Tiểu luận Cấu trúc máy tính và mjang truyền thông công nghiệp: Mã háo Bit và kĩ thuật dẫn truyền

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ-ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA BÀI TIỂU LUẬN Kiến trúc máy tính mạng truyền thơng cơng nghiệp Giảng viên : Đặng Anh Việt Đề tài : Mã háo Bit Kĩ Thuật dẫn truyền Sinh viên : Trần Hồng Quân – 17020404 – K62 M1 Hà Nội, Ngày 01 Tháng năm 2020 Mục lục: I.1 I.2 Mã hóa bit I.1.1 Các tiêu chuẩn mã hóa bit I.1.2 NRZ, RZ I.1.3 Mã Manchester I.1.4 AFP I.1.5 FSK Kỹ thuật truyền dẫn I.2.1 Phương thức truyền dẫn tín hiệu I.2.2 RS – 232 I.2.3 RS – 422 I.2.4 MBP(IEC 1158-2) I Mã hóa bit Mã hóa bit q trình chuyển đổi dãy bit (1,0) sang tín hiệu thích hợp để truyền dẫn môi trường vật lý1 Việc chuyển đổi sử dụng tham số thơng tin thích hợp để mã hóa dãy bit cần truyền tải Các tham số thơng tin chứa đựng biên độ, tần số, pha sườn xung, v.v Sự thích hợp phải đánh giá dựa theo yêu cầu kỹ thuật khả chống nhiễu gây nhiễu, khả đồng hóa triệt tiêu dịng chiều Các tiêu chuẩn mã hóa bit Tần số tín hiệu Các tín hiệu sử dụng truyền liệu thường khơng phải dao động điều hịa, tần số chúng biến thiên theo thời gian, phụ thuộc vào dãy bit cần mã hóa phụ thuộc vào phương pháp mã hóa bit Cần phân biệt tần số tín hiệu tần số nhịp bus Đối với tốc độ truyền cố định tần số nhịp số, cịn tần số tín hiệu thay đổi Tuy nhiên tần số tín hiệu tỉ lệ cách tương tần số nhịp, lớn nhỏ tần số nhịp, tùy theo cách mã hóa bit Tần số tín hiệu ảnh hưởng tới nhiều tính hệ thống Tín hiệu có tần số cao dải tần rộng mặt gây suy giảm tín hiệu lớn, mặt khác gây nhiễu điện từ lớn môi trường xung quanh Nhược điểm thứ dẫn đến phải hạn chế chiều dài dây dẫn phải sử dụng lặp, nhược điểm thứ hai ảnh hưởng tới hạn chế phạm vi sử dụng Điều ảnh hưởng trực tiếp trở lại tới khả nâng cao tốc độ truyền Trong phương pháp truyền tải dải sở cách để nâng cao tốc độ truyền tăng tần số nhịp bus, đồng nghĩa với việc gián tiếp tăng tần số tín hiệu Tần số tín hiệu cao địi hỏi thiết bị có khả làm việc với tần số cao Đương nhiên, giá thành sản xuất thiết bị yếu tố cản trở khả ứng dụng Thông tin đồng hóa có tín hiệu Trong trường hợp chế độ truyền dẫn chọn đồng bộ, phương pháp mã hóa bit tạo tín hiệu có mang kèm theo thơng tin đồng hóa nhịp tiết kiệm dây dẫn tín hiệu nhịp Ví dụ, tín hiệu mang thơng tin dao động điều hịa có tần số trùng với tần số nhịp bus bội số tần số nhịp, tức nhịp bus có xung tín hiệu việc đồng hóa bên gửi bên nhận thông tin dễ dàng Tuy nhiên, hệ thống thường không yêu cầu tín hiệu đồng có nhịp, mà cách quãng đặn vài nhịp Triệt tiêu dòng chiều Hiện tượng dòng chiều sinh loạt bit giống (0 1) ứng với mức tín hiệu cao phát liên tục Điều khơng gây khó khăn cho việc đồng hóa đối tác truyền thơng, mà ảnh hưởng tới nhiều yếu tố kỹ thuật khác Cũng để tiết kiệm dây dẫn đơn giản hóa cơng việc lắp đặt, đặc biệt mơi trường dễ cháy nổ, khả đồng tải nguồn nuôi cho thiết bị tham gia mạng với dây dẫn thiết thực Dịng ni xếp chồng lên tín hiệu mang thơng tin, tín hiệu khơng mang sẵn dịng chiều Muốn vậy, phương pháp mã hóa bit cần tạo trung hịa mức tín hiệu ứng với bit để triệt tiêu dòng chiều Sự tồn dịng chiều cịn gây nhiều khó khăn kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu Cụ thể, mức độ trơi tín hiệu khó xác định cách mức, dẫn đến việc nhận biết tham số thông tin ví dụ qua giá trị biên độ gặp trở ngại Chế độ làm việc thiết bị thu phát bị ảnh hưởng tồn dòng chiều Nếu vượt giới hạn định, dòng chiều dễ gây phát xung nguy hiểm mơi trường dễ cháy nổ Tính bền vững với nhiễu khả phối hợp nhận biết lỗi Khả kháng nhiễu tín hiệu số phụ thuộc nhiều vào phương pháp mã hóa bit Ví dụ, dải tần hẹp tín hiệu bền vững nhiễu Hoặc, phương pháp mã hóa chênh lệch bền vững với nhiễu phương pháp mã hóa giá trị tuyệt đối, phương pháp mã hóa điều tần bền vững mã hóa điều biên, Nếu phương pháp mã hóa bit tạo tín hiệu có đặc thù riêng, theo mẫu biệt lập bên nhận có thêm khả để nhận biết lỗi tín hiệu bị sai lệch mà không cần bổ sung thông tin kiểm lỗi 2 NRZ, RZ NRZ (Non-Return To Zero) phương pháp sử dụng phổ biến hệ thống bus trường Thực chất, NRZ RZ phương pháp điều chế biên độ xung Như Hình 2.21 mơ tả, bit mã hóa với hai mức biên độ tín hiệu khác nhau, mức tín hiệu khơng thay đổi suốt chu kỳ bit T (một nhịp bus) Cái tên NRZ sử dụng, mức tín hiệu không quay trở không sau nhịp Các khả thể hai mức là: • Đất điện áp dương • Điện áp âm đất • Điện áp âm điện áp dương giá trị (tín hiệu lưỡng cực) Một ưu điểm phương pháp NRZ tín hiệu có tần số thường thấp nhiều so với tần số nhịp bus Phương pháp khơng thích hợp cho việc đồng hóa, dãy bit liên tục khơng làm thay đổi mức tín hiệu Tín hiệu khơng triệt tiêu dòng chiều, sử dụng tín hiệu lưỡng cực, nên khơng có khả đồng tải nguồn Phương pháp RZ (Return to Zero) mã hóa bít với hai mức tín hiệu khác giống NRZ Tuy nhiên, tên hàm ý, mức tín hiệu cao tồn nửa đầu chu kỳ bit T, sau quay trở lại Tần số cao tín hiệu tần số nhịp bus Giống NRZ, tín hiệu mã RZ khơng mang thơng tin đồng hóa, khơng có khả đồng tải nguồn Mã Manchester Mã Manchester dạng dẫn xuất khơng sử dụng rộng rãi truyền thơng cơng nghiệp, mà cịn phổ biến hệ thống truyền liệu khác Thực chất, phương pháp điều chế pha xung, tham số thông tin thể qua sườn xung Bit mã hóa sườn lên, bit sườn xuống xung chu kỳ bit T, ngược lại (Manchester-II) Như thấy rõ Hình 2.22, đặc điểm tín hiệu có tần số tương đương với tần số nhịp bus, xung sử dụng việc đồng hóa bên gửi bên nhận Sử dụng tín hiệu lưỡng cực, dịng chiều bị triệt tiêu Do phương pháp thích hợp với ứng dụng đòi hỏi khả đồng tải nguồn Một điểm đáng ý sử dụng sườn xung, mã Manchester bền vững nhiễu bên ngồi Nhưng ngược lại, nhiễu xạ tín hiệu tương đối lớn tần số cao AFP Với phương pháp xung sườn xoay chiều AFP (Alternate Flanked Pulse, xung sườn xoay chiều), thay đổi trạng thái logic đánh dấu xung có cực thay đổi luân phiên (xung xoay chiều) Có thể xếp AFP thuộc nhóm phương pháp điều chế vị trí xung Ví dụ, thay đổi từ bit sang mã hóa xung sườn lên, từ sang xung sườn xuống (hoặc ngược lại) Đặc điểm tín hiệu tần số thấp, khơng mang thơng tin đồng hóa khơng tồn dịng chiều Sử dụng xung có hình sin giảm nhiễu xạ cách đáng kể Hơn nữa, mã Manchester, mã AFP bền vững tác động nhiễu từ bên FSK Phương pháp điều chế dịch tần số FSK (Frequency Shift Keying), hai tần số khác dùng để mã hóa trạng thái logic 1, mơ tả Hình 2.23 Đây phương pháp điều chế tần số tín hiệu mang, hay truyền tải dải mang Tín hiệu có dạng hình sin, tần số bội số tần số nhịp