标准【DMX512】协议详解 & 接收与发送实现（附HAL库代码）
标准【DMX512】协议详解 & 接收与发送实现（附HAL库代码）
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前言
协议主要用于控制舞台设备，也可用于控制灯光设备。这里给出协议的国际标准，有兴趣的可以自行研究。本文主要了解协议的时序以及数据包的收发。
一、时序
协议规定的标准物理链路是RS485，但现在已经朝无线（蓝牙，WIFI）的方向进行发展了，毕竟客户更喜欢选择不用接线的设备。本文还是从最简单的RS485进行讲解。
首先给出的时序图，是不是很复杂，没关系，先从简单的开始讲起。
1、串口配置
本文使用串口产生时序再用硬件将TTL电平转换为RS485电平，所以协议的底层是对串口进行配置，按照协议的标准，串口应该配置如下
huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 250000;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_2;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_8;
HAL_UART_Init(&huart1);配置完成后，发送一位的时间是4us，一帧持续时间是44us。
2、起始信号
图中的1和2共同构成起始信号，起始信号完后面跟着的就是数据包
说白了起始信号就是先拉低后拉高，但是要产生这个起始信号可不容易，因为串口无法输出持续两帧的低电平，每一帧后面固定会跟随停止位（高电平）dmx512控制器英文说明书标准【DMX512】协议详解 & 接收与发送实现（附HAL库代码），所以要产生起始信号需要通过GPIO的输出实现，代码在后面有。
信号最少持续时间最大持续时间
2帧（88us）
1s
1位（4us）
1s
3、数据包时序
1是数据帧之间的占，用于分割每帧数据，可有可无。2就是数据帧，数据帧为一位起始位，八位数据位及两位停止位组成。按照上面配置即可
这样的时序就介绍完了，其实就是起始信号，后面跟数据包，每帧数据之间插入一个占。没有想象的那么复杂
信号最短持续时间最长持续时间
0s
1s
44us
44us
二、数据包格式
的数据包格式比较简单，由一个起始码和512个通道值组成，协议标准中规定0x00作为的固定起始码，一般不做更改，但实际生产中可以自定义，例如0x00作为舞台灯光控制，0x01作为舞台火花机控制......但是以下的起始码不能自定义。
1~512（最大是512）作为通道值，用于控制舞台设备，例如有个彩灯，彩灯有四个RGB灯珠地址是1，占据通道有16个。那么这个彩灯就处理数据包的通道1到通道16，通过这些通道的值完成相应的动作。如：当数据包的通道1为0~255时，彩灯就调自己的亮度为0~255。当通道2为0~255时就调自己的R值,通道3调G值......这样就可以使用协议进行对灯光设备的控制。一般发送数据的设备是控台，可以去淘宝搜索看看。
三、数据包发送
使用串口发送数据包，首先需要使用GPIO拉低再拉高产生起始信号，再复用为串口发送数据。这里就需要切换模式。又因为RS485是半双工的dmx512控制器英文说明书标准【DMX512】协议详解 & 接收与发送实现（附HAL库代码），所以还需要切换串口的输入/输出模式。
//改变模式
void MU_DMX_Change_Mode(enum dmx_mode mode)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Init;
//DMX发送
if(mode == DMX_SEND_DATA)
{
HAL_UART_DMAStop(&huart1);
HAL_NVIC_DisableIRQ(USART1_IRQn);
DMX512_SEND;
GPIO_Init.Pin = GPIO_PIN_6;
GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_Init.Alternate = GPIO_AF2_USART1;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Init);
}
//DMX输出起始信号
else if(mode == DMX_SEND_RESET)
{
HAL_UART_DMAStop(&huart1);
HAL_NVIC_DisableIRQ(USART1_IRQn);
DMX512_SEND;
GPIO_Init.Pin = GPIO_PIN_6;
GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Init);
}
//DMX接收数据
else if(mode == DMX_RECV_DATA)
{
DMX512_RECV;
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buf.buf,RX_BUF_MAX);
}
}关于和的切换逻辑可以看标准RDM协议详解及代码实现篇一 —— RDM协议详解及数据包定义的第一点和第二点，RDM和的数据链路是相同的。
接下来就是发送的函数了
uint8_t dmx_send_buf[520] = {0};
//设置起始码
static inline void DMX_Set_Start_Code(uint8_t start_code)
{
dmx_send_buf[0] = start_code;
}
//设置通道数据
static inline void DMX_Set_Channel_Date(uint16_t dmx_addr,uint8_t* channel_data,uint16_t channel_num)
{
dmx_addr = dmx_addr < 1 ? 1 : dmx_addr;
for(int i = dmx_addr; i < dmx_addr+channel_num; i++)
{
dmx_send_buf[i] = channel_data[i-dmx_addr];
}
}
//DMX发送 发送包越短，发送的越快，代表对设备的刷新率越高
void DMX_Send(uint16_t package_len)
{
package_len = package_len > 513 ? 513 : package_len;
