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DMX-512信号协议介绍
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DMX-512协议
&（1）DMX-512协议简史
& 20世纪80年代初，随着计算机技术的发展，数字调光技术逐步出现并逐步取代模拟调光技术，相继出现各种数字传送形式的通信协议，如D54、AVAB、CMX、PMX和EMX等。这些协议，虽然大多利用RS-232或RS-422标准的物理接口，但不同厂商之间还是存在一定的差异，不能通用。为了使各厂商生产的调光台和调光器能相互连接，USITT于1986年制定了专门用于控制台与调光器之间数据通信的标准DMX-512（1987）。协议很快就到世界各国灯光设备厂商的响应。1990年USITT又对DMX-512协议作了修改和补充，成为DMX-512/1990。DMX-512/1990协议的全称是《DMX-512/1990 Digital Data Transmission Standard For Dimmer And Controllers(调光器与控制台用数据传输标准）》，它就是目前正在执行的版本。
&此后，著名的美国娱乐业服务与技术协会ESTA（Entertainment Services and Technology Association,)又加入了DMX-512协议的修订工作，2002年10月25日，ESTA发布了修订后的DMX-512标准草案，简称为DMX-512-A。新标准在保护、安全、兼容性等方面作了较多的修改，允许实现双向数据传输，新标准完全向下兼容，即按DMX-512-A标准生产的设备完全可在DMX-512/1990协议下工作。
（2）DMX-512的相关设备与工艺
DMX是digital multiplex(数字多路复用）的英文缩写，512表示一对数据线上可同时传输512个通道的调光控制信号。
该标准对信号传输的相关电气特性、数据格式、数据协议、插接件和线缆等方面作了规定。DMX-512标准定义下，512路灯光控制号可以用一对信号线传输，另外还有一根额外的电线作为参考“信号地”。DMX的两根信号线分别叫“DMX—"和"DMX+",两根DMX信号线和普通线绞合在一起，形成外部屏蔽，以减少感应干扰。目前常用的DMX信号插接件为5芯的XLP传声器插头和插座。
DMX允许的有效传输距离为250m。条件是使用优质信号线。合格的DMX信号线要求导体截面积约0.34mm2,阻抗120Ω，带金属网状屏蔽层。建议选用两对绞线加屏蔽线的信号线，因为有些设备要双向传输信号或供电，剩下的一对绞线也可作备用之需，为防止电磁干扰，DMX线路应远离电力电缆，尤其是调光器的强电电缆不应与DMX信号电缆敷设在同一个线管或线槽中。
DMX-512协议要求使用5芯插接件，一般只用其中3芯。绝大多数生产商都采用5芯插接件，只有Martin(马田）、HIGH-END(灯浪）等产品采用3芯插接件。3芯插接件的1引脚接地，2引脚为数据码线（黑色，一反相），3引脚不控制数据线（白色，+丰反相）。
5芯插接件余下的2芯一般作不备用，也有的厂家用4芯和5芯来传输失效信息和反馈灯具目前的状态。
插头/插座的外形和引脚定义如图
各种接收DMX信号的设备都有一DMX输入的IN端口和一个用于并接下一设备的THRO端口，并具有起始地址的设置装置，如二进制DIP开关、十进制旋转开关、带有显示的数字按钮及起始回路设置处理部分。设备的连接为菊花链形式。一个DMX-512输出端口可以控制512个控制通道，但由于传输器件的限制一般最多只能驱动32个接收设备，如超过32个设备需使用DMX信号放大器。如前所述，DMX信号的最大传输距离在使用标准线缆的情况下约为300m,超过此距离，应加入放大器。如线缆质量低下，传输距离会大大缩短。因此在实际应用中，为了保证系统能可靠地工作，除用质量较好的线缆外，传输距离为200m左右应加入信号放大器。由于DMX-512的传输速率高达250kbit/s，根据电子理论，为了消除电波在传输中的反射，达到可靠传输数据的目的，应在最后一个接收设备的THRO端接入一个阻抗约为120Ω、功率不小于0.25W(或收1/4W)的终端器。
在DMX信号发生、传输、分配处理、转换和实施控制的过程中，需有各种设备的配合，这些设备统称为DMX相关设备。下面介绍几种常用的DMX相关设备。