bus nên dùng để đồng nhịp Một ưu điểm phương pháp độ bền vững tác động nhiễu Nhờ tính chất điều hịa tín hiệu mà dịng chiều triệt tiêu, nên sử dụng đường truyền để đồng tải nguồn nuôi thiết bị kết nối mạng Một nhược điểm FSK tần số tín hiệu tương đối cao Điều mặt dẫn đến khả gây nhiễu mạnh bên mặt khác hạn chế việc tăng tốc độ truyền Thực tế, phương pháp sử dụng cho hệ thống có tốc độ truyền tương đối thấp II Kỹ thuật truyền dẫn Truyền liệu nối tiếp, không đồng phương pháp sử dụng chủ yếu hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Với phương pháp này, bit truyền từ bên gửi tới bên nhận cách đường truyền Cũng khơng có đường dây riêng biệt mang tín hiệu nhịp, nên việc đồng hóa thuộc trách nhiệm bên gửi bên nhận thỏa thuận sở giao thức truyền thông Các chuẩn truyền dẫn TIA/EIA EIA (Electronic Industry Association) TIA (Telecommunication Industry Association) hiệp hội xây dựng phát triển số chuẩn giao diện cho truyền thơng cơng nghiệp, có chuẩn truyền dẫn nối tiếp Theo nghĩa truyền thống, chuẩn truyền dẫn nối tiếp trước hết hiểu qui định thống giao diện vật lý thiết bị cuối xử lý liệu (Data Terminal Equipment, DTE) thiết bị truyền liệu (Data Communication Equipment, DCE) Một ví dụ tiêu biểu giao diện DTE/DCE chuẩn RS-232 máy tính Modem Tuy vậy, phạm vi sử dụng chuẩn truyền nối tiếp không hạn chế việc kết nối DTE DCE theo nghĩa cổ điển Các chuẩn truyền nối tiếp đề cập tới chương mục chuẩn sử dụng rộng rãi truyền thơng cơng nghiệp, EIA/TIA-232, EIA/TIA422 đặc biệt EIA/TIA-485 Trước kia, chuẩn đặt chữ “RS” đầu với nghĩa “Recommended Standard” Sau này, “RS” thống thay “EIA/TIA” Chú ý rằng, chữ cuối tên chuẩn ký hiệu phiên chỉnh lý, bổ sung Ví dụ, EIA/TIA-232-E phiên chỉnh lý lần thứ năm RS-232, EIA/TIA485-A phiên chỉnh lý lần thứ RS-485 Các chuẩn truyền dẫn EIA/TIA chia thành ba phạm trù sau: • Các chuẩn giao diện trọn vẹn (Complete Interface Standards), ví dụ EIA/TIA232-F, EIA/TIA-530-A EIA/TIA-561, đưa toàn qui định mặt chức năng, mặt học mặt điện học • Các chuẩn riêng điện học (Electrical Only Standards), ví dụ EIA/TIA-232-F phần 2, EIA/TIA-422-B EIA/TIA-485-A, định nghĩa thông số mặt điện học, trích dẫn chuẩn giao diện trọn vẹn • Các chuẩn chất lượng tín hiệu (Signal Quality Standards), ví dụ EIA-334-A, EIA-363 EIA-404-A, định nghĩa thuật ngữ phương pháp cho việc đánh giá chất lượng tín hiệu Phần trình bày tập trung vào vấn đề liên quan tới giao diện mặt điện học ba chuẩn EIA/TIA-232-F, EIA/TIA-422-B EIA/TIA-485-A Để tiện cho việc trình bày theo dõi, chữ “RS” sử dụng suốt phần cuối giảng Do vai trò quan trọng tuyệt đối RS-485 mạng truyền thông công nghiệp, chuẩn mô tả kỹ lưỡng Phương thức truyền dẫn tín hiệu Tín hiệu dùng để truyền tải thông tin Không kể tới môi trường truyền dẫn thành phần hệ thống truyền tín hiệu gồm có phát (transmitter, generator), hay cịn gọi kích thích (driver, ký hiệu D), thu (receiver, ký hiệu R) Một thiết bị vừa thu phát, hay thu phát gọi với tên ghép transceiver Hai phương thức truyền dẫn tín hiệu dùng hệ thống truyền thơng cơng nghiệp, phương thức chênh lệch đối xứng (balanced differential mode) phương thức không đối xứng hay phương thức đơn cực (unbalanced mode, singleended mode) Truyền dẫn không đối xứng Truyền dẫn không đối xứng sử dụng