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X25045在舞臺燈光換色器設(shè)計中的應(yīng)用
摘要：燈光換色器舞臺上常用的燈光設(shè)備。本文詳細(xì)介紹一種采用AT89C2051單片機(jī)設(shè)計的新型換色器。首先，簡述換色器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X25045的使用。最后，給出X25045的接口設(shè)計。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(jìn)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AT89C2051單片機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)的設(shè)計。過去，采用的交流電機(jī)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(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動和定位機(jī)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(dá)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。DMX512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(jìn)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(jìn)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(dá)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(dá)林頓管的驅(qū)動芯片，輸入電壓與TTL電平兼容。每個上達(dá)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(jìn)電機(jī)。
74LS125三態(tài)門用于控制電機(jī)的工作方式。電機(jī)正常工作時，74LS125處于導(dǎo)通狀態(tài)，兩個電機(jī)可以同方向、同步轉(zhuǎn)動；電機(jī)復(fù)位時，三態(tài)門阻斷，只有一個電機(jī)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(dá)2.5Mbps。
三、X25045介紹
在采用DMX512協(xié)議通信時，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(jìn)行存儲。
X25045是帶有串行E2PROM的CPU監(jiān)控器。圖2是它的引腳圖：
CS/WDI：片選輸入/看門狗復(fù)位輸入；
SO：串行輸出；
WP：寫保護(hù)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。
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
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(hù)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：
（1）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。
（2）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
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