Стандарт EIA485 определяет, что соединение между передающим и принимающим устройствами осуществляется с помощью двух или трех проводов: провод с данными, провод с инвертированными данными и, часто, нулевой провод (земля, 0 В). Два провода с данными представляют собой витую пару, которая заключена в металлический экран, который представляет собой нулевой провод. Использование такого кабеля позволяет уменьшить влияние помех и шумов.

Данные по линии пересылаются в виде последовательности импульсов высокого и низкого уровня. Считается, что по линии передается импульс высокого уровня в том случае, когда провод с данными находится под положительным потенциалом относительно провода с инвертированными данными. Аналогично считается, что по линии передается импульс низкого уровня в том случае, когда провод с данными находится под отрицательным потенциалом относительно провода с инвертированными данными. В некоторых системах нулевой провод используется только в качестве экрана и не подключается к схеме принимающего устройства (см. раздел «Изоляция сети»).

Метод передачи, при котором по одному проводу пересылается нормальный сигнал, а по другому - инвертированный, называется балансированной передачей. Для декодирования сигнала принимающее устройство оценивает разность потенциалов между этими двумя проводами. Любое внешнее воздействие на кабель (электромагнитное и т.п.) будет в одинаковой мере влиять на оба провода, а следовательно будет игнорироваться принимающим устройством.

Два провода, по которым производится передача сигнала, скручены в витую пару для того, чтобы гарантировать, что влияние внешних возмущений в одинаковой мере скажется на обоих проводах. Использование витой пары для ослабления влияния помех является более эффективным, чем применение экрана. По этой причине, не рекомендуется использовать кабель, в котором два нескрученных провода находятся в экране. Такие кабели обычно используются для бытовой и аудио-аппаратуры.

Уровни напряжений в соответствии со стандартом EIA485.
Согласно стандарта EIA485 принимающее устройство должно определять разность потенциалов между двумя проводами с данными порядка 200 милливольт (200 мВ, 0.2 В). Это позволяет принимающему устройству корректно функционировать даже в том случае, когда на линии передачи сигнала имеет место большое падение напряжения.

Обратите внимание на то, что устройства, использующие оптическую изоляцию DOL, могут не отвечать этим требованиям. Светодиод, расположенный внутри изолятора, обычно требует для своей нормальной работы напряжения порядка 1 В. Это является еще одной причиной, по которой устройства DOL вызывают проблемы в сети и не рекомендуются для использования.

Диаграмма сигнала, передаваемого по кабелю EIA485
Стандарт EIA485 также допускает, что оба провода с данными могут находиться под общим потенциалом смещения относительно нулевого (заземляющего) провода. Потенциал смещения должен находиться в пределах от +12 В до -7 В. Это означает, что нулевые точки передающего и принимающего устройств могут не соединяться непосредственно друг с другом в том случае, если разность потенциалов между ними постоянна и лежит в диапазоне от +12 В до -7 В.
Минимум Максимум
Логический
уровень Данные + Данные - Данные + Данные -
0 -7 В -6.8 В +11.8 В +12 В
1 -6.8 В -7 В +12 В +11.8 В

Обратите внимание на то, что не допускается для одной линии иметь потенциал смещения +2.5 В, а потенциал смещения для другой линии изменять в пределах от 0 В до +5 В. Стандарт EIA485 требует, чтобы изменение разности потенциалов между нулевыми точками устройств не превышало 200 мВ.

Максимально допустимые отклонения напряжений по стандарту EIA485 (измерения проводятся между любым из проводов с данными и экраном - штырек 1).

Рисунок

Если потенциал смещения проводов с данными выходит за указанные пределы, это может привести к повреждению электронной части принимающего и передающего устройств.

Биты и байты.

Стандарт EIA485 (RS485) описывает физические уровни, но не сами сигналы и их назначение. Стандарт DMX512 детально описывает все используемые сигналы, оставляя, тем не менее, возможность для маневрирования. Эта гибкость позволяет для различных нужд и различных бюджетов находить приемлемые решения. Например, стандарт не требует, чтобы происходила передача информации о всех 512 каналах. Если можно обойтись меньшим числом каналов, то стандарт разрешает уменьшать номер последнего канала в посылке.

