Der Standard zur Übertragung nach DMX-512
(Digital Multiplex für 512 Kreise)
wurde durch das USITT (United States Institute for Theatre Technology) beschrieben und liegt derzeit in der letztgültigen Fassung vom August 1990 vor. Geräte, die dieser Norm entsprechen, dürfen mit der Bezeichnung "DMX-512/1990" oder "USITT DMX-512/1990" versehen werden. Der Übertragungsstandard nach DMX-512 lehnt sich an den Standard RS-485 an, der die elektrische Schnittstelle beschreibt.
Wichtig: Das Übertragungsprotokoll liegt als deutsche Norm unter der Bezeichnung DIN 56930 vor. Das Dokument basiert auf der amerikanischen Fassung des USITT und definiert einen zusätzlichen Eingangsschutz. Geräte, die der aktuellen DIN-Fassung entsprechen, dürfen mit der Bezeichnung "DMX-512/DIN" versehen werden.
Inhalt:
Designregeln für den Geräteentwickler
Benutzungsregeln für den Anwender
Im Ruhezustand liegt die Datenleitung auf hohem Potential (MARK). Der aktive Pegel ist Low (BREAK, SPACE); die Begriffe MARK, SPACE und BREAK entstammen der Terminologie serieller Schnittstellen. Die Übertragung beginnt mit einem BREAK, der mindestens 88 us Dauer aufweisen soll (2 Framezeiten). Dieser Break wird als RESET- Signal interpretiert. Alle angeschlossenen Geräte (Empfänger) müssen auf einen RESET reagieren; ein RESET beendet in jedem Falle eine laufende auch eine nicht abgeschlossene- Übertragung.
Der RESET wird von einem MARK gefolgt, der den Beginn der Datenübertragung signalisiert. Dieser MARK soll eine feste Länge von 8 us nicht unterschreiten. Alle Empfänger müssen in der Lage sein, einen 8 us MARK-nach-BREAK zu erkennen und auszuwerten. Empfänger, die darüberhinaus auch in der Lage sind, einen 4 us MARK-nach-BREAK (gemäß DMX-512 Standard von 1986) erkennen und auswerten zu können, dürfen mit der Bezeichnung "DMX-512/1990 (4us)" bzw. "DMX-512/DIN (4us)"gekennzeichnet werden.
Im Anschluß hieran werden n+1 Datenbytes gesendet, die die Daten für n Kanäle enthalten. Jedes Byte wird von einem Startbit (SPACE) eingeleitet und mit zwei Stopbits (MARK) beendet; das Übertragungsformat ist also 8N2. Man beachte jedoch, daß eine zu sendende 0 als BREAK, eine zu sendende 1 als MARK gesendet wird. Das erste gesendete Byte wird als Startbyte bezeichnet und hat den festen Wert Null (00h). Um zukünftigen Erweiterungen Rechnung tragen zu können, sind auch von Null verschiedene Startbytes möglich; für Dimmersteuerung ist hingegen Startbyte 0 definiert. Angeschlossene Dimmer müssen also alle nachfolgenden Daten ignorieren, wenn ein anderes Startbyte als Null gesendet wird.
Jede DMX-512-Verbindung unterstützt bis zu 512 Dimmer; eine Mindestzahl ist nicht vorgegeben. Nachdem der letzte gewünschte Wert gesendet wurde, kann die Übertragung abbrechen und die Datenleitung verbleibt auf Ruhepegel (MARK). Mit einem nachfolgenden RESET wird eine neue Übertragung eingeleitet. Zwei aufeinanderfolgende Übertragungen sollen nicht enger als 1196 us (von Anfang BREAK bis Anfang des folgenden BREAK) aufeinander folgen.