①DMX发送器：一个DMX系统至少配置一个发送器和一个接收器。DMX发送器是产生DMX信号的设备，通常包含在调光台、电脑灯控制台、换色器控制里面。图6-51是英国ARTISTIC公司的DMX测试器，它主要功能是测试输入DMX信号的时序与标准DMX-512信号之间的偏差情况，同时它带有一个通道的DMX信号输出口，用作测试带DMX接口的灯具和调光器等，因此其结构里面也同时包括了一个典型的DMX发送器。
②DMX接收器：任何一个可以被DMX信号有效控制的设备（如调光器、电脑灯、换色器等）都包含一个DMX接收器。为了让接收器准确接收到从DMX发送器发出的信息，需要选择DMX信号的起始地址。设备的地址选择一般包括三个旋转编码开关：一个开关选择个位，一个开关选择十位，第三个选择百位，如图6-52所示。
有些厂家使用的开关选用二进制编码的十进制数（BCD)信息。BCD是一种用二进制形式来表达十进制数的方法，例如十进制数3就是BCD0011，十进制数11用BCD来表示就是0011。学计算机相关专业的都了解8421编码格式。可以很快口算出来。
近年来更多产品采用LED数码管/液晶界面和选择按钮操作来选择DMX信号的起始地址。
大部分的接收器具有1个DMX接口，个别设备为了性能上的需要，具有2个或以上的DMX接口。最典型的双DMX接收器是双DMX输入调光器，可同时受两个DMX调光台控制，回路输出遵从
“大者优先”原则，如图6-53所示。
③DMX终端连接器：DMX终端连接器是一个吸收DMX反射信号的电阻器，反射信号可以抵消和破坏输入的DMX信号的强度，严重时会导致DMX网络不能正常运行。在两根数据线末端采用DMX终端连接器，则可以使用网络无限延长。
在传输距离短、接收设备少的条件下，不接入DMX终端连接器有时也能正常工作。
电阻器的阻抗一般选择在90～150Ω。最好使用120Ω的DMX终端连接器。
DMX终端连接器应用在每根数据线的末端，可以是最后一个电脑上或者硅柜电缆的末端。
④信号分配放大器：DMX调光网络使用信号分配放大器（DA）的目的是可以发送多路不同的DMX信号。在DMX信号连接中，当线路超过300m（放宽一些到500m)或接收设备超过32个时，需要有中继放大器来放大信号。各厂商不同功能的分配放大器一般都具备光电隔离和放大电路，各路信号完全分离，如果一路或者“一个区域”的DMX调光网络出现问题时，不会影响到其他设备的正常使用。例如：转发器（repeater）—又称为缓冲放大器，起隔离和提高DMX信号电平作用；分路放大器（splitter)——起放大和分路作用，可向不同方向发送多路的DMX信号，也称为分配放大器（ distribution amplifiers或booster)的类似产品。
DMX信号分配放大器通常有一路DMX信号输入，四路、六路、或八路DMX独立输出，每个输出口配一个5芯音频阴座，如图6-55所示。有些放大器还有指示显示DMX信号是否存在，放大器的每路输出是否都正常。
⑤DMX信号合并设备：DMX信号合并设备又称“二合一”设备。它可以将两个不同的DMX信号“合并”在一起形成一种合成的DMX信号。“二合一”设备的DMX信号输出遵守“大者优先”原则，在两个以上调光台需连接到DMX网络时，例如主调光台和一个备份调光台连接起来，形成一种合成信号控制调光器和其他DMX设备时，就需要用到“二合一”设备。
“二合一”设备实际上是一台高速的单片计算机，能够高速处理两个512光路DMX数据组。“二合一”设备通常和信号分配放大器一起放在中央配线箱里面。
一般的“二合一”设备只处理一组“二合一”信号，近期有些厂家为了适应日益扩大的演出规模，推出了2组、4组、6组和8组“二合一”设备。
⑥DMX D/A转换设备：某些剧场或演播室，购买了新的DMX信号输出调光台的同时需要保留部分模拟调光器。这就需要将来自数字调光台的DMX信号转换为模拟控制信号，以匹配0～10V调光器的输入，组成所谓“半数字调光控制系统”。国内、外很多厂家都生产这种DMX-模拟量的D/A转换设备。可以将其做成标准机机架的产品，也可以做成插接件（转换板）的形式装到原有的模拟调光器内部。这类设备又被称为DMX解码器。
⑦协议转换器：在20世纪80年代和90年代早期，人们普遍应用DMX-512标准之前，国外很多生产厂家一直生产着带有各自协议的产品。这些产品也有部分应用到我国的演播室。有些用户想要保留这些设备，然而又希望这些旧的设备能够连接新的DMX设备。为了满足这些要求，国外的些厂家生产出各种协议转换器。协议转换器可以接收多个协议，并将它们转换成为DMX协议或者接收DMX然后转换为其他的协议。通常需要转换的协议有Colortran 公司的CMX、ADB公司的S20和Strand 公司的D54等协议。
⑶DMX-512信号的数据格式
DMX-512信号的数据格式如图6-56所示：以帧为单位，每帧数据由同步头和512B组成，按串行方式进行数据发送和接收，数据传输速率为250kbit/s。
