DMX-512 met een PICmicro. Thijs Assies Wat is DMX-512?

Transcriptie

1 DMX-512 met een PICmicro. Thijs Assies Wat is DMX-512? DMX-512 (kortweg DMX) Staat door Digital MultipleXed. En dit omschrijft eigenlijk de functie al: Een boel signalen Digitaal Gemultiplexed. DMX wordt vooral gebruikt in de lichtwereld. Een lichtshow bestaat vaak uit grote hoeveelheden spots die allemaal gedimd moeten worden, bij voorkeur door één persoon. Dat zou betekenen dat er een grote kabel vanuit een lichttafel zou vertrekken met honderden aders erin die ieder naar een dimmer gingen. Dit is een tamelijk onhandige en dure operatie, om nog maar niet te spreken van het signaal verlies. Op dat moment is er een systeem ontwikkeld die alle gegevens van alle lampen over één kabel kon versturen. Dit protocol heet DMX. De informatie voor ieder apparaat wordt dus in plaats van tegelijkertijd, na elkaar gestuurd. Dit levert nog een extra probleem op, alle informatie voor iedere lamp komt dus bij alle lampen terecht. En hoe weet een lamp dan welke informatie voor hem bedoeld is? Dit probleem is opgelost door iedere lamp een adres te geven. Dat is het nummer van de data waar hij naar moet luisteren. Zodra de stroom informatie begint te lopen begint er in de ontvanger een teller mee te lopen, en bij ieder nieuw stukje informatie wordt die teller opgehoogd. Als de teller gelijk is aan het eigen adres betekend dat dus dat de huidige data bedoeld is voor de lamp. Op deze manier is op een regelijk eenvoudige manier ervoor te zorgen dat de data bij de juiste lamp terecht komt. Hier komt echter nog een probleem om de hoek kijken. De seriële informatie bestaat uit een reeks bytes, maar hoe weet een lamp nou wanneer byte 1 verzonden wordt? Om dit probleem hebben ze een zogeheten Break geintroduceerd. Dat is een periode waarin het signaal altijd laag is. Deze periode duurt zo lang dat het niet te verwarren is met een normale byte. Zodoende weet de ontwanner wanneer de verzonden informatie weer bij kanaal 0 begint. Nu is het zo dat apparaten meer dan één kanaal kunnen gebruiken. Denk bijvoorbeeld aan een dimmer die 12 lampen onafhankelijk kan dimmen. Om ze onafhankelijk aan te sturen zijn dus 12 verschillende DMX kanalen nodig. Het is gebruikelijk dat in dat geval alleen het eerste adres wordt ingesteld en dat het apparaat vanaf dat punt 12 kanalen pakt. Hier moet je dus op letten met adressen geven aan de apparaten, dat niets elkaar overlapt. Er zijn ook meer apparaten dan dimmers. Denk aan scanners, movingheads, rookmachines. Allemaal bestuurbaar via DMX. Deze ondernemen een actie afhankelijk van de gegevens die dorogestuurd worden. Dit is nog niet alles. In het DMX signaal zit nog iets ingebouwd: een mogelijkheid om verschillende typen apparaten te onderscheiden. Deze code wordt de startcode genoemd, en in praktijk wordt alleen startcode 0 gebruikt. Eerder was het plan dat bv code 0 voor lampen was, code 1 voor movingheads, code 2 voor rookmachines e.d maar dit is nooit van de grond gekomen. De code (altijd 0) wordt echter wél meegestuurd.