Daten
Die Datenübertragungsrate beträgt 250 kBit/s. Daraus ergibt sich eine Bitzeit von 4 us, entsprechend 44 us pro Datenwort. Die Gesamtübertragungsdauer für 512 Kanäle ergibt sich im besten Falle zu (88+8+44+512*44) = 22668 us. Daraus ergibt sich eine maximale Refresh-Rate von 44,1 Hz
Nr.Signalname Min. Typ. Max. Einheit 1RESET 88 88 us2MARK zw. RESET und Startbyte 8 - 1 s us3Frame-Zeit 43,12 44,0 44,48 us4Startbit 3,92 4,0 4,08 us5LSB (niederwertigstes Datenbit) 3,92 4,0 4,08 us6MSB (höchstwertigstes Datenbit) 3,92 4,0 4,08 us7Stoppbit 3,92 4,0 4,08 us8MARK zwischen Frames (Interdigit) 0 0 1,00 s9MARK zwischen Paketen 0 0 1,00 s
Vorteile: Die Verwendung der DMX-512-Übertragung ermöglicht eine besonders einfache Verkabelung, da alle Empfänger an nur eine einzige Leitung angeschlossen werden. Von Vorteil ist auch die freie Adressierbarkeit der Empfänger.
Nachteile: Die Refreshrate ist bei Betrieb mit allen 512 Empfängeradressen mit weniger als 50 Hz sehr gering, sodaß in Praxis ein Betrieb mit weniger Adressen sinnvoll ist. Die Auflösung ist mit 8 Bit auf 0,4% beschränkt. Eine galvanische Trennung zum Sender wird durch die Norm nicht vorgesehen.
Zusätze: Eine DMX-Verbindung erlaubt den Anschluß von bis zu 32 Geräten an einen Sender. Jeder Empfänger darf eine beliebige Zahl von Adressen auswerten. Bei Betrieb mit langen Leitungen oder bei Hintereinanderschaltung vieler Empfänger können sich am entfernten Ende Reflexionen bilden, die die Übertragung beeinträchtigen können. Das letzte Gerät in der Kette sollte daher mit einem Abschlußwiderstand (optimaler Wert: 120 Ohm) versehen werden (siehe Kapitel "Datenübertragung nach RS-485").
Steckverbinder: Wenn Steckverbinder verwendet werden, sind 5-polige AXR-Steckverbinder (XLR-Stecker) zu verwenden. Controller und DMX-Sender sollen female-Steckverbindungen benutzen, empfangende Geräte (Dimmer) sollen male-Steckverbinder benutzen. Auch wenn die Reservepins für eine zweite Verbindung benutzt werden, soll diese Zuordnung beibehalten werden. Nicht genormt, aber vielfach eingesetzt wird auch die 3-polige AXR (XLR)-Verbindung, da dies die Benutzung vorhandener Leitungen vereinfacht (zu den Qualitätsanforderungen an die verwendeten Leitungen siehe den nachfolgenden Abschnitt) und 3-polige XLR Stecker billiger sind als 5-polige. Insbesondere Hersteller von Billiggeräten sehen hier schon mal großzügig über die Normvorschriften hinweg. Geräte mit anderen als 5-poligen XLR-Steckverbindern dürfen jedoch nicht mit der Aufschrift "DMX-512" versehen werden, da sie mit dieser Bestückung der Norm, sowohl der amerikanischen als auch der deutschen, nicht entsprechen.
5-poliger XLR-Steckverbinder
Pin Funktion 1 Masse (Abschirmung)
Pin Funktion 2 DMX-
Pin Funktion 3 DMX+
4 frei, oder 2. Verbindung (2. Link, optional) DMX-
5 frei, oder 2. Verbindung (2. Link, optional) DMX+
3-poliger XLR-Steckverbinder MARTIN !!! NICHT GENORMT !!!
Pin Funktion 1 Masse (Abschirmung)
Pin Funktion 2 DMX+
Pin Funktion 3 DMX-
Kabel:
Obwohl eine dafür geeignete Datenleitung verwendet werden sollte, um eine impedanzmäßig korrekte Anpassung zu gewährleisten (empfohlen wird doppeladrig verdrillte geschirmte Datenleitung, Twinax-Kabel oder Digital-Audio-Leitung nach AES/EBU), genügt in den meisten Fällen eine gute Mikrofonleitung als Übertragungsleitung. (siehe auch -> Datenübertragung nach RS-485). Bitte beachten Sie jedoch, daß selbst gutes Mikrofonkabel meist noch den doppelten Kapazitätsbelag einer guten Datenleitung hat - die verwendbaren Längen sind also bestenfalls halb so groß.
