引言
DMX512协议最先是由USITT（美国剧院技术协会）发展成为从控制台用标准数字接口控制调光器的方式。DMX512超越了模拟系统，但不能完全代替模拟系统。系统是基于沿着屏蔽导体双绞线的向下对称发送而建立的。这种缠绕结构确保所产生的干扰会同样地作用于两个信号，因此保证了一致的数字定相。所用的导线应该是由一条或两条双绞线、箔片和编织筛所构成的合适的数据导线。对称音频导线则不能完成这个工作。 DMX512的简单性、可靠性（假如能够正确安装和使用的话！）以及灵活性使其迅速成为资金允许情况下选择的协议，除了调光器外，一系列不断增长的控制设备就是证据。DMX512仍然是科学上的一个新领域，具有在规则基础上产生的各种奇妙技术。
DMX512标准要求每个灯具都要有一个控制器，而每个灯都要设置地址很麻烦，异步传输方式也很麻烦。针对此缺点，本文提出了基于SD5 128的同步DMX512的LED控制系统设计。本文给出了同步DMX512实现的软硬件设计方法，在硬件上增加了存储接口芯片以实现灯光控制数据的移动存储，具有更好的拓展性。
同步DMX512是采用同步MX512总线（用一根线实现控制数据的移位和置入）的同步串行传输的方式，吸取了DMX512和SPI移位总线两者的优点。同步DMX512在电气特性、数据结构方面与DMX512协议大致相同，采用同步传输的方法来进行两线移位传输，并且采取了SPI一位传输的方法来避免DMX512协议的地址设置问题。同步DMX512保留了DMX512的电气特性，故在灯与灯之间的距离不是很远的情况下，不使用RS485总线。
1 DMX512灯光控制协议
DMX512协议是一个数字调光协议，应用它能够对舞台、剧场、演播室等场所的调光器以及其他的控制设备进行数字控制，适用于一点对多点的主从控制。其互联形式采用了多点总线结构，不存在信息通路阻塞问题，可靠性较高。
协议规定控制信号数据包的传输通过异步通信的方式进行。一个DMX512数据包包含起始码和512个数据帧。每一帧数据包括1位低电平起始位、8位数据位、2位高电平停止位。一个数据帧代表一个控制通道，因此该协议支持512个控制通道。DMX512协议的帧结构与数据包结构如图1所示。
2 SD5128及其同步DMX512协议
新一代单线LED控制芯片，体积更小，集成度更高。采用全新的数字编码传输方式，集成全数字锁相环电路，内置三通道8位PWM调光控制器，最大可级联1024颗芯片。SD5128能够提供最大24mA的输入输出电流驱动能力，在LED像素灯应用中，只需要极少的外围元器件配合，SD5128数据传输速度为768Kbps~1.5Mbps.非常适合各种超小型像素灯与点光源的应用。8226;技术特点：1. 集成全数字锁相环电路 .2. 采用独创的单线I/O控制总线，无需设置地址 .3. 无需晶体，少量外围电路 .4. 1024颗芯片级联的能力 .5. 提供三路RGB PWM调光控制，实现24位色彩 .6. 高达24mA驱动电流的集开门输出 .7. 8位控制数据，实现256级灰度控制 .8.SOP8或者DIP8封装SD5128的帧结构与数据包结构如图2所示。
图2中，数据帧和结束符都是高位先移入，每个数据位在时钟的上升沿被采样，下降沿被打出；第一个数据帧对应距移入端最近的LED灯，N表示芯片数量。结束符=1位"0"+24位"1",但在实际编程中，按字节发送1位的"0"和31位的"1",所以结束符实际为"0x7FFF-FFFF".
对比图1与图2,可以发现SD5128的帧结构和数据包结构比DMX512更简洁。SD5128帧结构没有起始位和停止位，数据位从8位增加到24位（8R+8G+8B）；SD5128的数据包包括24×N位数据（即N帧数据）和1个结束符，没有DMX512的MTBP位、BREAK位、MAB位、SC位。更简洁的数据结构对实现快速的同步DMX512协议有很大的作用，SD5128的单线级联移位串行控制使控制系统更加简洁，接线更加简单。
SD5128的级联方式能实现多像素点控制，每个SD5128控制一个LED像素点，级联方式如图3所示。
3 LED控制系统设计
3.1 硬件设计
硬件结构如图4所示。相比传统的DMX512主从控制模式要简单很多，只有一个主控制器（MCU）、级联的SD5128芯片和存储DMX512数据文件的USB接口芯片。
SD5128与RGB LED灯的连接方式如图5所示。可以实现单色256个灰度变化以及2 563种混合颜色变化，达到更好的混色效果。
USB接口选择南京沁恒电子公司研发的USB接口芯片CH375,采用被动并行接口方式。CH375工作在主机方式下，主要实现单片机读U盘功能以及对灯光数据的移动控制，增强了可拓展性和易用性。CH375与MCU的接口电路如图6所示，CH375的D0~D7与MCU的P1总线相连。
3.2 软件设计
MCU（MicroControl Unit）中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。
MCU通过读取U盘中存储的灯光控制文件来实现对LED灯的控制。U盘中可以存放多个文件，且每个文件都是一组数据的组合，并以文件名区分和识别。CH375提供了U盘文件级子程序库，MCU可以直接调用子程序库读写U盘中的灯光控制数据，无需考虑文件系统，这不仅降低了研究难度，而且也降低了综合开发成本。主程序流程如图7所示。
当确定U盘插入时，先搜索U盘里指定文件的个数，再读取指定的文件，判断该文件的大小，打开文件并发送一组控制数据。当一组控制数据的末尾是0x7FFFFFFF时，说明是一组控制数据的结束符，再发送下一组控制数据，直到文件中数据发送完为止，关闭文件并打开下一个文件。这样，U盘中多个文件可以组合成绚丽的控制效果。
结语
传统DMX512协议采用多控制器互联的控制方法，较为复杂。本文采用基于SD5128的同步DMX512实现LED系统的控制，用单个控制器来实现DMX512协议，不仅让控制系统更加简单，而且使用U盘存储灯光控制数据能够极大地方便用户。