DMX512

Das DMX- 512- Datenprotokoll ist eine serielle Schnittstelle. Das bedeutet, daß die im Sender parallel vorhandenen digitalen Daten auf einen entsprechenden Pegel angepaßt und Mithilfe eines Multiplexers nacheinander auf die DMX- Leitung geschickt werden muß. Im Empfänger muß der Datenpegel angepaßt ein entsprechender Demultiplexer die Daten wieder parallel zur Verfügung stellen.

Der Standard zur Übertragung nach DMX- 512 wurde durch das USITT (United States Institute for Theatre Technology) beschrieben und liegt derzeit in der letztgültigen Fassung vom August 1990 vor. Der Übertragungsstandard nach DMX- 512 lehnt sich an den Standard RS-485 an, der die elektrische Schnittstelle beschreibt. Inzwischen existiert auch eine Deutsche DIN-Norm zu diesem Thema. Diese hat die Bezeichnung DIN 56930 und kann über den Beuth-Verlag in Berlin bezogen werden.

Da die Entwicklung in der Veranstaltungstechnik weitergeht, haben die Kollegen aus den USA inzwischen eine Erweiterung zum reinen DMX in der Vorlage: BSR E1.20, Entertainment Technology - RDM Remote Device Management over DMX512 Networks.
Allerdings ist diese Schrift derzeit noch nicht ratifiziert, kommt aber wohl demnächst. Dann wird auch hier etwas darüber zu lesen sein...

Übertragung

Die Daten werden seriell übertragen.

Die Pegelwerte für die einzelnen Dimmer werden sequentiell übertragen, beginnend bei Dimmer 1 aufsteigend bis max. Dimmer 512.

Vor dem ersten übertragenen Wert wird ein RESET- Signal, gefolgt von einem Startbyte übertragen.

Gültige Dimmerpegel umfassen den Wertebereich 0 – 255.

Der Bezug dieser Werte zum aktuellen Dimmer- Ausgangssignal wird nicht definiert und ist Sache des betreffenden Dimmers. (Kann durch eine besondere Dimmerkennlinie im Dimmer selber festgelegt werden.)

Anschluss

Verwendung von hochwertigem Kabel für Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit. Inzwischen hat sich in Festinstallationen CAT5 und CAT6 Kabel durchgesetzt, da deren Leitungsspezifikationen neben anderen Signalformen auch DMX zulassen.

Für temporäre Installationen (also draußen auf der Straße) benutzt der verantwortungsvolle Mensch dann gerne 2- adriges und 4- adriges Kabel (verdrilltes Paar), abgschirmt mit ununterbrochenem Folienschirm / Abschirmung zum Schutz vor hochfrequenter und niederfrequenter Einstrahlung. Die Verdrillung sorgt für gleichmäßige Beeinflußung beider Adern durch Störeinflüsse.

Der Anschluß der DMX- Leitung erfolgt senderseitig mit 5- poligem XLR- Stiftstecker (m)
Der Anschluß der DMX- Leitung erfolgt empfängerseitig mit 5- poligem XLR- Buchsenstecker (w)

Manchmal werden auch 3- polige XLR- Steckverbindungen genutzt, um handelsübliche Mikrofonleitungen verwenden zu können, dies ergibt aber oft und gerne Probleme, da der Wellenwiderstand der verwendeten Leitungen nicht den Spezifikationen entsprechen. Inzwischen sind auch die Hersteller von Moving Lights von der Lang und Gerne genutzten Möglichkeit des XLR 3-pol. Anschlusses abgerückt und bieten nun meisten beide Anschlußmöglichkeiten an ein und dem selben Gerät an.
(Soviel zu dem oft und gerne zitierten Grund, das die 3-poligen Anschlüsse ja soooo viel günstiger seien als die 5-poligen. Wahrscheinlich müssen wir demnächst alle für die Hersteller sammeln gehen :-)

Steckerbelegung

Kommunikationsprotokoll

Der Standard RS 485 gibt an, daß Empfänger und Sender Gleichtaktspannungen (Spannung zwischen Datenleitung und Schirm) von +12 V - -7 V tolerieren können.

Zwischen den logischen Zuständen High und Low liegen 200 mV

das Signal wird symmetrisch übertragen, d.h. auf einer Ader wird das Signal übertragen und auf der anderen Ader sein Gegenwert (Komplement), damit wirkt sich jede Störung gleichermaßen auf beide Datenleiter aus .

