AVT930.pdf

+ONWERTER 53"p$-8

Konwerter USB–DMX512 ,

część 1

AVT–930

Powstanie poniżej opisanego

konwertera USB–DMX512

wymusiło życie, adokładniej

producenci laptopów. Do tej

pory do testowania własnych

konstrukcji, jak inapraw

sprzętu DMX, używałem

przystawki wykonanej na

procesorze PIC16F84, sterowanej

przy pomocy portu LPT.

Zmiana leciwego laptopa na

nowszy, wktórym zabrakło

portu LPT oraz RS–a, zaś

królowało wszechwładne USB,

zmusiła mnie do wykonania

nowej konstrukcji konwertera

sterowanego właśnie poprzez

USB.

Rekomendacje:

polecamy uzdolnionym

elektronicznie operatorom

oświetlenia oraz wszystkim

Czytelnikom EP, którzy pasjonują

się praktycznymi aplikacjami

DMX–a.

Prace rozpocząłem od ściągnię

cia zInternetu paru bezpłatnych

programów sterujących transmi

sją DMX, które korzystały zportu

USB. Po przeanalizowaniu zasady

ich działania okazało się, że opro

gramowanie wysyła do portu USB

kompletny sygnał DMX512, wyko

rzystując bezpośredni dostęp do

portu USB poprzez biblioteki DLL.

Oczywiście tylko pod względem

formatu danych izależności cza

sowych – jak wiemy, wwarstwie

ﬁzycznej do przesyłania sygnału

DMX wykorzystywany jest interfejs

RS485. Dla mniej wtajemniczonych

zamieszczam poniżej parę zdań wy

jaśnienia, co to jest DMX ijaki jest

format transmisji danych.

przy prędkości 4 Mb/s. Posiada on

wewnętrzne ograniczenie prądowe

oraz termiczną ochronę przed prze

ciążeniem.

Urządzenia wstandardzie DMX

łączy się szeregowo (jeśli chodzi

osterowanie). Są one tak zbudo

wane, że posiadają wejście dla sy

gnału oraz wyjście, które umożliwia

podłączenie następnego urządzenia.

Do wyjścia ostatniego urządzenia

wszeregu należy zawsze podłączyć

tzw. terminator – jest to po prostu

wtyk XLR zwlutowanym pomię

dzy styki 2 i3 rezystorem 120 V.

Jednak bardzo często producenci

sprzętu wbudowują terminator do

urządzenia, który możemy włączyć

przełącznikiem, wtej sytuacji nie

stosujemy zewnętrznego terminatora,

tylko włączamy wewnętrzny. Jeżeli

liczba urządzeń jest większa od 32

lub długość kabla sterującego wyno

si więcej niż 1200 metrów, to nale

ży zastosować wzmacniacz sygnału

DMX, do wyjścia którego możemy

podpiąć kolejne 32 odbiorniki lub

dodatkowy odcinek kabla sterujące

go. Jako wzmacniacz sygnału służy

układ 75176, zktórego wykorzystu

jemy tylko nadajnik.

Zgodnie znormą, do łączenia

zsobą urządzeń należy używać

5–stykowych złączy AXR/XLR. Do

puszcza się również stosowanie złą

czy 3–stykowych. W tab. 1 przed

stawiono sposób podłączenia do

złącz AXR/XLR 3– i5–stykowych,

PODSTAWOWE PARAMETRY

TajnikiDMX

System DMX512 ( Digital Multi

plex for 512 units ) jest to cyfrowy

multipleks dla 512 urządzeń. Zo

stał on opracowany wUSA przez

United States Institute for Theatre

Technology (USITT), czyli Insty

tut Technologii Teatralnych Stanów

Zjednoczonych. Umożliwia wystero

wanie 512 kanałów za pomocą trój

żyłowego przewodu. Do przesyłania

sygnału DMX512 wykorzystywany

jest interfejs RS485. Jako nadajnik

stosuje się zazwyczaj układ 75176

– jest to nadajnik/odbiornik do

RS422/RS484. Układ ten służy do

przesyłania sygnałów wobu kierun

kach na odległość do 1200 metrów

•Płytka o wymiarach 60x39 mm

•Zasilanie z portu USB

•Max. liczba kanałów: 512

•Zasięg transmisji: 1200 m

•Medium: 3przewodowy kabel do transmisji

danych o impedancji falowej 110...120 V

•Współpraca z USB 1.1 i 2.0

Elektronika Praktyczna 5/2006

0 2 / * % + 4 9

+ONWERTER 53"p$-8

2YS 0ROTOKÌ PRZESYU DANYCH

ana rys. 1 przedstawiono protokół,

według którego przesyła się dane.

