數也越來越多，單點寫址的工作量增加，而且在現場調試中改寫地址，如果不慎接在總線上，還會造成整個總線節點地址的損壞，逐個恢復非常冗雜。為了適應以上需求，市場開始出現級聯寫址，就是說可以批量成串寫址，這樣一方面很大程度減少了寫地址的工作量，一方面更加靈活，現場修改非常容易，當然它也存在其雙面性，比如增加了線路連接點等。

3、級聯定址的實現方式：

鑒于以上描述，我們的DMX512寫址目前發展到級聯寫址，整個級聯寫址的架構如下圖所示：

圖1

圖2

分為兩種情況：

（1）通過寫址線寫址（如圖1），我們知道DMX512的節點有四根輸入線，兩根電源線（電源+，電源-），兩根信號線（D+,D-）,我們說的寫址線是指區別于這四根線之外的專用線路，它分為輸入和輸出，將所有的燈具串聯在一起，寫址器通過寫址線輸入端將地址寫入，同時也可以采用特殊的控制器，這類控制器輸出有對應的地址端口，這樣我們可以通過對控制器上位機的操作，實時更改所有燈具的地址。

寫址線定址的優勢在于有專用的線路，地址數據信息和控制數據信息不會發生相互串擾，地址不容易被誤寫或者覆蓋，但不管是成串燈具還是單燈，地址線必須要引出，否則就不可以實時更新地址；所以它的問題點在于接線相對復雜，每兩個燈具之間要多一個接頭。

（2）通過數據線寫址（如圖2），上面說的寫址線依舊需要，成串寫址的前提就是要把所有節點串接起來，以達到定位的效果，地址數據通過數據線（D+,D-）寫入，和之前說的廣播一樣，所有的燈具節點都收到了總線上的地址數據，如何獲取就取決于寫址線的協議了，比如使能式，地址數據通過總線發送出來，第一個節點的地址線和寫址器相接，置位使能，那么第一個節點就接受到總線地址信號，假定為A，然后關閉自己的使能，通過地址線輸出開啟下一個燈具地址使能，再發布數據A+1，第二個燈具節點會獲取地址A+1，然后關閉自己的使能，通過地址線輸出開啟下一個燈具地址使能，再發布數據A+2，第三個燈具會獲取地址A+2，…………，以此類推，一整串燈具會獲取連續地址。

通過數據線寫地址的好處在于，這個寫址方式可以靈活的出現，可以成串寫，也可以單個寫，單個寫適用于某些控制節點不多（多用在大型燈具上）的項目，需要的是接線少，那么地址線可以不用外接，依舊是傳統的四根線，直接將地址線設置成永久使能即可。當然這一點就要仰賴于節點IC的內控程序，保證地址不會被數據覆蓋。

另外級聯寫址協議最重要的一點，因為DMX512的特性是并聯式總線架構，單燈損壞不影響其他的優勢，級聯式寫址不可破壞這一特性，這就要求寫址協議滿足如下條件：一旦寫址成功，調試完成以后，寫址線斷裂，對地短路等問題均不會影響到燈具的地址，這樣才不會影響整個項目的效果。

4、DMX512節點的發展狀態及趨勢：

近年來，DMX512的硬件節點也在逐步變化，從最初的單片機到現有的標準IC，為適應不同場合的需求，這些硬件節點主要分為以下四種模式：

單線串聯式：這類型芯片，嚴格意義上并未遵循DMX512的系統架構，但是其數據格式沿用了DMX512，可以適應標準的DMX512協議的控制器，與傳統意義的DMX512節點同時受控，其特點是價格低廉，無需定義地址，地址會根據串聯的先后順序自動確定，缺陷是單點損壞會影響整串節點受控。主要用于多像素點的輪廓燈，線條燈等燈具上。

雙線串聯式：與單線串聯式的區別在于，使用了差分信號傳輸的模式，節點之間可以傳輸更遠的距離。

單線并聯式：并聯應用單線傳輸控制專用芯片，兼容DMX512（1990）信號協議，適用于成串制作的像素燈，這類燈具傳輸線路規則，單線傳輸收到的串擾不大。

雙線并聯式，與單線并聯式的區別在于，信號線使用差分雙線傳輸，適用于節點距離遠，排布不規則的場合。常用于點光源，投光燈等燈具上。

DMX512節點的發展趨勢，勢必朝著使用簡便，成本低廉的方向發展，無論是通訊的可靠度和定址的方便程度都是其發展所要考慮的必備因素。

5、結束語：

DMX512是國際通用的標準協議，市場上DMX512的受控節點和控制器都可以相互替代，但是寫址協議還沒有兼容，幾乎每一家都有自己的一套協議，同一項目使用多種品牌的DMX512燈具，如何定址成為一個瓶頸問題，目前LED燈具廠商的做法有將各種寫址協議集成在一臺寫址器上，盡量通用，但這樣還是建立在燈具廠家寫址協議對外開放的前提下，也是治標不治本，還是期待基于這個標準協議的受控節點寫址方式也能得到統一規范。

參考文獻：

【1】方福波等，DMX512控制協議及其實現 ，照明工程學報，第13卷第3期