数字可寻址照明接口（dali - microchip...

AN1465数字可寻址照明接口（DALI）通信

数字可寻址照明接口（Digitally Addressable Lighting Interface，DALI）已成为欧洲应对能源危机的一项标准，主要针对商业和工业用途。DALI是IEC 60929规范的一部分，具体与数控可调光荧光镇流器有关。DALI型镇流器比标准磁性镇流器的运行功率更低。DALI 的商业开发大概始于 1998年。DALI包含一条双线串行总线，并且需要使用DALI专用电源。主设备发送 16位曼彻斯特编码数据包，镇流器使用 8 位曼彻斯特编码数据包进行响应。此外，还支持使用多个主设备，两个主设备可共用同一个镇流器。对于要连接到同一根接口线的镇流器，共有 64 个通道或单地址可供使用。每条 DALI总线多可有 16个组，并且还有 16个场景可供使用。DALI 协议中不具备错误校验功能。本应用笔记介绍控制设备与控制装置之间的基本通信，包括对电气规范、时序、包格式以及曼彻斯特编码 /解码的解释说明。

术语

• 控制装置：镇流器或传感器 /接收器

• 控制设备：控制器 /发送器

• 前向帧：从控制设备发送到控制装置的数据包

• 后向帧：从控制装置发送到控制设备的响应数据包

• 短地址：系统中各控制装置的地址

• 组地址：控制装置组的地址

• 广播：用于一次寻址所有控制装置的地址

• 直接电弧功率：发送至单个镇流器或以广播形式发送至所有控制装置的功率级，随即会立即将灯具设为此功率级

物理层

拓扑

DALI与模拟系统不同，无需任何硬接线的电源电路控制组。另外，它采用单个镇流器寻址与数字开关技术，省去了垂直开关接线。DALI支持自由布线（图1），不仅支持菊花链、星型拓扑和多分支布线方式，还支持两种或更多拓扑的组合。

图1： DALI自由布线形式

作者： Shaima Husain Microchip Technology Inc.

© 2013 Microchip Technology Inc. DS01465A_CN 第 1页

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电气规范

DALI 的物理低电平或有效状态已经有相关规定，即，接口电压小于 9.5V。接口电压介于 9.5V 和 22.5V 之间（最常见的是16V）时为高电平或DALI空闲状态。最大系统电流被限制为 250 mA。限流电路的响应时间小于10 µs。每个与接口连接的组件可能消耗最大2 mA的电流。接收器端的连接器无极性。DALI通常与单片机光电隔离，数据传输速率为1200 bps。

图2： DALI电气规范

连接器

DALI 接口没有专用的连接器，使用带常见螺钉端子或推插式端子的双线连接器即可（图3）。

图3：双线连接器

布线

受传输率的影响，无需使用特殊的电缆或接线。使用双线标准电缆即可。许多设备通常使用18 AWG、1类或2类电缆（实心或绞合）。这类电缆通常为紫色，且额定电压通常为 600V。从接口电源到各系统组件的连接线上所允许的最大压降为 2V。两个通信单元之间的最长距离应为300米（984英尺）。

DALI电路

对于DALI的电路设计方式，尚无任何规范和建议。在下图中，采用光电隔离电路将PIC16F1947连接到DALI总线。

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图4：隔离式通信电路

图5：隔离式通信电路图

DALI电源电路

DALI 电源需要实现快速的响应时间与高效的限流。如下简单电路即可实现。

图6：电路

DALI传输

DALI 采用曼彻斯特（双相）编码发送起始位和信息位。其信息传输率为1200 bps，允许± 10%的误差。一个位的时间为 833.33 µs。首先发送高有效位（Most Significant bit，MSb）（图7）。

DALI330R

R51

2

U1

TCLT1000

4

3

R81K

R4

120RQ2

MMBT2222A-TP

+5V

DALI

R710K

4

3

1

2

U2

TCLT1000

R62.2K

D4MM5Z5V1

BGX 50A E632742

3

D5

1

DALI

GPIO

+12-22V 直流

输出 DALI+（D）


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图7： DALI传输

前向帧（控制设备 –› 控制装置）

前向帧是指从控制设备发送到控制装置的数据包。它包含一个起始位，八个地址位，八个数据位以及两个停止位。其中，首先发送MSb。

图8：前向帧

s = 起始位（逻辑1）

YAAA AAAS = 地址字节

XXXX XXXX = 数据字节

I = 停止位（空线）

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地址字节“YAAA AAAS”的寻址方案：
后向帧（控制装置 –› 控制设备）

后向帧是指从控制装置发回控制设备的响应数据包。它包含一个起始位，八个数据位以及两个停止位。其中，首先发送MSb。

图9：后向帧

s = 起始位（逻辑1）

XXXX XXXX = 数据字节

I = 停止位（空线）

后向帧数据字节：在响应帧（后向帧）中，‘0xFF’ 被视为“是”。如果控制设备在等候响应时线路处于空闲状态，则控制装置的响应被视为“否”。根据控制装置所响应的命令，其他值可能发生变化。

时序

如前文所述，DALI的位传输率为1200 bps，允许的误差范围为±10%。“Te”用于表示半个位的时间，即416.67 µs。前向帧持续38 Te，即15.83 ms；而后向帧持续22 Te，即9.17 ms。两个连续的前向帧之间的时间间隔至少为 22 Te。前向帧与后向帧之间的时间间隔介于 7 Te到22 Te之间。后向帧与前向帧之间的时间间隔至少为 22 Te。

图10：帧时序

Y = 0表示单地址或短地址。短地址的地址字节：0AAA AAAS（0-63）Y = 1表示组地址或广播。组地址的地址字节：100A AAAS（0-15）

广播的地址字节：1111 111S

S = 选择器位：如果为0，数据字节 = 直接电弧功率级

如果为1，数据字节 = 命令

特殊命令： 1010 0000至1111 1101


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曼彻斯特编码 /解码

控制设备与控制装置之间传送的任意数据包都是双相曼彻斯特编码数据包。该数据包随后要进行解码，并且地址和消息将得到相应处理。我们的照明通信板由一个PIC16F1947单片机、一个独立的DALI通信电路接口以及一个简单的电源构成。有关原理图的详细信息，请参见 “附录A”。

由于 DALI 总线的信号被光电耦合器取反，因此下文将介绍PIC®单片机如何看待曼彻斯特编码 /解码。

曼彻斯特编码为数字编码格式，其中符号1由一个下降沿（先高电平后低电平）表示，而符号 0 由一个上升沿（先低电平后高电平）表示。高电平脉冲与低电平脉冲的宽度相同，均为半个位周期。

图11：一个位的曼彻斯特编码

曼彻斯特编码

传出的消息使用 Timer1 进行编码，并使用 RC5 引脚将数据包发出。使用Timer1每Te（即416.67 µs）产生一个中断。Te 为半个位的时间，应在此期间更改信号的相位。如果我们发送的位是1，则前半部分为1，但在发生中断时信号反转，反之亦然。结果便输出曼彻斯特编码包，如果该包由控制设备发送，则由控制装置进行解码；而如果该包是控制装置发回控制设备的响应，则由控制设备进行解码。

图12：曼彻斯特编码

0

位时间

1

空闲空闲1 1 0 1 0 0 1 0

CLK

信号

曼彻斯特编码

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示例代码

例1：void TransmitFrame(void){ static uint8_t bitcount = 0; if (TxFlag.TransmitMode && TE_TMR_INT_ENABLE) { switch (makeframe) { case start:

...................................... ......................................

break; case alldata: if (TxFlag.Secondhalf) { DATA_OUT ^= 1; TxFlag.Secondhalf = CLEAR; bitcount++; if (bitcount > 15) { makeframe=stop; bitcount = 0; } } else { if (FwdFrame.Word & 0x8000) DATA_OUT = DALI_LO; else DATA_OUT=DALI_HI; FwdFrame.Word <<= 1; TxFlag.Secondhalf = SET; makeframe=alldata; } break; case stop:

..........................................

.......................................... break;

..........................................

..........................................

}


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曼彻斯特解码

曼彻斯特解码比曼彻斯特编码更复杂。开始接收时，无论接收方是控制装置还是控制设备，都需确保接收的数据包是完整的，即由起始位开始，然后是8位或16位消息，后是至少两个表示停止位的空闲信号。通过PIC16F1947的外部中断引脚RB0来执行解码。该引脚

专门用于在每次传入信号的相位发生变化时产生中断。Timer1用于在每个位的 3/4处产生中断，因此在该时间点测量值，从而确定该位是 0还是 1。发生外部中断时，Timer1 会在位的中间复位并重载，这可限制由于漂移而产生的误差。

图13：曼彻斯特解码

曼彻斯特解码

曼彻斯特编码

0 1 1 0 0

¾ 位时间 ¾ 位时间 ¾ 位时间 ¾ 位时间

0 1 1 0 0


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示例代码

例2：void ReceiveFrame(void){ static uint16_t count = 0; static uint16_t HalfBitTime=0; static uint16_t LoadHalfBitTime=0; if (RxFlag.ReceiveMode) { switch (makeframe) { case start:

............................ ............................break;case address:

if (count <= 7) { if (TE_TMR_INT_ENABLE && TE_TMR_INT_FLAG) { TE_TMR_INT_FLAG = CLEAR; TE_TMR_ON=CLEAR; receivebuff <<= 1; if (DATA_IN_INT== DALI_LO) { SET_INT_FALLING_EDGE(); receivebuff |= 0x01; } else SET_INT_RISING_EDGE();

TE_TMR_INT_ENABLE = CLEAR; TE_TMR_ON = CLEAR; EDGE_INT_ENABLE= SET; } else if (EDGE_INT_ENABLE) { EDGE_INT_ENABLE = CLEAR; TE_TMR_INT_ENABLE = SET; TE_TMR_VALUE = TMRLoadVal; TE_TMR_ON = SET; count++;

} else { RxFlag.Error = SET; RxFlag.ListenMode = SET; break; } if (count <= 7) makeframe = address; else { count = 0; makeframe = data; EDGE_INT_ENABLE = CLEAR; EDGE_INT_FLAG = CLEAR; TE_TMR_INT_ENABLE = SET; TE_TMR_VALUE = TMRLoadVal; TE_TMR_ON = SET;

FwdFrame.Byte.Address = receivebuff; receivebuff = CLEAR; } } break;

.............................................

.............................................}


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结论

DALI 电路搭配简单的电源以及通过 PIC16F1947 与C语言代码实现的曼彻斯特编码 /解码通信，为实现控制设备以及控制装置的DALI调试和命令提供了坚实的基础。

参考资料

[1] 国际标准CEI IEC 60929，2006年1月第三版

[2] 国际标准 IEC 62386-101，2009年6月版本1.0[3] 国际标准 IEC 62386-102，2009年6月版本1.0


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附录A

图14： DALI原理图J2

RJS

SE

-508

0-02

TX+

TX-

RX

+

RX

-G

ND

GN

D

TX+

TX-

RX

+

RX

-

GN

DG

ND

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

B8 A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

DA

LI TB1

J6

ED

130/

2DS

ED

STL

130/

02

ED

130/

2DS

ED

STL

130/

02

1 2 1 2

J3

1 2D

1

SS

23-T

P

J1

1 2

DA

LIS

DO

/RC

5

P1

1 3 5 7 9 11 13 15

2 4 6 8 10 12 14 16

INT/

RB

0

R1

0R

DA

LI +5V

DA

LI

Q1

R2

PZT

2222

A

R3

1K 1/4W

10R

1W D3

BAV

99-7

-F

3

12

1 2

1 2

J4J5

DA

LIS

DO

/RC

533

0R

R5

1 2

U1

TCLT

1000

4 3

R8

1K

R4

120R

Q2

MM

BT2

222A

-TP

+5V

INT/

RB

0D

ALI

R7

10K

4 3

1 2

U2

TCLT

1000

R6 2.2KD

4 MM

5Z5V

1

BG

X 5

0A E

6327

42

3

D5 1

TB2

J9


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DS01465A_CN 第13页

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