Podstawą jest tak zwana ramka,

wskład której wchodzi 1 bit star

tu, 8 bitów danych, 2 bity stopu,

czyli długość ramki wynosi 11 bi

tów. Czas trwania jednego bitu wy

nosi dokładnie 4 ms, czyli długość

ramki wynosi 44 ms. Jedna ramka

zawiera informację ojednym kanale

DMX, co oznacza, że do wysłania

informacji dotyczącej wszystkich ka

nałów potrzeba 512 ramek. Jednak

aby odbiornik wiedział, kiedy na

stępuje początek transmisji – czyli:

który kanał jest pierwszy – zaczy

na się ona sygnałem RESET (jest

on również nazywany BREAK).

Czas jego trwania wynosi minimum

88 ms. Kolejnym sygnałem jest

znacznik – MARK AFTER BREAK

(wskrócie MAB); czas jego trwania

ustalono na 8 ms. Następnie po

wstały systemy zdolne rozpoznać

znacznik odługości 4 ms isą one

oznaczone jako DMX512/1990. Po

przesłaniu MAB sterownik wysyła

tzw. bajt startowy START CODE,

którego wartość musi wynosić 00h.

Tu kilka zdań wyjaśnienia, dla

czego bajt startowy musi wynosić

00h dla wszystkich urządzeń pra

cujących wsystemie? Gdy deﬁnio

wano podstawy DMX–a, praktycznie

jedynymi urządzeniami, które mo

gły wykorzystać ten system, były

dimmery iwłaśnie im przydzielo

no zerowy bajt startowy. Zamiarem

twórców DMX–abyło to, aby każde

nowe urządzenie, które będzie ko

rzystało zsystemu, miało swój uni

katowy bajt startowy. Jednak nowe

urządzenia zaczęły powstawać bar

dzo szybko, arównocześnie USITT

zbytnio się nie spieszył, aby wspe

cyﬁkacji systemu ująć je i przydzie

lić bajty startowe. Dalsze czekanie

wiązało się dla ﬁrm z hamletow

skim „być albo nie być”, dlate

go wszyscy dla swoich urządzeń

zastosowali ten dimmerowski bajt

startowy itak zostało do dnia dzi

siejszego.

Wartość bajtu startowego wy

nosi więc 00h. Jeżeli jego wartość

będzie inna, odbiornik ignoruje

wszystkie następne bajty. Po wy

słaniu sekwencji startowej sterow

nik rozpoczyna transmisję bajtów

zdanymi, począwszy od pierwszego

kanału. Przerwa pomiędzy ramkami

danych jest oznaczana jako Mark

Between Frame (MBF) imoże wy

nosić od zera do jednej sekundy.

Czas potrzebny do wysłania jed

nego kompletu danych zależy od

liczby kanałów – norma określa ją

na maksimum 512, idla tylu wy

nosi on 22668 ms, czyli dane będą

odświeżane 44 razy na sekundę

(bez wstawionych MBF). MBF jest

wstawiany głównie wsytuacji, gdy

wysyłana jest mniejsza liczba kana

łów, achcemy, aby – zgodnie zza

leceniami specyﬁkacji – dane były

odświeżane 44 razy na sekundę.

Sygnał DMX musi być przesy

łany kablem, który został zaprojek

towany do szybkiej transmisji da

nych. Oprócz spełnienia wymogów

elektrycznych kabel powinien być

odporny na działanie warunków at

mosferycznych imieć dużą odpor

ność na uszkodzenia mechaniczne,

na jakie jest narażony zwłaszcza

podczas imprez plenerowych. Czę

sto użytkownicy używają do tego

c e l u p r z e w ó d u m i k r o f o n o w e g o ,

uważając, że nie ma potrzeby wy

dawać owiele większych pienię

dzy na kabel DMX, kiedy wszyst

ko działa na kablu mikrofonowym.

Trzeba jednak być przygotowanym

na to, że wkażdej chwili mogą

zdarzyć się zakłócenia oraz licz

ne błędy wtransmisji, wynikające

zróżnic wimpedancji falowej obu

typów kabli.

Impedancja falowa kabli mikrofo

nowych zazwyczaj jest mniejsza niż

100 V, zawiera się ona wgranicach

50…80 V, co może prowadzić do

złego dopasowania falowego połą

czonych urządzeń, awrezultacie

do utraty informacji przesyłanej

pomiędzy nimi. Impedancja falowa

kabla do szybkiej transmisji cyfro

wej powinna wynosić wgranicach

110…120 V.

Opisukładu

Rozwiązanie techniczne inter

fejsu przedstawiono na rys. 2 .