package_len = package_len < 1 ? 1 : package_len;
//起始信号
MU_DMX_Change_Mode(DMX_SEND_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);
delay_us(88*2);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);
delay_us(12*2);
//发送包
MU_DMX_Change_Mode(DMX_SEND_DATA);
#ifdef DMX512_ZHAN
for(int i = 0; i < package_len; i++)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1,&dmx_send_buf[i],1,HAL_MAX_DELAY);
//延时产生占
delay_us(DMX512_ZHAN);
}
//发送完切换回接收模式
MU_DMX_Change_Mode(DMX_RECV_DATA);
#else
HAL_UART_Transmit(&huart1,&dmx_send_buf[0],1,HAL_MAX_DELAY);
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,dmx_send_buf+1,package_len-1);
//再DMA发送完成中断回调里切换为接收模式
#endif
}
测试了100us的占可以看到波形如下，图中低电平就是数据帧的起始位和数据0，高电平就是数据帧的停止位和占，没有问题。
四、数据包接收
按照协议的标准进行接收就需要注意不能使用空闲中断来进行接收，因为每帧之间的占就可能会进入空闲中断导致数据包接收不完整。那既然这样就会有人问为什么不一次接收512个，接收完就代表接收到一个数据包呢？
这样肯定是不行的，因为协议没有规定每个数据包的长度固定是512。如果按512接收就可能会导致两个包的数据混合到一起。那可不可以逐个接收呢？
也是不行的dmx512控制器英文说明书，因为逐个接收无法区分每个数据包，而且起始信号也会被串口接收到然后被串口识别为错误帧。想要不定长的接收每个数据包只能通过起始信号来区分每个数据包。那么怎么配置才能让串口识别的起始信号呢？
排除所有方法就只剩一种方法就是用串口BREAK中断进行接收，的起始信号会被串口识别为断开帧，具体的解释看兼容DMX及RDM协议的数据包接收方式 & 串口BREAK中断，这里给出代码
//DMX
void USART1_IRQHandler(void)
{
//如果使能了空闲中断
if(huart1.Instance->CR1 & USART_CR1_IDLEIE)
HAL_UART_ReceiveIdleCallback(&huart1);
if(huart1.Instance->CR2 & USART_CR2_LBDIE)
HAL_UART_BreakCallback(&huart1);
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1,USART_SR_LBD);
}
//DMX RX
void DMA1_Channel2_IRQHandler(void)
{
HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_usart1_rx);
}//串口BREAK中断
//DMX包处理
void HAL_UART_BreakCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if(huart->Instance == USART1)
{
if(huart->Instance->SR & USART_SR_LBD)
{
//清除标志位
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1,USART_SR_LBD);
//关闭空闲中断
__HAL_UART_DISABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);
//读取DMA
HAL_UART_DMAStop(huart);
rx_buf.index += RX_BUF_MAX - (__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx));
//如果是DMX包则结包
if(rx_buf.buf[0] == 0x00 && rx_buf.index > 1)
{
//提取包到二级缓冲区
memcpy((void *)dmx_package_buf,(void *)&rx_buf.buf,rx_buf.index);
dmx_package_ne = 1;
}
//开启接收下一个包的包头
//接收起始位
rx_buf.index = 0;
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,rx_buf.buf,1);
}
}
}
//串口接收完成中断
//配置成DMA接收则是DMA接收完成中断
//只有接收包头会进入中断，其他情况不会让DMA接收完成
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if(huart->Instance == USART1)
{
//如果是RDM包
if(rx_buf.buf[0] == 0xCC)
{
//开启空闲中断
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart);
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);
}
//升级包
else if(rx_buf.buf[0] == 0x91 || rx_buf.buf[0] == 0x92 || rx_buf.buf[0] == 0xAA || rx_buf.buf[0] == 0xFF)
{
//复位进入BootLoader处理
//软件复位
__HAL_RCC_CLEAR_RESET_FLAGS();
HAL_NVIC_SystemReset();
}
else if(rx_buf.buf[0] == 0x00)
{
//...