Основой любого протокола обмена данными является набор кодов. Каждый код является уникальной комбинацией импульсов высокого и низкого уровня, которые мы будем называть битами. Передача битов производится через определенные, ранее заданные временные интервалы, которые для стандарта DMX512 составляют 4 микросекунды (4 мкс). В стандарте DMX512 каждый код имеет длину 8 бит и называется байтом. 8 битов позволяют задать 256 различных комбинаций или кодов, что в свою очередь позволяет производить выбор 256 уровней каналов - от 0 до максимума (255). Прилагается таблица (в формате PDF размером 55 кВ), которая облегчает преобразования кодов.

В дополнение к битам, которые образуют байт, необходимо маркировать начало и конец байта для того, чтобы принимающее устройство синхронно принимало сигнал. С этой целью к байту добавляется еще 3 бита. Один стартовый бит низкого уровня и два завершающих бита (стоп-бита) высокого уровня.

В том случае, когда по линии не производится передача информации, ее уровень находится в высоком состоянии. При получении стартового бита низкого уровня принимающее устройство начинает считывать следующие за ним 8 битов с интервалами в 4 мкс. После этого принимающее устройство полагает, что линия переходит в состояние высокого уровня на период, равный 8 мкс (два стоп-бита). Затем линия может или оставаться в состоянии высокого уровня (нет передачи данных), или перейти в состояние низкого уровня, что означает, что новый стартовый бит предваряет передачу нового байта.

Таким образом, для передачи каждого байта необходимо 11 бит. На саму передачу потребуется 4 мкс х 11 = 44 мкс на один байт. Комплект из 11 битов будем называть фреймом.

Биты данных

Если бы передача битов по линии DMX512 происходила бы непрерывно (т.е. без пауз между отдельными фреймами), за одну секунду можно было бы передать 250000 бит, при условии, что на передачу одного бита требуется 4 мкс. Полученная величина характеризует скорость передачи по линии DMX512. Обычно говорят, что скорость передачи по линии DMX512 составляет 250k бод. (1 бод = 1 бит в секунду - для последовательной передачи данных).

Тем не менее DMX512 является асинхронным протоколом. Это означает, что любой фрейм может быть послан в любой момент, когда линия не занята. В действительности большинство консолей или регулярно, или время от времени вставляют паузы между фреймами. Обычно это происходит из-за того, что консоль перегружена вычислениями и не может вставить новый фрейм сразу после окончания предыдущего.

Пакет DMX512.

Протокол DMX512 поддерживает до 512 каналов, информация о состоянии которых выводится последовательно, начиная с канала 1 и заканчивая каналом с максимально возможным для данной консоли номером (этот номер может быть меньше 512). Стандарт DMX512 не позволяет производить передачу информации о более чем 512 каналах несмотря на то, что технически возможно и большее число. Некоторые типы конвертеров «аналоговый сигнал - DMX» могут соединяться вместе до тех пор, пока общее количество передаваемых каналов не превысит 512.

Использование более 512 каналов на линии DMX512 не соответствует стандарту USITT и может привести к возникновению проблем на некоторых принимающих устройствах.

Консоли, которые обеспечивают работу с более чем 512 каналами, обычно имеют два или более выходных разъема DMX512 (см. подраздел «Смещение адреса при использовании нескольких линий DMX512»). Каналы DMX512 не следует путать с каналами консоли или каналами диммеров. При использовании функции перекоммутации один канал консоли может управлять несколькими каналами DMX512. Может быть и такой случай, когда канал консоли не управляет ни одним каналом DMX512. В свою очередь каналы DMX512 могут подключаться к одному или нескольким диммерам, либо не подключаться ни к одному из диммеров вообще.

Для того, чтобы принимающее устройство могло выделить канал 1 в посылке, в линии формируется специальный импульс break. (Вспомните, что все 256 возможных кодов используются для передачи информации об уровнях каналов). Сигнал break представляет собой импульс низкого уровня длительностью не менее 88 мкс (88 мкс - это длительность двух фреймов, т.е. двух полных байтов вместе с их стартовыми битами и стоп-битами). Наличие такого импульса говорит о том, что следующая за ним информация представляет собой новый пакет данных по уровням каналов.