Besonderheiten:
Eine galvanische Trennung zwischen Sender und Empfänger wird durch die Norm nicht berührt. Sofern entsprechende Vorrichtungen installiert werden, ist sicherzustellen, daß die Schnittstelle den Anforderungen gemäß EIA-RS-485 entspricht.
Eine vollständige Beschreibung des DMX-512-Standards ist der Druckschrift "DMX512/1990 Digital Data Transmission Standard for Dimmers and Controllers", herausgegeben durch USITT, zu entnehmen. Diese Druckschrift ist gegen Schutzgebühr beim Verband für Professionelle Licht- und Tontechnik e.V. erhältlich. Dort gibt es ebenfalls eine Broschüre "Recommended Practice for DMX-512", die sich an den Anwender richtet und den Umgang mit DMX-512 Installation und Betrieb schildert (Autor: Adam Bennette, englische Sprache, Schutzgebühr).
Datenübertragung nach RS-485 Datenübertragung zwischen Geräten erweist sich insbesondere dann als schwierig oder gar unmöglich, wenn hohe Leitungslängen gegeben sind und die Umgebung einen hohen Störpegel aufweist. Beide Voraussetzungen sind bei der Bühnenbeleuchtungssteuerung gegeben.
Der EIA RS-485 Standard basiert auf einer Schnittstelle, die ein symmetrisches (differentielles) Übertragungsverfahren benutzt, sich auf die Vorteile von Stromschleifen-Interfaces stützt und die Begrenzungen der bekannten RS-232-Schnittstelle vermeidet. Die Vorteile dieser Schnittstelle sind:
· eine hohe Datenübertragungsrate bis über 10 MBit/s
· eine hohe Leitungslänge- bis zu 1200 m
· eine hohe Störsicherheit durch differentielle Übertragung.
RS-485 ist eine verbesserte Form der RS-422A. Die Anzahl der anschaltbaren Stationen wurde vergrößert, und die RS-485-Schnittstelle ist gegenüber RS-422A multimasterfähig, d.h., mehrere Sender und Empfänger können auf den gemeinsamen Bus zugreifen (Netzwerkbetrieb). Wie bei RS-422A ist auch hier die Leitungslänge nicht begrenzt, liegt aber im praktischen Bereich bei über 1 km. Der effektiv überbrückbare Bereich wird vorzugsweise durch das Kabel und dessen Kabelkapazität selbst begrenzt. Für eine optimale Übertragung ist daher ein entsprechendes Buskabel erste Voraussetzung. Eine Vielzahl von Bussystemen greifen auf die RS-485-Basis zurück; genannt seien z.B. der SCSI-Bus (Small Computer Systems Interface), der Profibus, und der DIN-Meßgerätebus. Auch die Übertragung nach DMX-512 stützt sich auf die Hardwarespezifikation der RS-485, nutzt jedoch deren Multimasterfähigkeit nicht aus.
RS-485 Topologie:
· bis zu 32 Lasteinheiten
· Halbduplex-Übertragung
· Protokoll frei wählbar
Parameter min max Einheit Common Mode Spannung -7 +12 V Eingangsimpedanz Empfänger 12 kOhm Treiber-Last 60 Ohm Treiber-Ausgangskurzschlußstrom - 150 mA gegen GND - 250 mA gegen 12V
Designregeln für den Geräteentwickler: Wenn ein Entwickler ein Gerät baut, das DMX-512-tauglich sein soll, dann muß er die zuvor genannten Punkte und Restriktionen beachten. Sie lassen sich in 7 einfachen Regeln zusammenfassen. Leider wird oft genug gegen einige dieser Regeln verstoßen.
1.Ein Treiber kann bis zu 32 Lasteinheiten treiben. Eine Lasteinheit wird durch typ. einen passiven Treiber und einen Empfänger repräsentiert.
2.Der Leckstrom am Treiberausgang sollte im AUS-Zustand bei jeder Busspannung zwischen -7V und +12V kleiner als 100 uA sein.
3.Der Treiber sollte in der Lage sein, differentielle Ausgangsspannungen zwischen 1,5V und 5V bei Common-Mode-Spannungen von -7V bis +12V zu erzeugen.