Ein Wort besteht aus 8 Bit (also 256 Bitkombinationen), die Übertragung eines Bits dauert 4 ms.
Ein Frame (engl: Rahmen; Ansteuerung eines DMX- Kanals) besteht aus: 1 Startbit (L) 8 Bit (eigentliche Information) 2 Stopbits (H) S 11 Bits

Das ergibt: 11 · 4 ms = 44 ms pro Frame

Als Signal für den Start eines neuen Datenpaketes wird ein „Break“ in der Länge von 2 Frames, also 88 ms (mind.) mit L und ein „MAB“ (Mark- After- Break) von 8 ms lang H gesendet Startcode „Null“ (start code, mode byte, type code, headertype, packetheader)

Die Break-Zeit ist nur als Minimum definiert (bei verschiedenen Herstellern leider immer noch unterschiedlich)

Übertragungsgeschwindigkeit: 4 ms/bit

Refresh-Rate: 44 ms · 512 = 22528 ms (ganzes Datenpaket)
+ 88 ms (Break)
+ 8 ms (MAB)
+ 44 ms (Start Kode)
+ 22528 ms (eigentliche Information, 512 Frames)
SUMME:
22668 ms ergibt 44,115 Hz

maximale Pause zwischen zwei Datenpaketen ist mit 1 s festgelegt, danach wird ein Signalausfall vom Empfänger erkannt .

Logik-Pegel

Der korrekte DMX-512 Abschluß

Auf den korrekten Busabschluß wurde bei der Beschreibung des DMX-Standards mehrfach hingewiesen. DMX-512 nutzt den elektrischen Standard RS-485, und dieser 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 übertragenen Signalfrequenz und der Gesamtleitungslänge abhängig zu machen- kurze Verbindungen (einige Meter) brauchen bei der von DMX-512 genutzten Frequenz nicht notwendigerweise terminiert zu werden. Bei längeren Verbindungen sollten die entfernten Enden (Sender und letzter Empfänger in der Kette) auf jeden Fall mit entsprechenden Terminierungswiderständen (120 Ohm) versehen sein.

DMX-512 Ein- und Ausgangstufe:

Nur in wenigen Fällen sind Geräte für DMX-512 Anschluß bereits mit den erforderlichen Abschlußwiderständen versehen. Das ist meistens auch nicht möglich, denn es ist ja nicht von vornherein bekannt, an welcher Stelle der Leitung das Gerät angesteckt wird. In Fällen, in denen ein Gerät zwangsläufig das Ende oder den Beginn einer neuen Verbindung kennzeichnet, wie z.B. bei einem Splitter/Booster, werden Abschlußwiderstände fest eingebaut. Bei anderen Geräten sind sie eventuell schaltbar, meist jedoch nicht vorhanden.

Es sind jeweils die beiden entferntesten Enden der gesamten Leitung, also Beginn und Ende, mit Abschlußwiderständen zu terminieren.
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. Der 120 Ohm Widerstand muß zwischen den Pins 2 und 3 eingelötet werden.

DC-Terminierung

Den Abschluß mit einem 120 Ohm Widerstand bezeichnet man als DC-TERMINIERUNG.
Dies ist im allgemeinen der beste Abschluß überhaupt. Er zieht jedoch eine beträchtliche Leistung aus der Schnittstelle. Will man die verringern, kann man auf Kosten der Qualität der Dämpfung den Widerstandswert erhöhen. Wir empfehlen dazu einen Wert von 240 Ohm; Abschlußwiderstände >330 Ohm sind -entgegen anderen Behauptungen- praktisch wirkungslos.

AC-Terminierung

Wird der Abschlußwiderstand in Reihe mit einem Kondensator geschaltet, spricht man von AC-TERMINIERUNG.
Sie wirkt nur auf die dynamischen Signalanteile. Es wird keine DC-Leistung umgesetzt, die Belastung der Schnittstelle bleibt klein. Als Nachteil baut sich bei unsymmetrischen Signalformen ein DC-Offset auf, der bei längeren Signalpausen zu einer falschen Signalerkennung am Eingang führen kann. Das neue DMX-512/2000 wird voraussichtlich eine AC-Terminierung mit 120 Ohm / 47 nF vorsehen.

Abschluß-Teststecker

Auch ein praktisches Prüfgerät für DMX läßt sich in einem XLR-5pol-Stecker unterbringen: der DMX-MicroTest

DMX Messtechnik für Anfänger

Für alle, die ein DMX Signal einmal sehen möchten, was da so durch die Kabel schießt und um zu verstehen was das Oszillografenbild aussagt:

Zunächst kann man sagen das die Höhe eines Lichtes auf dem Schirm eines Oszillografen einer Höhe einer Spannung entspricht.