По окончании импульса break линия на некоторое время переходит в состояние высокого уровня. Это импульс высокого уровня называется меткой после сигнала break (Mark-After-Break или MaB) (см. раздел «Настройка длительностей сигналов»). После импульса MaB посылается специальный код. Стандарт DMX512 называет этот первый байт, посылаемый после сигнала break, стартовым кодом. Этот термин будет далее использоваться во всем описании. В том случае, когда после стартового кода будет производиться передача информации об уровнях диммеров, значение этого байта будет нулевым. Итак, нулевой стартовый байт означает, что передаваемые далее байты являются 8-ми битной информацией об уровнях диммеров. Стартовый код называют также стартовым байтом, байтом заголовка, заголовком пакета, байтом режима или байтом типа.

Пакет DMX512

Остальные 255 возможных стартовых кодов не определяются стандартом DMX512, хотя некоторые из них являются зарезервированными. В некоторых устройствах пакет с ненулевым стартовым кодом используется для пересылки дополнительной информации, которая является уникальной для данного устройства. Дальнейшее расширение протокола DMX512 приведет скорее всего к тому, что пакеты с ненулевым стартовым кодом будут использоваться для пересылки информации о возникающих ошибках, для обратной связи или для передачи информации не только об уровнях каналов. Совместимость этих систем с ранее разработанными гарантирована благодаря тому, что нулевой стартовый код всегда будет означать, что в пакете передается информация об уровнях каналов в формате 8 бит на канал.

Первоначально стандарт DMX512 был разработан для управления диммерами, однако в дальнейшем он стал применяться для управления интеллектуальными прожекторами, сканерами и т.п. Несмотря на то, что эти устройства не являются диммерами в прямом смысле этого слова, очень удобно управлять ими со стандартной консоли.

Все существующие в настоящее время устройства DMX512 работают с нулевым стартовым кодом. Однако не все устройства производят проверку этого стартового кода. Некоторые простейшие устройства просто пропускают этот код, полагая его равным нулю и не производят проверки правильности такого предположения.

Устройства, которые не производят проверки стартового кода на ноль, могут быть причиной проблем при работе с консолями, которые генерируют и другие стартовые коды. Кроме того, такого рода устройства вряд ли останутся совместимыми с расширением стандарта DMX512 в будущем.

Частота обновления информации.

Частота обновления информации показывает количество пакетов, посылаемых в 1 секунду. Так как стандарт DMX512 разрешает наличие пауз между фреймами и определяет только минимальную длительность сигнала break, то для различных консолей частота обновления информации может сильно различаться. Максимальная частота обновления информации также зависит от числа посылаемых каналов.
Расчет минимальной длительности пакета из 512 каналов.
Название Количество Длительность Общая длительность
Break 1 88 мкс 88 мкс
MaB 1 * 8 мкс 8 мкс
Стартовый код 1 44 мкс 44 мкс
Байты данных 512 44 мкс 22528 мкс
Всего 22668 мкс
* Версия стандарта DMX512 за 1986 год позволяет для импульса MaB
использовать длительность 4 мкс. Пересмотренная версия DMX512 (1990)
требует, чтобы она была не менее 8 мкс.

Таким образом, в том случае, если происходит передача информации о всех 512 каналах, частота обновления информации не может превышать 44.115 Гц. Это число показывает, сколько пакетов посылается в 1 секунду. Это не значит, что каждый посылаемый пакет содержит новую информацию. Если консоль медленно вычисляет переходные процессы и изменения уровней каналов, то она может посылать одинаковую информацию в нескольких пакетах, пока происходит расчет новых уровней.

Теоретически пакет может состоять только из одного канала. Если повторить для такого пакета расчеты, аналогичные приведенным выше, то мы получим, что длительность пакета в этом случае составит 184 мкс, а частота обновления информации - 5.434 кГц. Это наибольшая частота обновления информации, которая может быть получена с использованием стандарта DMX512. Максимальная частота для типичной консоли на 24 канала составит 836 Гц при длительности пакета 1196 мкс.
Расчет минимальной длительности пакета из 24 каналов.
Название Количество Длительность Общая длительность
Break 1 88 мкс 88 мкс
MaB 1 8 мкс 8 мкс
Стартовый код 1 44 мкс 44 мкс
Байты данных 24 44 мкс 1056 мкс
Всего 1196 мкс

Число 1196 мкс в последнем случае является минимально допустимой длительностью пакета DMX512 (для любого количества каналов).

