在DMX512照明应用中使用隔离式RS-485

简介

西方剧院艺术大约开始于公元前500年的希腊。露天剧院以太阳光作为主要光源，但经常会加入灯笼来表示夜间场景。如今，这些早期灯光应用已发展成为更复杂的系统。

DAC传递函数

图1显示一个理想的DAC传递函数，它是一条斜线，y=mx+b。数字输入位于x轴，模拟输出位于y轴。

现代照明设备包括调光器、闪光灯、电脑灯、彩灯和投射灯(gobo)。常常需要利用DMX512通信协议，远距离（最远可达4000英尺）控制这些照明系统。

什么是DMX512？

DMX512是由娱乐服务与技术协会(ESTA)制定的一种标准，描述控制器与受控照明设备和附属设备（包括调光器和相关设备）之间的数字数据传输方法。物理电气接口由EIA/TIA-485规定，它也称为RS-485。

DMX512标准指定采用8位异步串行协议和250kbps数据速率，旨在从单个控制器向一个或多个接收器传送重复性控制数据。主链路上的控制数据最多包括513个段，这些段以分组形式经由平衡传输线路发送。

信息为8位格式，按顺序发送至不同节点。值范围是从0到x 255，其中0表示“关”状态，255表示“开”状态。长度为2帧的“暂停”状态表示一个包括512个值的序列开始。高电平持续至少8 μs表示第一个字节开始。

分立式DMX512系统配置

一个DMX512端口由四个信号（Data1+、Data1-、Data2+和Data2-）及一个公共参考组成。Data1+和Data1-构成主数据链路。Data2+和Data2-构成可选的副数据链路。这对链路配置为双向半双工RS-485通信网络。

DMX512标准指定一种使用以接地电压为基准的发射器件和隔离式接收器件的系统。隔离接收器件的目的是保护昂贵的照明设备，使之免受有害电流浪涌影响。

图1显示了隔离式DMX512接收器的分立实施方案。驱动变压器原边的变压器驱动器产生隔离电源。变压器输出经过整流和调节，产生5V隔离电源电压。RS-485收发器的数据和控制信号采用光隔离技术进行隔离。

RS-485收发器ADM485将A、B引脚上接收的控制信号转换为RXD引脚上的串行输出。此信号经过光隔离后连接到精密模拟微控制器ADuC7020的UART输入。ADuC7020通过软件对消息进行解码，并向数模转换器(DAC)输出逻辑电平信号。JFET输入运算放大器ADTL084缓冲DAC输出，以提供0 V至10 V信号。

ADuC7020通过软件发送一个响应，表示已正确接收到消息。此信号与ADM485相隔离（光隔离），后者在A、B引脚上输出一个信号。

使用ADM2487E的DMX512系统配置

图2显示一个更简单、集成度更高的隔离式DMX512接收器，它使用隔离式RS-485收发器ADM2487EiCoupler。片内振荡器输出一对方波，以驱动外部变压器提供总线端所需的3.3V隔离电源。该器件的逻辑端采用3.3V或5V电源供电。ADM2487E采用?数字隔离技术，将3通道隔离器、三态差分线路驱动器和差分输入接收器集成于单封装中。TXD、RXD、DE和RE引脚直接连到ADuC7020 UART。

ADM2487E收发器适用于多点传输线路上的半双工或全双工通信，工作数据速率最高可达500 kbps。它提供2.5kVrms隔离，已通过UL和VDE标准认证，并提供±15kV ESD保护。

对于半双工操作，发射器输出与接收器输入共用同一传输线路，即发射器输出引脚Y连到接收器输入引脚A，发射器输出引脚Z连到接收器输入引脚B。ADM2487E针对平衡传输线路而设计，符合TIA/EIA-485-A-98和ISO 8482:1993标准。

限流和热关断特性可防止发生输出短路以及总线竞争导致功耗过大的情况。ADM2487E的额定温度范围为-40°C至+85°C工业温度范围，提供16引脚、宽体SOIC封装。

ADM2487E采用开路和短路故障安全接收器输入设计，不需要外部偏置电阻。低输入电流接收器设计(125 μA)支持同一总线最多连接256个节点。

用ADM2487E方案代替分立DMX512接收器方案，可提供节省空间、更加稳定、更加可靠的系统。

为什么隔离很重要？

两个或两个以上互连电路之间的电压浪涌可能会对昂贵的设备造成破坏。电气隔离旨在保护昂贵的设备免受电压浪涌影响。由于节点间的距离不同，DMX512发射器和接收器需要不同的电源。这会提高接地阻抗，使得来自其它源的地电流更有可能进入链路的地线。将链路隔离起来可减少甚至消除这些问题。如果无法保证系统中不同节点的地电位不会超出接收器的共模范围，则需要进行电流隔离，如图3所示。

ADM2487E在接收器中集成电流隔离，可有效阻止有害的电流浪涌。该器件可减小系统尺寸，提高可靠性，并增强稳定性，堪称实施隔离式DMX512接收器的理想解决方案。