Das ist die Ablenkung in Y Richtung. Die Auslenkung waagerecht in X Richtung wird vom Oszillografen selbst generiert. Diese kann man verschieden schnell einstellen. Dabei zieht der Punkt von links nach rechts so schnell wie man die Zeiteinheit eingestellt hat. Schließt man nun eine sich sehr schnell verändernde Spannungsform an den Osziloskop an, so ist man im Gegensatz zu einem trägen Multimeter, in der Lage die Amplitude der Spannung zu verschiedenen Zeitpunkten abzulesen, da durch die Zeitdehnung auf dem Bildschirm der Spannungsverlauf sichtbar wird.

Damit diese Information nicht ständig überschrieben wird, läßt man den Strahl nur einmal durchlaufen (Singel Shot).

Um ein DMX Signal zu messen schließt man den positiven Pol der Messleitung an das positive RS 485 Signal am 5poligen XLR Steckverbinder Pin 3 an. Den Minus kann man am Differenzsignal Pin 2 Anschließen. Den obligatorischen Abschlusswiderstand nicht vergessen.

Im ersten Bild 1 kann man zwei Datenpakete erkennen. Man erkennt das Paket an den vielen nach unten gerichteten Nadeln die fast wie ein Block aussehen. Ein Paket beinhalten alle Informationen für 512 Kreise.

Im Ruhezustand sendet der Microcontroller mit Hilfe des Treiberchip 57176 die Datenpakte fast alle 250 ms aus. Dies ist die Zeit, die vergeht von Anfang des ersten Datenpaketes bis zum Anfang des zweiten Datenpaketes.

Steht A 50ms und 1 VDC am Oszillografen bedeutet das, dass pro Zentimeterkasten nach oben eine Spannungsdifferenz von 1 Volt überbrückt werden muß. Das DC steht für Gleichspannung. A Steht für Kanal A des Osziloskopen und 50 ms ist die Zeitspanne in X Richtung zwischen zwei Linien oder hier für einen Zentimeter.
Wenn also der DMX-Sender keine neuen Werte an die Lampen senden will, so sendet er ab und zu dennoch ein Datenpaket ab. Nicht das ein Empfänger auf die Idee kommt einen DMX-Fehler zu erkennen.
Wenn man dagegen eine Überblendung fährt, dann Sender das Interface im Rhythmus wie wir es auf dem nächsten Bild (Bild 2) sehen können.

Man hat die Zeitbasis weiter verkürzt auf 10 ms pro Division. Außerdem ist oben ein zehnfach komprimiertes Signal zu sehen. Dies ist das gesamte aufgenommene Signal aus dem wir eine Position zur Vergrößerung uns anzeigen lassen.

Nun ist die Refreshrate zwischen den Paketen nur noch 50ms. Nimmt man nun von den Sekunden den Kehrwert, erhält man die Frequenz, 20 Herz. Folglich passt sich das Interface den Erfordernissen an.
Dabei sei bemerkt, das das menschliche Auge ein Flimmern von 25 Hz bis 30 Hz gerade noch wahrnehmen kann, folglich ist das DMX in der Lage ein gewolltes Flimmern zu ermöglichen. Dies wirkt sich zwar nicht bei Kontiumstrahlern aus, aber kann bei LED´s durchaus beobachtet werden.

Im nächsten Bild 3 machen wir einen Sprung in der Zeit auf 10 µs. das sind 0,000.001 Sekunden pro Zentimeter.

Mann kann in der gestauchten Darstellung oben die Einleitungssequenz erkennen.

Mit einem Break wird dem Empfänger mitgeteilt: von jetzt an kommen Daten bitte Mitzählen.
Das erste Byte, das übertragen wird, entspricht aber nicht der Adresse eins von einem Moving Light. Das erste Byte ist eine Kennung die man nutzen könnte um zu sagen welchen Gerätetyp man mit den Daten ansprechen möchte. Z.b. ob es sich um Dimmerdaten handelt. Eingebürgert hat sich der Wert null für Movinglights und Dimmer.

Weiterhin kann man in der gestauchten Abbildung nach dem Break und dem Nullbyte einige unsymmetrische Strukturen erkennen, die in ein symmetrisches Bild übergehen. Das hängt damit zusammen, das die vorderen unterschiedliche Datenwerte beinhalten, während die nachfolgenden alle den Wert 0% aufweisen. Am rechten Rand erkennen wir im ungestauchten Bild einige Bitwechsel.
Dazu sehen wir uns Bild 4 an.

Wir sind nun in dem Datenpaket ein wenig weiter nach hinten gerutscht, erkennbar an den verschobenen Ausschnitt des gestauchten Bildes.

Wir haben am Pult auf DMX Adresse 1 den Wert 85 Dez ausgegeben. Nun können wir das am Spannungsabbild auch bestätigen.


Der Teil mit der Messtechnik zum Anschauen ist vom DTHG Mitglied Herbert Bernstädt erarbeitet worden.