Все эти вычисления были проведены в соответствии с требованиями стандарта DMX512 (1990). На практике небольшие консоли обычно увеличивают длительность пакета, т.к. используют более длинные паузы между фреймами, а также более длинные импульсы break и MaB (см. раздел«Настройка длительностей сигналов »).

Хотя длительность в 1196 мкс является минимальной допустимой длительностью пакета и соответствует 24 каналам при передаче информации с максимальной скоростью, нет никакого ограничения на уменьшение количества каналов. Это означает, что пакет из 6 каналов, имеющий такую же длительность (1196 мкс), отвечает требованиям стандарта. Получить такой пакет возможно, вставив между фреймами паузы необходимой длительности.

В том случае, когда пакет намеренно растягивается таким способом, для того, чтобы искусственно уменьшить частоту обновления информации, его удлинение должно происходить за счет увеличения длительности пауз между фреймами, интервалов MaB или паузы между пакетами. Не рекомендуется изменять длительность импульса break.

Настройка длительностей сигналов.

Некоторые консоли, а также ряд других устройств, передающих сигнал DMX512, позволяют пользователю проводить настройку длительности отдельных импульсов или выбирать эту длительность из ряда заранее заданных значений. Эта возможность оказывается весьма полезной в том случае, когда в линию включены устройства, которые не полностью удовлетворяют требованиям стандарта DMX512 и не могут принимать сигнал DMX512 с максимально возможной скоростью. Это являлось большой проблемой для целого ряда устаревших устройств: диммеров, сканеров, интеллектуальных прожекторов и т.п.

Появление проблем обычно связано с неадекватным тестированием устройства при проверке всего диапазона длительностей импульсов, соответствующих стандарту DMX512. На заре возникновения стандарта DMX512 очень немногие консоли могли передавать сигнал DMX512 с максимально возможной скоростью. Поэтому принимающие устройства, которые были сконструированы в то время, работали прекрасно. Однако, с появлением быстродействующих процессоров ситуация изменилась. Теперь многие современные устройства могут производить передачу информации на максимальной скорости или скорости, близкой к ней. Из-за этого у пользователей устаревших принимающих устройств возникают проблемы.

Обычно, если новая консоль не управляет системой DMX должным образом, пользователь склонен видеть в ней главную причину проблемы. На самом же деле причина редко кроется в консоли.

Следует еще раз подчеркнуть, что любое устройство, которое построено в строгом соответствии со стандартом DMX512, является полностью совместимым с любым другим устройством DMX512. Это является основным преимуществом и главным тестом стандарта.

Далее в этой главе приводятся некоторые советы по настройке временных интервалов при работе с «норовистыми» устаревшими устройствами.

Настройка длительности импульса break.

Длительность импульса break является критической для некоторых устройств. Несмотря на то, что стандартом DMX512 не определяется максимальная длительность импульса break, некоторые устройства являются очень чувствительными к этой длительности и работают со сбоями, если она слишком велика. Длительность импульса break в пределах от 100 мкс до 200 мкс помогает решить эту проблему.

Некоторые устройства измеряют длительность импульса break с помощью таймерной схемы и проверяют, превышает ли она 88 мкс. Если передающее устройство посылает сигнал break длительностью ровно 88 мкс, то из-за различных искажений и погрешностей принимающее устройство может решить, как что длительность сигнала break была больше 88 мкс, так и что она была меньше 88 мкс. В том случае, если принимающее устройство решит, что длительность импульса break была больше 88 мкс (или равна 88 мкс), то пришедший пакет будет принят как верный. Если же устройство решит, что длительность импульса break была меньше 88 мкс, то пришедший пакет будет отброшен как ошибочный. Поэтому передающее устройство всегда должно быть настроено таким образом, чтобы длительность импульса break была больше 88 мкс (например, 100 мкс).

Некоторые другие устройства распознают импульс break длительностью всего 38 мкс. Это происходит потому, что схема UART в этих устройствах выделяет в посылке стартовый байт без последнего стоп-бита и интерпретирует его как импульс break. Это, однако, не должно приводить к проблемам, т.к. все устройства, отвечающие стандарту DMX512, генерируют два стоп-бита.