}
//开始接收包
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buf.buf,RX_BUF_MAX);
}
}
五、数据包解析
上面的接收代码会将一个完整的DMX包接收到二级缓冲区 中，并置位 ，接下来就可以对数据包进行解析
uint8_t dmx_package_buf[520] = {0};
uint8_t dmx_package_ne = 0;这里直接给出数据包解析函数，主要就是根据本设备的DMX基地址和占据通道数取出包中对自己有用的数据。
typedef struct dmx_package_prase_t
{
uint8_t* channel; //通道数据
uint8_t channel_num; //通道数
}dmx_package_prase_t;//DMX解包
static dmx_package_prase_t DMX_Package_Prase(void)
{
dmx_package_prase_t package_prase;
//用于确定包长
int i = 0;
//定位包头,可有可无，加上代码会更健壮一点
for(i = 0; i < 520; i++)
{
if(dmx_package_buf[i] == 0x00)
break;
}
if(i == 520)
{
package_prase.channel = NULL;
return package_prase;
}
package_prase.channel = (uint8_t *)malloc(device_info.info.dmx_channel);
//基地址
uint16_t index = i+device_info.info.dmx_start_addr;
for(int j = 0; j < device_info.info.dmx_channel; j++)
{
package_prase.channel[j] = dmx_package_buf[index+j];
}
package_prase.channel_num = device_info.info.dmx_channel;
//需要在外部释放空间
return package_prase;
}然后得到有用的数据之后就使用这些数据，使用完后把数据占用的空间释放掉即可，这里给出示例代码，是我正在开发的一个电脑灯的产品。
uint8_t DMX_Unpack_And_Set(void)
{
if(dmx_package_ne == 0)
return 0;
dmx_package_prase_t package;
package = DMX_Package_Prase();
if(package.channel != NULL)
{
//X
run_parameters.manual_value[0] = package.channel[0];
//Y
run_parameters.manual_value[1] = package.channel[1];
//X细调
run_parameters.manual_value[11] = package.channel[2];
//Y细调
run_parameters.manual_value[12] = package.channel[3];
//XY速度
run_parameters.manual_value[13] = package.channel[4];
//雾镜
run_parameters.manual_value[5] = package.channel[5];
//频闪
run_parameters.manual_value[8] = package.channel[6];
//调光
run_parameters.manual_value[2] = package.channel[7];
#ifdef DIMMING
MU_Set_Lamp(package.channel[7]);
#else
if(package.channel[7] >= 5)
Lamp_ON();
else
Lamp_OFF();
#endif
//色盘 = package.channel[7]
run_parameters.manual_value[2] = package.channel[8];
//色盘控制方式
run_parameters.adv_set[2] = package.channel[9]/86+1;
//图案
run_parameters.manual_value[3] = package.channel[10];
//图案控制方式
run_parameters.adv_set[3] = package.channel[11]/86+1;
//调焦
run_parameters.manual_value[4] = package.channel[12];
//棱镜1
run_parameters.manual_value[9] = package.channel[13];
//棱镜1自转
run_parameters.manual_value[14] = package.channel[14];
//棱镜2
run_parameters.manual_value[10] = package.channel[15];
//棱镜2旋转
run_parameters.manual_value[15] = package.channel[16];
//复位
if(package.channel[17] >= 250)
{
InnerCmd_Reset();
//复位执行
APP_Reset();
}
//补充剩下的通道
if(package.channel_num == 20)
{
//...
}
//发送数据
InnerCmd_Run_Paremeters();
free(package.channel);
//解析完DMX包
dmx_package_ne = 0;
return 1;
}
return 0;
}总结
到此为止，协议的基本用法，和发送接收函数已经介绍完了。是不是看完蒙蒙的，没事，上手练练就会发现协议也不过如此。