2 Een DMX cyclus is als volgt opgebouwd: Het signaal zelf Stap Actie bits Tijdsduur(us) 1 Break Startcode Kanaal Kanaal Deze cyclus herhaalt zich steeds weer opnieuw. Het verzenden van 1 bit duurt in DMXwereld 4 microseconden (us). Dat komt neer op een frequentie van 250 Khz. Iets wat belangerijk is om te onthouden. Een DMXbyte is als volgt vormgegeven: Startbit LAAG Stopbit Stopbit HOOG HOOG Iedere byte aan informatie wordt ingepakt in 3 bits. 1 daarvan is de startbit en de andere 2 zijn de stopbits. Deze zijn om aan te geven waar de data begint. Per kanaal wordt 1 byte verstuurd, 8 bits. Dat betekend dat ieder kanaal 2^8 = 256 waarden aan kan nemen, van De BREAK bestaat uit 88 us laag. Zonder startbits en stopbits. een BREAK is dus op geen enkele manier te intepreteren als databyte en is dus als zodanig eenvoudig te herkennen. Dit is essentieel voor het functioneren van het systeem, immers als er geen break wordt gedetecteerd, kan er geen teller gestart worden die de kanalen telt. Dit kan betekenen dat het apparaat helemaal niets ontvangt, of de verkeerde kanalen. Na een BREAK komt de Mark After break. Dit zijn 2 hoge bits, deze zijn er omdat de UART van een microcontroller pas gaat ontvangen als er een overgang is van hoog naar laag. Als er geen MAB was, kreeg je eerst de lage BREAK, dan de lage startbit en dus geen hoog->laag overgang. En kon de UART dus niet beginnen met ontvangen.

3 Nu de basis van DMX te hebben uitgelegd is het tijd voor implementatie in een microcontroller. In dit voorbeeld wordt gebruik gemaakt van een 16F628A, het principe is echter bij iedere andere microcontroller hetzelfde. DMX is electrisch gezien gebaseerd op RS485, dit gebruikt voor communicatie andere spanningen dan waar de PIC mee werkt. Om deze systemen op elkaar aan te kunnen sluiten maak je gebruik van een converter IC, bijvoorbeeld de SN De DMX bus wordt hierop aangesloten en de output van het IC gaat naar de Rx van de PIC (in geval van de 16F628A is dat pin 7 ). Er zijn 2 manieren om gebruik te maken van seriele connecties (zoals DMX): - Handmatig (bitbangen) - met eenuart (USART / AUSART) Manier 1 houdt in dat je een bepaald pinnetje van de processor constant moet controleren of er een hoog, danwel laag signaal opstaat. De timing moet je zelf in de gaten houden. Deze manier van werken is relatief lastig te programmeren en verbruikt veel processorsnelheid. Manier 2 maakt gebruikt van een ingebouwd stuk hardware voor seriele connecties, Universal Asynchronus Reciever Transmitter. Dit houdt in dat de microcontroller zelf aangeeft wanneer er eenbyte is ontvangen. De PIC houdt zelf de timing in de gaten en zorgt ervoor dat de bits op de juiste plaats worden gezet. Dit heeft als voordeel dat er in het programma tijd over is om berekeningen te doen met de ontvangen data. Het spreekt bijna voor zich dat manier 2 de voorkeur heeft, de 16f628A heeft een ingebouwde USART en daar gaan we gebruik van maken. Eerst moeten er de volgende dingen worden ingesteld: 1. De frequentie waarop de verbinding moet werken (250 kbaud in dit geval) 2. De configuratie van de verbinding (asynchroon, 9 bits) 3. De configuratie van de ontvangen bytes ( startbits, stopbits etc) 4. Het aanzetten van de USART 5. Interrupts configureren. DMX verstuurd 8 databits, 1 startbit en 2 stopbits. Echter de hardware van de microcontroller kan alleen omgaan met 1 stopbit! Om dit probleem op te lossen vertellen we de pic dat hij ipv 8 bits aan data, 9 bits gaat ontvangen. In feite ontvangt de pic dus 1 startbit, 9 bits data, 1 stopbit. Die 9ende bit aan data kan je vervolgens gewoon negeren. Dit alles wordt ingesteld in een aantal registers in de PIC. Hieronder is een stuk code die een DMX connectie instelt:

4 CODE CODE Commentaar INIT Dit is een label, om makkelijk code aan te kunnen roepen MOVLW 0x07 Deze 2 regels zetten de analoge functies van de MOVWF CMCON Microcontroller uit. CLRF PORTA De outputpinnen worden op 0 gezet CLRF PORTB Dat is wel zo netjes STATUS,RP0 Bank 1 selecteren CLRF TRISA porta output CLRF TRISB portb output TRISB,1 B1 input (UART Recieve) MOVLW 04h Nu wordt de baudrate gezet, de formule hiervoor kan je terugvinden in de datasheet. MOVWF SPBRG TXSTA,BRGH high speed TXSTA,SYNC Async connection CLRF PIE1 Alle interrupts uitzetten PIE1,RCIE En alleen de ontvangstinterrupt aan STATUS,RP0 Return to bank0 RCSTA,RX9 9 bit data MOVF RCREG,W RCREG is het ontvangstregister, 3 bytes diep MOVF RCREG,W Deze regel is er 3 keer om te zorgen dat MOVF RCREG,W De registers helemaal leeg zijn RCSTA,CREN Enable recieve RCSTA,SPEN Enable UART INTCON,PEIE Enable interrupts GOTO MAIN Goto Main Program Nu hebben we de PIC klaar gemaakt om DMX te ontvangen. Iedere keer als er een byte binnenkomt zal er een interrupt gegenereerd worden. En deze moet afgevangen worden. In de interruptroutine moet er eerst gekeken worden of er geen fouten zijn geconstateerd. Dat gaat als volgt: Het register RCSTA kent 2 speciale bits. OERR en FERR. De eerste geeft aan dat er zich een overrun error heeft voorgedaan. Data werd sneller ontvangen dan verwerkt. Dit is in principe een ontwerpfout in het programma. De FERR geeft aan dat er een Framing error is geweest. Dat houdt in dat de PIC op het moment dat het een stopbit verwacht deze niet ontvangt. Dit kan 2 oorzaken hebben: De framerate staat verkeerd, waardoor er langzamer of sneller gelezen wordt als verzonden, en bytes dus dubbel gelezen worden of gemist. Maar het kan ook betekenen dat die stopbit helemaal niet verzonden is. En hier zitten we op te wachten! Want een BREAK bestaat immers uit 88 microseconden laag, oftewel 2 volledige bytes. De PIC zal de eerste lage bit zen als startbit, daarna 8 lage bits als data, de 9e databit laag. En dan moet er een hoge stopbit komen. Maar die komt er niet! De PIC zal dus een framing error geven. Op deze manier is een foutmeldig te gebruiken om een belangerijk punt te detecteren in de DMX cyclus. Indien er geen errors komen, betekend dat dus dat er een gewone databyte ontvangen is. Hierbij moet wel worden gecontroleerd of de ontvangen data nou de startcode of een databyte is, en welke databyte dan. Dit is het eenvoudigste te doen door een aantal flags aan te maken en die steeds te setten als er zoiets gebeurd. Op dat moment kan je, als je een zinnige byte ontvangt,

5 precies zien waar in de dmx cyclus je bent gebleven. Belangrijk is bij een recieve interrupt: De ontvangen data moet ALTIJD worden ingelezen, ook als er niets mee gedaan wordt. Als dat niet gebeurd wordt de boel opgestapeld en loopt de ontvangst FIFO vol. Indien je de data niet nodig hebt, moet je toch de data inlezen. Kopieren naar W is dan voldoende. Hieronder volgt de bijpassende code voorzien van commentaar om een en ander te verduidelijken. De regels hieronder zijn de fuses, die de snelheid van de controller instellen. CONFIG _CP_OFF & _PWRTE_ON & _WDT_OFF & _HS_OSC & _LVP_OFF list P=16F628A #INCLUDE <P16F628a.INC> Een aantal defines om makkelijke namen te kunnen gebruiken #DEFINE OUT1 PORTB,5 #DEFINE OUT2 PORTB,6 #DEFINE OUT3 PORTB,7 #DEFINE OUT4 PORTA,3 #DEFINE BREAK DMX_reg,0 #DEFINE STARTCODE DMX_reg,1 #DEFINE MOVED DMX_reg,2 #DEFINE ADDR9 DMX_reg,3 #DEFINE RC9 DMX_reg,4 #DEFINE UP3 flag,0 #DEFINE UP2 flag,1 #DEFINE DOWN flag,2 #DEFINE UP flag,3

6 DATA_START geeft het adres aan waar de data begint in het geheugen. DATA_END geeft het adres aan waar de data weer ophoudt. #DEFINE DATA_START 0x35 #DEFINE DATA_END 0x39 Hier zijn dezelfde adressen direct benoemd, dit omdat dat makkelijker is met PWM. #DEFINE Reg1 0x35 #DEFINE Reg2 0x36 #DEFINE Reg3 0x37 #DEFINE Reg4 0x38 De variablen gebruikt in de code CBLOCK0x20 DMX_reg Count W_SAVE S_SAVE P_SAVE pwmcounter flag D_ADDR temp R_ADDR Offset temp2 ENDC De code begint altijd op adres 0x0, er wordt dan meteen naar de initialisatiecode gesprongen ORG 0x0 GOTO INIT De code vanaf adres 0x4 wordt uitgevoerd als er een interrupt komt ORG 0x4 MOVWF W_SAVE MOVF STATUS,W MOVWF S_SAVE MOVF PCLATH,W MOVWF P_SAVE GOTO INTHANDLER Deze code is hiervoor al besproken INIT MOVLW 0x07 MOVWF CMCON CLRF PORTA CLRF PORTB CLRF STATUS,RP0 TRISA

7 CLRF TRISB TRISB,1 TRISB,4 MOVLW 0x4 MOVWF SPBRG TXSTA,BRGH TXSTA,SYNC CLRF PIE1 PIE1,RCIE STATUS,RP0 RCSTA,RX9 MOVF RCREG,W ;clear RCREG FIFO MOVF RCREG,W MOVF RCREG,W RCSTA,CREN ;Enable recieve RCSTA,SPEN ;Enable UART INTCON,PEIE ;Enable interrupts INTCON,GIE CLRF Reg1 CLRF Reg2 CLRF Reg3 CLRF Reg4 CLRF D_ADDR ;set our dmx adress to 0 ADDR9 GOTO MAIN ;Goto Main Program De functie hieronder is de code die altijd wordt uitgevoerd als er niets te doen is MAIN MOVLW 0xFF MOVWF pwmcounter OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 CALL PWM_CYCLE GOTO MAIN De funcie hier dimt de leds dmv PWM. Eigenlijk moet dat met een timer, dit kan echter de ontvangst in de war schoppen. PWM_CYCLE Iedere keer wordt een register vergelijken met een teller, zijn die gelijk dan wordt de led aan gedaan. De waarde van het register bepaald dus hoe fel de led is MOVF Reg1,W XORWF pwmcounter,w BTFSC STATUS,Z OUT1 MOVF Reg2,W

8 XORWF BTFSC MOVF XORWF BTFSC MOVF XORWF BTFSC DECFSZ GOTO RETURN pwmcounter,w STATUS,Z OUT2 Reg3,W pwmcounter,w STATUS,Z OUT3 Reg4,W pwmcounter,w STATUS,Z OUT4 pwmcounter PWM_CYCLE Hieronder komt het belangerijkste deel van de code, de interrupt code. De functie INTRETURN wordt aangeroepen als de interrupt beïndigd moet worden. INTRETURN eerst worden P_SAVE, S_SAVE en W_SAVE weer hersteld MOVF P_SAVE,W ;restore context MOVWF PCLATH MOVF S_SAVE,W MOVWF STATUS SWAPF W_SAVE,F SWAPF W_SAVE,W En dan wordt de interrupt beïndigd RETFIE Deze code wordt aangeroepen als er een interrupt optreedt. Eerst wordt gecontroleerd of het wel daadwerlijk een ontvanstinterrupt is, zo niet wordt de interrupt alweer beïndigd. INTHANDLER BTFSC PIR1,RCIF GOTO INTRETURN Er is dus iets ontvangen. Eerst wordt gecontroleerd of er geen echte fouten zijn, zoals een overrun error BTFSC RCSTA,OERR GOTO OVERRUN En daarna of er een framing error is (Dit is dus waarschijnlijk de break!) BTFSC RCSTA,FERR GOTO FRAME Als dat er allemaal niet is, wordt bekeken of er in deze cyclus al een break is ontvangen. Zo niet dan wordt de ontvangen byte genegeerd. BTFSS BREAK GOTO RET

9 Indien er al wel een break is ontvangen, maar nog geen startcode, is de ontvangen byte dus de startcode. De functie om dat te controleren wordt aangeroepen. Is er al een startcode ontvangen dan is dit dus een databyte. BTFSS STARTCODE ;recieved startcode? GOTO SC ;no check for one GOTO CHANNEL ;else recieve data RET Deze functie wordt aangeroepen indien de interrupt beïndigd moet worden maar er wel data is ontvangen, deze moet dus worden ingelezen om fouten te voorkomen. MOVF GOTO RCREG,W INTRETURN De functie die de overrun error aan de kaak stelt. De UART moet dan gereset worden. Hier kan je eventueel een extra ledje laten branden om de fout aan te geven. OVERRUN RCSTA,SPEN RCSTA,SPEN MOVF RCREG,W GOTO LAST FRAME Framing error ontvangen. Alle flags worden gereset. Er begint immers óf een nieuwe cyclus, óf er is iets fout gegaan. In beide gevallen begin je gewoon weer overnieuw CLRF Count BREAK STARTCODE RC9 CLRF R_ADDR CLRF Offset Indien de 9de bit een 0 is, is het heel waarschijnlijk dat er een break is ontvangen. BTFSS RCSTA,RX9D BREAK Lees de ontvangen byte in (met uiteraard waarde 0) om fouten te voorkomen. MOVF RCREG,W GOTO INTRETURN SC De controle voor de startcode. De ontvangen data wordt ge'xor'd met 0x0. Indien daar 0 uitkomt is er dus waarde 0x0 ontvangen (De correcte startcode). Indat geval moet er een bitje geset worden om dat aan te geven. MOVF XORLW BTFSC GOTO RCREG,W 0x0 STATUS,Z STARTCODE INTRETURN Het kanaalnummer een keer ophogen. INCREASE INCF R_ADDR BTFSC STATUS,Z RC9 RETURN

10 Deze functie wordt aangeroepen als er een databyte is ontvangen die zinnig zou kunnen zijn. Of dat daadwerkelijk zo is moet nog worden uitgzocht. Indien hiervoor al geldige kanalen zijn ontvangen, is de kanaaloffset groter dan 0. Als dat het geval is kan meteen worden begonnen met het wegschrijven van de zojuist ontvangen data. CHANNEL MOVF Offset,W XORLW 0x0 BTFSS STATUS,Z GOTO CHAN Offset is nog 0. In dat geval: controleer of we de data voor het juiste adres binnen krijgen. MOVF R_ADDR,W ;else: check if chans match XORWF D_ADDR,W BTFSC STATUS,Z ja? Controleer of de 9de bit ook goed is GOTO NINTH ;if so: check for 9th bit nee? Hoog het kanaal nummer op en probeer het bij de volgende interupt weer. CALL INCREASE GOTO RET ;if not: just return from interrupt NINTH TRUE CHAN Indien de 9de bit van ons adres geset is: controleer of dat van de kanaalteller ook zo is. BTFSC ADDR9 ;9th addressbit is set GOTO TRUE Ons 9de bit is niet geset? Kijk dan of de andere ook niet geset is. BTFSS RC9 Als die twee gelijk zijn, zijn de adressen dus gelijk en is het geldige data. GOTO CHAN CALL INCREASE GOTO RET Hier hetzelfde: zijn ze het zelfde: gebruik de data. Zijn ze niet hetzelfde? Stop er dan mee BTFSC GOTO CALL GOTO RC9 CHAN INCREASE RET Als deze functie wordt aangeroepen is er dus geldige data ontvangen! Die moet alleen nog op de plaats gezet worden. Allereert de offset verhogen met 1 zodat de volgende ronde meteen naar deze functie gesprongen wordt. Naar welk register de data geschreven wordt is ook afhankelijk van de offset. De offset wordt opgeteld bij de startvector van de data. Naar dat adres wordt de data weggeschreven. Dit werkt met indirecte addressering. INCF Offset MOVF Offset,W ADDLW DATA_START MOVWF FSR Indien het adres gelijk is aan het laatste adres van de data: stop ermee, reset alle flags XORLW DATA_END BTFSC STATUS,Z

11 LAST GOTO LAST Zo niet? Schrijf de data dan weg!! MOVF RCREG,W MOVWF INDF CALL INCREASE GOTO INTRETURN Deze functie reset alles BREAK STARTCODE CLRF Offset GOTO INTRETURN END