Podstawę interfejsu stanowi układ

scalony FT232BM; jest to jedno

układowe rozwiązanie zapewniające

konwersję USB na asynchroniczną

transmisję szeregową. Układ ten

zapewnia:

– t r a n s m i s j ę d a n y c h p o p r z e z

USB do 3 Mbd (TTL), 1 Mbd

( R S 2 3 2 ) , 3 M b d ( R S 4 2 2 ,

RS485),

– obsługę sygnałów modemowych

ihandshaking sprzętowy oraz

XOn/XOff,

– t r a n s m i s j ę s z e r e g o w ą UA RT

– bity danych (7/8), bity stopu

(1/2), kontrola parzystości, brak

parzystości, nieparzystość, znak,

spacja,

– bufory: nadawczy 384 B iod

biorczy 128 B,

– ustawiany timeout dla bufora

Rx,

– kontrolę autotransmisji bufora

dla RS485,

Tab. 1. Sposób podłączenia sygnałów

do złącz AXR/XLR 3– i5–stykowych

Złącze 3–styko

we AXR/XLR

Nr pinu

Złącze

5–stykowe

AXR/XLR

Nr pinu

Funkcja

Masa (ekran)

DMX–

DMX+

–

Brak podłą

czenia

Dopuszcza

się połączenie

zDMX–

–

Brak podłą

czenia

Dopuszcza

się połączenie

zDMX+

Elektronika Praktyczna 5/2006

+ONWERTER 53"p$-8

– wsparcie dla zawieszenia/wzno

wienia pracy,

– zintegrowany układ konwersji

poziomów logicznych (5/3,3 V),

– zintegrowany obwód zerujący

przy uruchomieniu układu,

– tryb interfejsu oraz rodzaju USB

można zapisać wzewnętrznej

pamięci EEPROM,

– z a p i s o r a z o d c z y t p a m i ę c i

EEPROM na płytce konwertera,

za pomocą programu dostarcza

nego przez producenta układu

FT,

– wsparcie dla konﬁguracji zasi

lania własnego, oraz zasilania

zmagistrali USB,

– zintegrowany regulator LDO

3,3 V dla I/OUSB,

– zintegrowany powielacz często

tliwości PLL 6…48 MHz,

– zasilanie od 4,4 do 5,25 V,

– kompatybilność zUSB 1.1 i2.

Uwaga: producent zapewnia

praktycznie wszystkie sterowniki

potrzebne do pracy pod kontrolą

różnych systemów operacyjnych!

Układ U3 pracuje wtypowej

aplikacji zalecanej przez producen

ta, dodano do niego tylko układ

U1 75176. Jest to nadajnik/odbior

nik RS485, zktórego wykorzysta

79+!: %,%-%.4¬7

2EZYSTORY 3-$ ROZMIAR

2 2 V

2 KV

2 V

2 KV

+ONDENSATORY 3-$ ROZMIAR

## N&

# & 6

# # P&

# N&

0ÌPRZEWODNIKI

5 p $)0

5 # p 3-$ %%02/- 3ER 6

XX 3/

5 &45"- p PRZETWORNIK 53"

23 ,1&0

,%$ DIODA ,%$ p 3-$

)NNE

84!, REZONATOR KWARCOWY -(Z

5p3 NISKOPROFILOWY

#ON GNIAZDO 53" TYP " 3-$

#ON GNIAZDO MÃSKIE .3p70

, FERRYTOWY KORALIK PRZECIWZAKÌCE

NIOWY

2YS 3CHEMAT ELEKTRYCZNY INTERFEJSU

Elektronika Praktyczna 5/2006

+ONWERTER 53"p$-8

2YS /KNO PROGRAMU &4$)?MONITOR

doczne dla kompute

ra jako interfejs USB

– DMX512.

Interesujące nas

dane możemy zapi

s a ć d o E E P R O M U

np. za pomocą pro

g r a m u F T D I _ m o n i

tor ( rys. 3 ). Zapis

do pamięci EEPROM

można również prze

prowadzić za pomocą

aplikacji Programmer–

–FTD2xxST.

Aby dokonać za

p i s u d o p a m i ę c i ,

m u s i m y p o d ł ą c z y ć

moduł do portu USB

izainstalować sterow

nik D2XXDriver. Do

piero po tej operacji

możemy uruchomić

program FTDI_moni

tor idokonać odpo

wiednich wpisów do

p a m i ę c i E E P R O M .

Oczywiście, możemy nie montować

pamięci EEPROM, wówczas układ

FT232BM przyjmie parametry do

myślne ibędzie zgłaszał się wsys

temie tak, jak przewidział to jego

producent.

