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X25045在舞臺燈光換色器設計中的應用
摘要：燈光換色器舞臺上常用的燈光設備。本文詳細介紹一種采用AT89C2051單片機設計的新型換色器。首先，簡(jiǎn)述換色器的工作原理及基使用的DMX512通信協(xié)議。然后，詳細介紹E2PROM芯片X25045的使用。最后，給出X25045的接口設計。引言
舞臺燈光效果設計是舞臺場(chǎng)景設計的重要組成部分。目前國內使用的各種新型燈光設備，如換色器、調光器、電腦燈等大多是從國外進(jìn)口，國內幾乎沒(méi)有生產(chǎn)。為此，我們應國內某舞臺燈不設備廠(chǎng)的要求設計了一種以AT89C2051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(shí)，舞臺上所有的換色器和總控制臺根據RS-485協(xié)議連成總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；總控制臺作為主機通過(guò)總線(xiàn)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計方案。
一、系統結構和工作原理
換色器由一個(gè)中空的框架、兩根卷軸以及各色透光薄膜組成。制作時(shí)，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(dòng)的方式把卷軸安裝在框架的兩側。使用時(shí)，把換色器放在白色光源前方，轉動(dòng)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(chǎng)合中應用很廣。
在換色器的設計中，重點(diǎn)在于卷軸的驅動(dòng)和定位機構的設計。過(guò)去，采用的交流電機和光電碼盤(pán)實(shí)現方式，運行噪聲大、定位精度差，在實(shí)際使用中效果不理想�，F在，在新?lián)Q色器中選用步進(jìn)電機作為驅動(dòng)和定位機構，徹底解決了以上問(wèn)題。換色器工作時(shí)運行平穩、噪聲小、定位精度高，完全達到了設計要求。
總控制臺與換色器之間的通信使用DMX512數據傳輸協(xié)議。DMX512協(xié)議是美國舞臺燈光協(xié)會(huì )（USITT）于1990年發(fā)布的一種燈光控制器與燈具設備進(jìn)行數據傳輸的標準。這包括電氣特性、數據協(xié)議、數據格式等各方面的內容。
DMX512電氣特性與RS-485完全兼容，包括驅動(dòng)器/接收器的選擇、線(xiàn)路負載和多站配置等方面的要求都是一致的。
DMX512數據協(xié)議規定使用250Kbps的波特率。在進(jìn)行正常數據傳輸之前，發(fā)送1個(gè)復位信號，聲明數據傳輸的開(kāi)始。隨后的第1幀數據稱(chēng)為起始代碼，其中包含設備類(lèi)型碼，以指明后續數據的接收設備的類(lèi)型。最后，按設備編號的順序給每個(gè)設備發(fā)送1幀數據，依次為：1#設備數據幀、2#設備數據幀，直至最后一個(gè)設備。設備總數最多可達512個(gè)，數據幀間隔為高電平，最長(cháng)不超過(guò)1s。
DMX512數據格式規定，1幀數據長(cháng)度為11位。按傳送順序說(shuō)明如下：
第1位——起始位，低電平（SPACE）；
第2～9位——數據位，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是內含7個(gè)達林頓管的驅動(dòng)芯片，輸入電壓與TTL電平兼容。每個(gè)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(lái)驅動(dòng)四相步進(jìn)電機。
74LS125三態(tài)門(mén)用于控制電機的工作方式。電機正常工作時(shí)，74LS125處于導通狀態(tài)，兩個(gè)電機可以同方向、同步轉動(dòng)；電機復位時(shí)，三態(tài)門(mén)阻斷，只有一個(gè)電機可以轉動(dòng)。
MAX1487用于驅動(dòng)/接收RS-485信號。其接收器的輸入阻抗只有1/4個(gè)單位負載，最多可連接128個(gè)通信設備。另外，MAX1487的傳輸信號變化沿沒(méi)有限制斜率，所以最高數據傳輸可達2.5Mbps。
三、X25045介紹
在采用DMX512協(xié)議通信時(shí)，換色器的編號用于從總控制臺發(fā)送的數據包中選擇發(fā)給本設備的數據幀。正常工作時(shí)，編號數據不會(huì )掉電丟失，而且必要時(shí)編號還可修改。因此采用XICOR公司的串行E2PROM器件X25045對編號數據進(jìn)行存儲。
X25045是帶有串行E2PROM的CPU監控器。圖2是它的引腳圖：
CS/WDI：片選輸入/看門(mén)狗復位輸入；
SO：串行輸出；
WP：寫(xiě)保護輸入；
Vss：地；
Vcc：電源；
RESET：復位輸出；
SCK：同步時(shí)鐘輸入；
SI：串行輸入。
X25045的狀態(tài)寄存器描述器件的當前狀態(tài)，各位意義如表1所列。
表1
其中，WD1、WD0是看門(mén)狗定時(shí)時(shí)間設置位；BL1、BL0是存儲單元寫(xiě)保護區設置位；WEL是只讀標志，1表明寫(xiě)使能開(kāi)關(guān)打開(kāi)；WIP也是只讀標志，1代表芯片內部正處于寫(xiě)周期。電復位時(shí)，各位都被清零。
X25045芯片功能包括以下4種：
（1）上電復位控制。在對X25045通電時(shí)，ERSET引腳輸出有效的復位信號，并保持至少200ms，使CPU有效復位。
（2）電源電壓監控。當檢測到電源電壓低于內部門(mén)檻電壓VTRIP時(shí)，RESET輸出復位信號，直至電源電壓高于VTRIP并保持至少200ms，復位信號才被撤消。VTRIP的出廠(chǎng)值根據芯片型號不同共有5個(gè)級別的電壓范圍。對于需要電源電壓精確監控的應用，用戶(hù)可以搭建編程
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