DMX-512信号的同步头告诉接收设备：后面有512B的串行数据发送过来，请做好接收准备工作。对于调光控制系统（如舞台基础照明用的聚光灯、泛光灯），每一个字节的数据表示调光亮度值，用2位十六进制数表示（从00H～FFH),其中00H表示0%，FFH表示100%。第一个字节表示第一路亮度值，第二个字节表示第二路亮度值.....第512个字节表示第512路亮度值。对于电脑灯，这512个数据表示另外一种含义（如颜色、图案、速度、角度），电脑灯型号不同，其数据组合方式也不同。这是另外一个问题，将在电脑灯一章中讲述。下面对DMX-512信号数据格式作进一步说明。
DMX-512协议可以较好地区分真正的信号噪声。数字控制信号通过一个均衡的串行高速数据协议，以两个方向相反的电压值来传输：OV就等于逻辑“0”，而2.5～5V就等于逻辑“1”。当一个信号被发送到一根电缆时，就有一个相等的反向信号被发送到另外一根电缆上。接收设备可以区分两根电缆上电压的不同。就算两根电缆上都有噪声产生，也可以产生一个抵消效果，从而使双绞线电缆的干扰相等。因而DMX-512协议具备传输的高效性和接收的可靠性。DMX-512信号帧结构如图6-57所示。
DMX-512协议规定用250kbit/s传输速率传输回路控制信号，即发送图中各数字和符号含义如下：
①符号SYNC代表同步头，在每个DMX信息包头部，用于对数据进行接收检测，其电平为低电平，宽度为0.08～10ms；
②符号F为信息包分离位，其电平为高电平，宽度为≥4μs;
③符号S为信息包的厂商信息；
④符号D0～D7代表数据的第1～8位，其电平根据数据而定；
⑤符合R无具体意义，电平可高可低；
⑥符号E代表每个数据的停止位，其电平为高电平；
⑦空闲位电平须用软件置高（电平）。
一个二进制码（1个bit）需4μs的时间。每路灯光信号数据用11个二进制码（11个bit）表示，前2位为起始码，后1位为停止位，中间8位为亮度数据，表示0～255的256级亮度。每路灯光信号数据也称为1帧，发送1帧DMX数据的时间为444μs。DMX采用连续发送的方式发送数据，最多可是发送512路灯光亮度信号数据，512路灯光亮度信号数据又称为一个信息包或数据包，如图6-58所示。
信息包的第1帧称为起始的数据，用于表示厂商或其他功能。第2帧是第1个回路有亮度数据，第3帧是第2个回路的亮度数据，依此类推，一直到最后发第512回路的亮度数据，因此共发513帧数据。传送全部512路信号信息包至少需要22.66ms，即每秒最多可发送44个信息包。
第一个信息包发出之后，DMX-512协议规定线路必须发送最少连续两个完整的帧（最少884μs，一般为100～2004μs）低电平信号（又称同步信号）。因为DMX不发送地址码，够确认哪一个数据是一个新信息包的开始，从而可以按设定接收相应的帧数据。
⑷数字信号的多路传输
DMX-512通信协议规定编码脉冲的时间间隔为4μs，由8bit脉冲组成一个码组，代表256个信号电平。8bit组成一个字节（Byte)。每台调光器的控制信号由一个8bit码组构成一个数据通道。
DMX-512信号最多可支持512个数据通道。调光台提供各路调光器的数字控制信号并按顺序从调光台的通道1到最高通道编号连续周而复始循环发送信号。
为使接收装置（调光器）与发送信号同步，在一个由8bit组成的字节中，另外还有3bit加入到字节，它们一个作为开始位（低电平),另外两个作为停止位（高电平），发送这11bit组成的数据帖需花费的时间长度为4μs x 11=44μs。图6-59所示为一个数据帧的结构。
如果线路上连续发送各调光器的这些数据帧（即各数据帧之间没有空闲间隙时间），那么每秒可发送4μs间隔的数据帧250000bit。这就是DMX-512信号最高的数据传输速率，即250kbit/s。
为确认接收通道1（称为基准通道），在1～512个数据帧全部发送结束后还需设置一个“中断”标记信号，中断标记信号结束后再开始一个1～512通道数据帧的发送。中断标记信号是一个88μs长度的连续低电平信号（这是两个完整数据帧的长度）。在中断结尾还有一个称为“中断后的标志”(mark-after-break/m.a.b)的8μs长度的高电平信号。跟随m.a.b后发送的是一个称为“开始码”（start-code)的44μs长度的字节，调光器把这个低电平字节数据作为零值。零值开始码后跟随的是第1个调光器的8bit数据。包括m.a.b在内的全部512个调光器的字节称为DMX-512信号的一个信息包，其结构如图6-60所示。
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