DALI通信设计压力山大？32位MCU挑大梁

　　DALI目前已实际应用于若干领域，包括办公大楼、电影院、学校、医院及机场。DALI网路通常包含控制装置或主控装置（可以是智慧照明开关的形式），以及最多六十四个受控装置或从属装置，亦即灯具，使用者可以个别或以群组方式控制这些受控装置。最多支援二百五十四个亮度等级，并最多可储存十六种照明设定或场景。DALI要求以对数方式切换不同的亮度等级。此外，使用者可以从十五种支援的淡入淡出时间中，选择灯光从目前亮度变暗至所需亮度等级的时间。

　　上述所有需求将使软体变得复杂，并需要庞大的开发工程。XMC1000系列32位元微控制器（MCU）具备亮度及色彩控制单元（BCCU），因此支援指数式调光与其他DALI功能。此外，英飞凌（Infineon）提供广泛且易于整合的DALI控制装置堆叠，做为DAVE 3应用程式产品的一部分。DAVE 3係英飞凌的新软体开发工具链，藉由提供专属应用程式执行DALI命令处理、资料储存、自动灯光照明控制、调色及闪烁控制等功能，简化DALI应用程式软体的开发作业。工程人员只要使用简单的图形化介面选择并设定适合的应用程式，自动程式码产生器就会撰写韧体，大幅缩短开发时间。

　　

　　图1 DALI控制架构

　　DALI讯框位元由曼彻斯特技术编解码

　　DALI通讯是由控制装置透过前向讯框（Forward Frame）所起始（Initiated），此框架由十九个位元组成，包含关于被定址控制装置与DALI命令的重要资讯，这些位元必须由控制装置利用曼彻斯特（Manchester）编码技术进行解码（图2）。关于向前讯框的侦测，XMC1000系列32位元微控制器使用其多功能的撷取/比对单元 （Capture Compare Unit 4， CCU4），此单元可设定为侦测讯号上升缘及下降缘，并透过撷取计时器撷取从最后一次侦测的讯号边缘到目标讯号所经过的时间长度，此提供更便利且稳定的方式，以检查接收到资料的有效性。

　　

　　图2 前向讯框解码

　　依据接收到的DALI命令，受控装置可能必须透过向后讯框（Backward Frame）提供回应，如同查询命令的範例。此讯框由十一个位元组成，包含所要求的资讯，并以曼彻斯特编码技术预先编码（图3）。针对曼彻斯特编码，XMC1000提供两种技术，第一种技术使用通用IO（GPIO）脚位与系统计时器（SysTick），第二种技术使用通用串列介面通道（USIC） 模组，并以串列周边介面（SPI）通讯协定加以设定（图4），此讯框由软体以这两种技术进行预先编码。

　　

　　图3 使用GPIO与SysTick进行曼彻斯特编码

　　

　　图4 使用SPI通讯协定进行曼彻斯特编码

　　在第一种技术中，GPIO脚位设定为输出脚位，此脚位也是DALI传输脚位。此脚位依据即将传送的向后讯框进行切换，SysTick提供时间基础或延迟GPIO的切换，以确保已传送的讯号可满足所要求的期间。

　　在第二种技术中，向后讯框中预先编码的位元将载入至USIC传输先进先出（FIFO）缓衝区。后续的传输程序将由硬体自动处理，无需任何中断程式服务。

　　在曼彻斯特编解码（Manchester CODEC）应用程式（MANC01）的图形化使用者介面（GUI）中，可轻易选择编码技术及其他DALI相关的设定，此应用程式属于DAVE 3提供的DALI控制装置堆叠套件。

　　EEPROM储存DALI变数

　　控制装置的部分DALI变数必须持续，如「电源开启层级（Power-On Level）」、「系统故障层级（System Failure Level）」及「短位址（Short Address）」等变数。在发生断电或系统重设时，这些资讯不可遗失。这些变数将利用电子式可清除可编程唯读记忆体（EEPROM）模拟加以储存。只要将EEPROM模拟应用程式新增至DAVE 3的DALI专案，即可产生用于执行此作业的软体。

　　BCCU助力　DALI指数式调光更自然

　　DALI标準规定控制装置必须有二百五十四个亮度等级或电弧功率等级。最低的电弧功率为0.1%，对应至电弧功率等级1；最高的电弧功率为100%，对应至电弧功率等级二百五十四。调光曲线依据对数的设定（图5），从电弧功率0.1%？100%。由于电弧功率等级解析度较低，因此得到较粗糙且「阶梯状」的曲线，看起来不是很理想，此必须有所改善，才能确保亮度等级的转换顺畅自然。此外，使用者可从十五个选项中，选择两个电弧功率之间的调光时间或淡入淡出时间。若要实作达成上述目标的解决方案，通常需要大量的软体，软体将整合大量的查询表，并以中断大量增加中央处理器（CPU）负载。

　　

　　图5 指数型调光

　　BCCU内含调光引擎、硬体模组，可自动执行指数调光，而不会增加CPU的负载。採用XMC1200与XMC1300的解决方案使用两个小型查询表，其中之一将DALI电弧功率等级转换为BCCU调光等级，另一个则将DALI淡入淡出时间转换为BCCU调光引擎预先计量器值。使用者仅须以目标调光等级与希望的预先计量器值设定各个BCCU暂存器，调光引擎将在要求的时间内依据指数曲线自动调整亮度等级。

　　此外，调光引擎不须仰赖中断，故可非常贴近曲线，不会增加额外的CPU负载。BCCU调光等级具有12位元高解析度，如有需要亦可随时启用递色（Dither）功能。如此可带来非常顺畅的调光等级转换，看起来非常自然。

　　善用BCCU架构　DALI色彩控制更简易

　　DALI的色彩控制最多需要六个输出通道（图6），每个通道必须指派专属色彩--红、绿、蓝、白、琥珀色或自由色彩，亦可将多个通道指派为相同色彩。有多种方式可在DALI色彩控制标準中处理DALI直接与间接功率控制命令，其中之一是标準化色彩控制。这表示命令将用于变更调光，而色彩则维持不变。困难之处即在于必须以人眼看起来自然舒适的方式来达成任务。

　　

　　图6 区隔调光量和通道密度

　　BCCU内部的结构类似多通道灯泡，可将色彩及调光资讯明确区分开来，如此一来BCCU便能轻易调整调光等级，同时以自然的方式保持色彩输出。

　　整合式开发环境襄助　DALI照明开发时间缩短

　　XMC1000搭配英飞凌免费整合式开发环境DAVE 3，此环境具备方便使用的图形介面、自动的资源分配和程式码产生，可缩短上市时间。

　　DALI控制装置应用程式可让使用者选择适用于专案的DALI通讯协定，并产生几乎所有的必要软体，且提供範例应用程式专案以引导新使用者。

　　控制多重LED通道　MCU实现高品质调光/色

　　英飞凌的XMC1000 Cortex-M0系列微控制器能自动控制多重LED通道，提供高品质的调光和色彩，还能透过DALI标準进行通讯，频宽更超出一般应用的需求。

　　采取DAVE 3应用程式形式的DALI控制装置堆叠和范例专案，可以协助使用者尽情发挥自己的专案，并能大幅缩短产品开发时间。