4.Treiber müssen mit einem Schutz gegen Buskollision ausgestattet sein (mehrere Treiber greifen gleichzeitig auf den Bus zu)
5.Empfänger sollten eine hohe Eingangsimpedanz von min. 1kOhm besitzen.
6.Der Empfänger muß einen Gleichtakt-Eingangsspannungsbereich von -7V bis +12V verarbeiten können.
7.Eine differentielle Eingangsempfindlichkeit von +/-200mV muß über den gesamten Gleichtakt-Eingangsspannungsbereich (s.o.) vorhanden sein.
Optionsliste für Entwickler: Viele Dinge sind entweder von der Norm nicht zwingend vorgeschrieben oder sie helfen, die Datenübertragung und -auswertung zu verbessern bzw. zu vereinfachen. Ein Entwickler, der noch "Luft" hat, sollte sich aus dem folgenden Katalog bedienen, um sein Produkt zu optimieren. Für den Anwender bedeutet die Umsetzung dieser Punkte den Hinweis auf ein Produkt, das einen Zusatznutzen verspricht.1.Nicht alle Kanäle übertragen. Wenn eine Vielzahl von Kanälen nicht benutzt wird, sollten diese Informationen ohne Inhalt möglichst nicht gesendet werden. Dadurch wird eine kürzere Übertragungszeit (während der der Empfänger "mithören" muß) und eine höhere Wiederholungsrate erreicht.
2.Ausgang bzw. Eingang potentialfrei machen. Da steuernde und gesteuerte Geräte -besonders im Bühnenbereich- oft weit voneinander getrennt sind und zudem häufig auch von verschiedenen elektrischen Versorgungsnetzen gespeist werden, sind Verkopplungen über "Erdschleifen" sehr wahrscheinlich. Galvanisch entkoppelte (z.B. über Optoisolatoren entkoppelte) elektronische Ein- und Ausgangsstufen vermeiden das Problem.
3.Ausgang bzw. Eingang gegen Überspannung schützen.
Benutzungsregeln für den Anwender: RS-485 und DMX-512
Die DMX-512 Schnittstelle setzt auf RS-485 auf. Sie unterstützt nicht die Multimaster-Fähigkeit, d.h., hier ist nur ein Sender, jedoch sind mehrere Empfänger auf den Bus aufgeschaltet. Da die RS-485 Spezifikation (wie oben ausgeführt) die Anzahl der Unit-Loads auf 32 begrenzt, sollte sich die Anzahl angeschlossener Geräte auf diese Anzahl beschränken (Scanner!). Sind mehr Geräte anzusteuern, dann sollte ein Bus-Repeater eingeschleift werden, der für den treibenden Bus eine Unit-Load darstellt, diesen Bus gleichzeitig richtig terminiert und seinerseits wiederum 32 Empfänger treiben kann.
DMX-512 Repeater:
Auf den korrekten Busabschluß wurde bereits hingewiesen. Der RS-485 Standard ist so konzipiert, daß die zusätzliche Belastung durch Terminierung des Busses berücksichtigt wird. Eine Entscheidung, ob die Leitung terminiert werden soll, ist bevorzugt von der Gesamtleitungslänge abhängig zu machen- kurze Verbindungen (einige Meter) brauchen nicht terminiert zu werden. Bei längeren Verbindungen sollten die entfernten Enden (Sender und letzter Empfänger in der Kette) mit entsprechenden Terminierungswiderständen (120 Ohm) versehen sein.
Man kann einen Abschlußwiderstand auch in einen freien XLR-Stecker einbauen, und ihn damit einfach auf das letzte, angeschlossene Gerät stecken. Machen Sie sich statt Kabel eine Schlaufe an den Stecker, dann geht er nicht verloren
Wichtig und ganz aktuell:
Das Übertragungsprotokoll liegt nunmehr auch als deutsche Norm unter der Bezeichnung DIN 56930 vor. Das Dokument basiert auf der amerikanischen Fassung des USITT und definiert einen zusätzlichen Eingangsschutz. Geräte, die der aktuellen DIN-Fassung entsprechen, dürfen mit der Bezeichnung "DMX-512/DIN" versehen werden.