Все устройства, отвечающие стандарту DMX512 должны определять импульс break длительностью 88 мкс или больше.

Настройка длительности импульса MaB.

Импульс MaB, определенный в стандарте DMX512, является в настоящее время источником проблем для производителей оборудования DMX512. В первом варианте стандарта минимальная длительность импульса MaB была установлена равной 4 мкс. Для медленных принимающих устройств этого времени иногда было не достаточно для того, чтобы перейти от приема импульса break к приему стартового кода. Поэтому очень часто такие устройства запаздывали и принимали второй байт (соответствующий первому каналу) в посылке за стартовый код. Если для первого диммера был установлен нулевой уровень, то такое устройство полагало, что это нулевой стартовый код и принимало следующие за ним байты как уровни каналов. Однако при этом уже возникало смещение на один канал. Так как описанное явление то возникало, то пропадало в зависимости от загруженности принимающего устройства, это приводило к тому, что происходило перемешивание уровней соседних каналов. Если наблюдается подобный эффект и у вас есть возможность настройки длительности интервала MaB, то рекомендуется установить ее порядка 44 мкс.

В пересмотренной версии стандарта DMX512 (1990) минимальная длительность импульса MaB установлена равной 8 мкс, что в некоторых случаях устраняет описанные выше проблемы.

Любое устройство, соответствующее стандарту DMX512 (1990), должно определять интервал MaB длительностью 8 мкс и более.

Рисунок

Период фреймов и пауза между фреймами.

Периодом фрейма (inter-frame time) называется временной интервал от начала одного фрейма до начала следующего. Его минимально возможная величина равна 44 мкс.

Паузой между фреймами называется временной интервал между концом одного фрейма (концом второго стоп-бита) и началом следующего фрейма (началом стартового бита). Его минимально возможная величина равна 0.

ФреймыМаксимально возможная длительность паузы между фреймами равна 1 секунде. Если она превысит это значение, считается, что произошел сбой на линии в передаче сигнала.

Большинство консолей посылают данные с частотой меньшей, чем максимальная частота обновления информации, особенно в том случае, когда эти консоли одновременно с передачей сигнала выполняют сложные вычисления. Тем не менее, некоторые консоли способны работать с максимальной частотой как в отдельные периоды времени (когда консоль не сильно загружена), так и непрерывно (если в консоли используется быстродействующий процессор). Это может приводить к возникновению проблем с отдельными принимающими устройствами.

Если устройство не в состоянии принимать сигнал с определенной скоростью, то оно может время от времени пропускать канал во входном пакете. При этом каналы, идущие за пропущенным каналом, сдвигаются на один. Если подобный пропуск каналов происходит несколько раз за время приема одного пакета, то результирующий сдвиг для каналов с большими порядковыми номерами может оказаться очень значительным.

Если у вас наблюдается подобный эффект, то рекомендуется установить период фреймов в диапазоне от 55 мкс до 60 мкс. В большинстве случаев это приводит к решению проблемы, не оказывая особого влияния на частоту обновления информации. Если пакет содержит все 512 каналов, а период фреймов выбран равным 60 мкс, то частота обновления информации составит примерно 32 Гц.

Период пакета.

Период пакета (длительность между двумя последовательными сигналами break) (break-to-break time) является еще одним термином, который описывает скорость обновления информации как длительность временного интервала между началом одного пакета и началом следующего. Частота обновления информации является величиной, обратной периоду пакета.

Минимальный период пакета равен минимально допустимой длительности пакета (1196 мкс). Максимально допустимый период пакета равен 1 секунде.

Потеря данных.

Стандарт DMX512 требует, чтобы устройства сохраняли информацию о последних полученных уровнях в течение 1 секунды на случай потери данных или сбоя на линии.

Стандарт не определяет, что должно произойти дальше. Некоторые устройства могут сохранять последний полученный уровень неопределенно долгое время, некоторые мгновенно установят нулевой уровень, а некоторые имеют дополнительную возможность перехода в «безопасное» состояние. В последнем случае после отсутствия сигнала более чем 1 секунду устройство установит уровни своих каналов в соответствии со значениями, предварительно заданными пользователем. Более того, отдельные устройства дают возможность задавать длительность переходного процесса от последнего принятого уровня до «безопасного» состояния или нулевого уровня.