Układ został zmontowany na

dwustronnej płytce drukowanej,

której schemat montażowy pokaza

no na rys. 4 . Wcelu zachowania

niewielkich rozmiarów zastosowano

głównie elementy SMD. Wyjątkiem

jest np. układ nadajnika 75176

wobudowie DIP8, który umieszczo

no wpodstawce. Ponieważ jest to

jedyny element, który może ulec

uszkodzeniu wtrakcie normalnej

eksploatacji, takie rozwiązanie uła

twia ewentualną wymianę.

topnik na bazie żywicy, rozpusz

czalnik, aktywatory usuwające tlen

ki zpowierzchni lutowanej oraz

dodatki tiksotropowe, nadające od

powiednią lepkość iplastyczność.

Zczasem następuje rozwarstwienie

poszczególnych składników oraz

częściowe odparowanie rozpusz

czalnika – wówczas pasta prak

tycznie nie nadaje się do użytku.

Jest ona sprzedawana wplastiko

wych strzykawkach zakończonych

zjednej strony gwintowaną koń

cówką, na którą możemy nakręcić

specjalne igły przydatne do precy

zyjnego dozowania. Pastę wyciska

się za pomocą pistoletu, nanosząc

ją na punkty lutownicze. Zamiast

pistoletu można wykorzystać rę

kojeść wkrętaka iwycisnąć odpo

wiednią ilość np. na płytkę szkla

ną lub papier, apóźniej nanieść ją

na płytkę za pomocą niewielkiej

szpatułki. Następnie osadzamy na

paście wszystkie elementy SMD,

oczywiście musimy to zrobić tyl

ko na jednej stronie płytki. Wna

szym przypadku elementy są tylko

na stronie top layer. Nie należy

przejmować się, jeżeli leżą one

niezbyt równo, ponieważ podczas

lutowania napięcie powierzchniowe

wycentruje je wszystkie względem

punktów lutowniczych. Następnym

etapem jest stopniowe ogrzewanie

płytki tak, aby temperatura pasty

osiągnęła wartość ok. 180 0 C. Ja

używam do tego celu ceramicznej

płyty kuchennej. Kładziemy płytkę

na powierzchnię pola grzewczego

elementami do góry istopniowo

podgrzewamy – dzięki dość precy

zyjnemu termostatowi parametry lu

towania są powtarzalne. Stopniowo

podnosimy temperaturę, obserwując

zachowanie pasty. Kiedy następuje

przemiana wmetaliczny lut, prze

stajemy zwiększać temperaturę, do

czasu, aż wszystkie elementy zo

staną wlutowane. Cały proces trwa

około dwóch minut, po czym płyt

kę przesuwamy na sąsiednie zimne

pole płyty iczekamy aż ostygnie.

Interfejs zasilany jest napięciem

dostępnym na złączu USB, więc

nie ma konieczności stosowania

oddzielnego zasilacza. Wpamię

ci EEPROM zapisano maksymalną

wartość prądu, jaką system ma za

rezerwować do zasilania konwerte

ra – wynosi ona 100 mA.

Andrzej Biliński

info@dab–system.com

www.dab–system.com

no tylko nadajnik, który zapewnia

konwersję sygnału szeregowego

opoziomie TTL (pin 25 układu

FT232BM) na sygnał różnicowy

zgodny ze standardem RS485. Dio

da LED1 sygnalizuje, że konwerter

jest aktywny. Na schemacie widać

jeszcze jeden element – pamięć

EEPROM 93C46. Jej zadaniem jest

przechowywanie różnych informacji

także po zaniku zasilania.

Każdy użytkownik, podłączając

jakieś nowe urządzenie do kom

putera, zauważył, że system au

tomatycznie je rozpoznał, pokazał

nazwę modelu, producenta itd.

Komputer uzyskuje takie informacje

właśnie dzięki pamięci EEPROM

umieszczonej wurządzeniu. Wtym

przypadku urządzenie będzie wi

Montażinterfejsu

Wpublikacjach na temat lu

towania elementów SMD autorzy

dają dobre rady, jak sobie upro

ścić pracę. Postanowiłem więc po

dzielić się swoją metodą montażu,

zjednym zastrzeżeniem, że jest

ona opłacalna tylko przy większej

ilości montowanych płytek. Wy

nika to zfaktu, że do lutowania

musimy zastosować pastę lutowni

czą, która jest niestety dość dro

ga atermin przydatności niezbyt

długi (można go nieco przedłużyć,

przechowując ją wlodówce). Krótki

termin przydatności spowodowany

jest składem chemicznym – pasta

zawiera proszki metali Sn–Pb–Ag,

2YS 3CHEMAT MONTAOWY PYTKI

DRUKOWANEJ

Elektronika Praktyczna 5/2006

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: