【正文】 .......4 嵌入式系統(tǒng)概述 ...........................................................................錯誤 !未定義書簽?？刂破髟O(shè)有良好的人機(jī)界面，可完成對各節(jié)點(diǎn)燈光色 彩的編輯，多種現(xiàn)場效果的存儲與還原，并設(shè)有多個命令，可依據(jù)現(xiàn)場氣 氛的不同制作繽紛的特 技效果。整個系統(tǒng)分為兩部分，主控制器和燈光節(jié)點(diǎn)。舞臺燈光控制器 摘要 嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)今最熱門的概念之一，它誕生于微型計算機(jī)，是嵌入到對象系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入對象智能化的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本舞臺燈光控制器就是嵌入式系統(tǒng)在生活中的一個小小應(yīng)用，它采用的嵌入式微控制器為 LPC2300系列 ARM，并使用了實(shí)時操作系統(tǒng) μC/OSII。控制器和節(jié)點(diǎn)之間的通信使用了主流的舞臺燈光控制協(xié)議 DMX512。節(jié)點(diǎn)使用 NXP推出的 LED 驅(qū)動芯片 PCA9635 來驅(qū)動 4 個 RGB LED 模擬舞臺燈光。 2 硬件電路設(shè)計 ......................................................................................................................6 電源部分電路 ...............................................................................................................6 TINYARM T23 工控板介紹 ..........................................................錯誤 !未定義書簽。 DMX512 數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)設(shè)計 ......................................................錯誤 !未定義書簽。 附錄 A 電路原理圖 .................................................................................................................32 原理圖 A .......................................................................................錯誤 !未定義書簽。 1 緒論 本設(shè)計主要研究的是現(xiàn) 代嵌入式技術(shù)在舞臺燈光控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。而舞臺燈光作為舞臺設(shè)計的一部分在很大程度上影響著整個現(xiàn)場的效果，這使得現(xiàn)代舞臺燈光系統(tǒng)設(shè)計變得越來越復(fù)雜，舞臺燈光控制技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。 最初的原始控制技術(shù)時期，舞臺燈光的控制相當(dāng)麻煩。受控的燈具也只有亮滅兩種狀態(tài)，根本 不可能調(diào)光，提供的純粹是單純的照明。 隨著自動化技術(shù)，電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用，把可控硅技術(shù)應(yīng)用到漏光器中，產(chǎn)生了硅箱，這標(biāo)志著模擬調(diào)光時期的到來?？梢韵胂笠幌?，如果一臺演出需要控制 100個調(diào)光回路，就要有一臺具有 100個電位器推子的調(diào)光臺，同 時還需要連接 100 條信號控制線，這樣的調(diào)光系統(tǒng)的組建和控制都是相當(dāng)麻煩的事。 隨著時間的推移，電視事業(yè)不斷壯大，舞臺演出市場日益活躍，這對舞臺燈光控制系統(tǒng)提出也更高的要求。 DMX512 數(shù)字信號協(xié)議于 1986 年，首先由美國劇院研究機(jī)構(gòu)（ USITT）提出，后來經(jīng)過進(jìn)一步的改進(jìn)，于 1990 年正式公布。這種技術(shù)大大簡化了燈光的控制方式，為大規(guī)模舞臺燈光控制提供了可能。 2 硬件電路設(shè)計 為簡化設(shè)計、節(jié)約成本，對控制器電路和節(jié)點(diǎn)電路進(jìn)行了綜合，使得控制器和節(jié)點(diǎn)采用的是同樣的電路，以下對電路中的各模塊進(jìn)行分析介紹。 系統(tǒng)板輸入電壓為 9∨直流，所需系統(tǒng)電壓為 5∨，且?guī)в幸壕н@樣的大功率器件，若選用普通的線性穩(wěn)壓器件，則電源效率最高 僅為 %，其發(fā)熱量可想而知。 LM2575 是一種高效率的開關(guān)穩(wěn)壓器件，資料顯示當(dāng)其輸入電壓為 12∨，輸出電流為 1A 時，其效率可高達(dá) 77%，但開關(guān)電源也有開關(guān)電源的缺點(diǎn)，其輸出紋波較線性穩(wěn)壓器件大。 核心板 TinyARM T23 的供電由低壓差模擬穩(wěn)壓器件 供給，雖然效率不高但 TinyARM T23 的功率小，實(shí)際運(yùn)行過程中 SPX1117 基本保持室溫。 圖 ISP 選擇電路與核心板復(fù)位電路 當(dāng) LPC2300 芯片加密鎖死時，通過 ISP 對芯片內(nèi)部 Flash 進(jìn)行整片擦除，可解除芯片的鎖死狀態(tài)。 由于 LPC2300 系列芯片自來掉電復(fù)位功能，故可省略常用復(fù)位電 路中與 R4并聯(lián)的放電二極管。 RS232 通信電路如 圖 所示。其接口電路如 圖 所示。ST7920 的特點(diǎn)在于它包括 64 16 位元字元顯示 RAM（ DDRAM 最多可顯示 16字元 4 行）及 64 256 位元繪圖顯示 RAM（ GDRAM），可實(shí)現(xiàn)圖形、文字的混合顯示。 所示。 LED 驅(qū)動電路設(shè)計 LED 驅(qū)動器 PCA9635 PCA9635 是 NXP 公司生產(chǎn)的一款 I2C 總線 LED 驅(qū)動器，共有 16 路輸出，輸出電流可達(dá)到 5mA，吸入電流可達(dá)到 25mA，可直接驅(qū)動 LED。其特性如下： (1) 16 路 LED 輸出，每一路輸出均可配置為： 開 ， 關(guān) ， 獨(dú) 立 亮度 控制，獨(dú)立 亮度 +整體閃爍 /明暗控制； (2) 輸出可編程為推挽或開漏結(jié)構(gòu)； (3) 1MHz 快速 I2C 總線，且 SDA 輸出電流可高達(dá) 30mA； (4) 256 級獨(dú)立亮度控制（ 97 K Hz PWM）； (5) 256 級集體亮度控制（ 190 Hz PWM）； (6) 256 級集體閃爍控制，閃爍頻率可在 24Hz 到 之間調(diào)節(jié)； (7) 7 個地址引腳使得在同一個 I2C 總線上可連接 126 個 PCA9635； (8) 內(nèi)部自帶 25 M Hz 晶振，無需外部元件； (9) 可通過 I2C 總線對 PCA9635 軟復(fù)位； (10) 上電復(fù)位； (11) SDA/SCL 輸入噪聲過濾； (12) 工作電壓范圍： ∨ 到 ∨； (13) 工作溫度： 40 oC 到 +85 oC； PCA9635 驅(qū)動電路 PCA9635 驅(qū)動電路如 圖 所示。由于本設(shè)計中各節(jié)點(diǎn)只連接一個 PCA9635，故可將 PCA9635 地址固定。 圖 LED 驅(qū)動電路 圖中電阻阻值的確定由具體的 LED 參數(shù)決定。 圖 壓降測試電路 下面以藍(lán)色 LED 為例計算 圖 中發(fā)射極電阻 R88 與基極電阻 R56 的值。 從 8550 的資料中可以查得其工作在放 大區(qū)時放大倍數(shù) β 約為 100，則可得出三極管基極電流 mAII eb ?? ? （ 22） 則 R56 的取值 ?????? 43R （ 23） 經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證， R88 取 100Ω， R56 取 47KΩ時，藍(lán)燈可得到較好的效果。 RS485 通信電路 DMX512 協(xié)議中規(guī)定其通信接口采 EIA485 標(biāo)準(zhǔn)。 RS422 由 RS232 發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ) RS232 之不足而提出的。RS422 是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范 ，被命名為TIA/EIA422A 標(biāo)準(zhǔn)。由于 EIA 提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以“ RS”作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以 RS 作前綴稱謂。 EIA485 通信標(biāo)準(zhǔn)的性能如所示： RS485 電路分析 RS485 接口電路如 圖 所示。 R101 為通信阻抗匹配電阻，減少由于阻抗不匹配而引起的反射、噪 聲，能有效提高 RS485通信的可靠性。為解決上電時 RS485 總線沖突問題，需添加上電抑制電路，如 圖 所示。由 EWB 仿真可得到抑制時間 t 約為 2S。 所示。 ADUM1201 所隔離的兩端有各自的電源和參考地，電源電壓為 － 。 RS485 通信電源電路如 圖 所示。 圖 RS485 電源電路 從機(jī)地址選擇電路 因從機(jī)無需接液晶，所以將從機(jī)地址選擇線與液晶部分信號線復(fù)用。從機(jī)地址設(shè)置范圍 0x00~0x1FF，電路如 圖 所示， S1為拔碼開關(guān)。 狀態(tài)指示燈及按鍵電路 本設(shè)計共設(shè)置了 4 個狀態(tài)指示燈和 6 個按鍵。 圖 狀態(tài)指示燈及按鍵電路 3 控制器軟件設(shè)計 整體軟件分析與設(shè)計 整個系統(tǒng)分為主控制器和節(jié)點(diǎn)兩部分?？刂破骱凸?jié)點(diǎn)所要完成的每一個任務(wù)都對實(shí)時性提出了很高的要求。對于主控制器來說，若在系統(tǒng)設(shè)計時使用前后臺系統(tǒng)，那么控制器的人機(jī)交流將難以得到及時的響應(yīng)，為此主控制操作系統(tǒng)宜采用實(shí)時操作系統(tǒng)。 μC/OSII 一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng) ，且在高校教學(xué)使用是不需要申請許可證的。 控制器軟件設(shè)計系統(tǒng)框圖 分析設(shè)計要求，控制器共需要完成兩件事情：人機(jī)交流；數(shù)據(jù)發(fā)送。綜上所述，控制器共設(shè)計四個任務(wù)，其系統(tǒng)框圖如 圖 所示。 中斷服務(wù) LPC2300 系列 ARM的 P0 和 P2 端口的每一個引腳都可以配置為上升沿中斷或者下降沿中斷。 在硬件設(shè)計中，按鍵 0~6 分別與 ~ 相連，因此，只需將 ~引腳配置為下降沿中斷，在中斷的服務(wù)程序中 即可完成按鍵的采集任務(wù)。但 μC/OSII 規(guī)