Некоторые диммеры используют в своей работе частоту обновления информации как тактовую частоту для внутренних схем. Такие диммеры имеют неустойчивое поведение в том случае, когда сигнал DMX512 отсутствует в течение длительного периода времени. Некоторые из них при этом переходят в состояние максимального выходного сигнала. При работе с такими диммерами следует соблюдать осторожность и включать их только после подачи сигнала DMX512, а выключать - до выключения сигнала DMX512.

Сводная таблица ограничений на длительность временных интервалов в стандарте DMX512.

В приведенной ниже таблице сведены все ограничения на длительность различных импульсов и участков пакета DMX512.
Min Max
break 88 мкс *
интервал МаВ 8 мкс ** *
период фреймов 44 мкс *
пауза между фреймами 0 мкс *
пауза после последнего канала
(перед сигналом break) 8 мкс *** *
Период пакета (24 канала) 1196 мкс *
Период пакета (512 каналов) 22668 мкс *
Частота обновления
информации (24 канала) 1 Гц 836 Гц
Частота обновления
информации (512 каналов) 1 Гц 44 Гц
* - возможна любая длительность сигнала, но такая,
при которой период времени между пакетами не будет
превышать 1 секунду
** - 4 мкс для первоначального варианта стандарта (1986),
8 мкс для пересмотренного варианта (1990)
*** - 8 мкс для двух стоп-битов из последнего фрейма (для канала с максимальным номером). Сигнал break может начинаться сразу же по окончании второго стоп бита.

Приложение

* Таблица положений DIP переключателей, соответствующих различным каналам DMX512 с номерами от 1 до 512 (не от 0 до 511) при использовании нумерации с базовым нулем (в формате PDF размером 100 кВ ).
* Таблица соответствий между последовательной нумерацией каналов DMX512 и нумерацией каналов с использованием номеров DMX областей и каналов от 1 до 512. (в формате PDF размером 90 кВ).
* Таблица, которая облегчает двоичные/ десятичные/ шестнадцатиричные преобразования (в формате PDF размером 55 кВ).

Таблица типов кабелей
Type: Pairs: ZW: Jacket: AWG Use: Temp:
Belden cables:
1162A 1 100 PVC 20 UL2498 80
1215A 2 150 PVC 26 IBM type 6 office cable 75
1269A 2 100 PTFE 22 (solid) High temp, Plenum cable 200
8102 2 100 PVC 24 UL2919 80
8132 2 120 PVC 28 UL2919 80
8162 2 100 PVC 24 UL2493 60
8227 1 100 PVC 20 UL2498 80
82729 2 100 PTFE 24 High temp, Plenum cable 200
88102 2 100 PTFE 24 High temp, Plenum cable 200
89182 1 150 PTFE 22 High temp, Plenum cable 200
89207 1 100 PTFE 20 High temp, Plenum cable 200
89696 2 100 PTFE 22 High temp, Plenum cable 200
89729 2 100 PTFE 24 High temp, Plenum cable 200
89855 2 100 PTFE 22 High temp, Plenum cable 200
9182 1 150 PVC 22 UL2668 60
9207 1 100 PVC 20 Flame-proof 75
9271 1 124 PVC 25 UL2092 60
9729 2 100 PVC 24 UL2493 60
9804 2 100 PVC 28 UL2960 60
9829 2 100 PVC 24 UL2919 80
9841 1 120 PVC 24 UL2919 80
9842 2 120 PVC 24 UL2919 80
Proplex cables:
PC222P 1 110 Polyurethane 22 Heavy duty and portable 105
PC222T 1 110 PVC 22 UL2464 105
PC224P 2 110 Polyurethane 22 Heavy duty and portable 105
PC224T 2 110 PVC 22 UL2464 105
PC226T 3 110 PVC 22 UL2464
Alpha cables:
9109 1 100 FEP 20 High temp 150
9816 1 95 PVC 18 Large diameter 80
9817 1 100 PVC 20 UL2498 80
9818 1 100 PVC 20 UL2498 80
9818D 1 100 Polyurethane 20 Direct burial 80
9821 1 124 PVC 25 UL2092 80
9823 1 150 PVC 22 UL2772 80