điện áp dây dẫn so với đất để thể trạng thái logic (1 0) tín hiệu số Chú ý liên quan trạng thái logic tín hiệu với trạng thái logic dãy bit mang thông tin truyền phụ thuộc vào phương pháp mã hóa bit, tức giá trị logic tín hiệu thời điểm khơng thiết phải đồng với giá trị logic bit tương ứng mang thông tin Một ưu điểm phương thức truyền dẫn không đối xứng cần đường dây đất chung cho nhiều kênh tín hiệu trường hợp cần thiết, Hình 2.24 minh họa Nhờ tiết kiệm số lượng dây dẫn linh kiện ghép nối Việc sử dụng đất làm điểm tựa cho việc đánh giá mức tín hiệu bộc lộ nhược điểm khả chống nhiễu Nguyên nhân gây nhiễu môi trường xung quanh, xuyên âm (crosstalk) chênh lệch điện áp đất đối tác truyền thông Điều dẫn đến hạn chế chiều dài dây dẫn tốc độ truyền Truyền dẫn chênh lệch đối xứng Truyền dẫn chênh lệch đối xứng sử dụng điện áp hai dây dẫn (A B hay dây - dây +) để biểu diễn trạng thái logic (1 0) tín hiệu, không phụ thuộc vào đất Khái niệm “chênh lệch đối xứng” thể qua cân xứng (tương đối) điện áp hai dây A B điện áp chế độ chung điều kiện làm việc bình thường Một tác động nhiễu bên làm tăng hay giảm tức thời điện áp hai dây giá trị gần tương đương, tín hiệu bị sai lệch Sự khác điện áp đất thiết bị tham gia truyền thông không ảnh hưởng trực tiếp tới việc đánh giá giá trị logic tín hiệu Một nguyên nhân gây nhiễu khác xuyên âm loại trừ đáng kể dùng đôi dây xoắn (twisted pair) Những ưu điểm dẫn đến phổ biến phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng hệ thống truyền thông tốc độ cao phạm vi rộng Trở đầu cuối (terminating resistance) Thơng thường, tín hiệu phát tới đầu dây phản xạ ngược trở lại, giống tượng phản xạ ánh sáng Khi tốc độ truyền tương đối thấp dây dẫn tương đối ngắn, cho thời gian bit TB lớn gấp nhiều lần so với thời gian lan truyền tín hiệu TS, tín hiệu phản xạ suy giảm triệt tiêu sau vài lần qua lại, khơng gây ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu mang bit liệu phát Trong trường hợp khác xảy xung đột tín hiệu, người ta dùng trở kết thúc, hay trở đầu cuối để hấp thụ tín hiệu ban đầu ý tưởng đường dây dẫn dài vơ hạn khơng xảy tượng phản xạ tín hiệu Vì vậy, trở đầu cuối chọn có giá trị tương đương với trở kháng đặc trưng (trở kháng sóng) cáp truyền RS-232 RS-232 (tương ứng với chuẩn châu Âu CCITT V.24) lúc đầu xây dựng phục vụ chủ yếu việc ghép nối điểm-điểm hai thiết bị đầu cuối (DTE, Data Terminal Equipment), ví dụ hai máy tính (PC, PLC, v.v ), máy tính máy in, thiết bị đầu cuối và thiết bị truyền liệu (DCE, Data Communication Equipment), ví dụ máy tính Modem (Hình 2.27) Mặc dù tính hạn chế, RS-232 chuẩn tín hiệu có từ lâu nhất, sử dụng rộng rãi Ngày nay, máy tính cá nhân có vài cổng RS232 (cổng COM), sử dụng tự để nối với thiết bị ngoại vi 10 với máy tính khác Nhiều thiết bị cơng nghiệp tích hợp cổng RS-232 phục vụ lập trình tham số hóa Đặc tính điện học RS-232 sử dụng phương thức truyền không đối xứng, tức sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch dây dẫn đất Mức điện áp sử dụng dao động khoảng từ -15V tới 15V Khoảng từ 3V đến 15V ứng với giá trị logic 0, khoảng từ -15V đến 3V ứng với giá trị logic 1, biểu diễn Hình 2.28 Chính từ -3V tới 3V phạm vi không định nghĩa, trường hợp thay đổi giá trị logic từ lên từ xuống tín hiệu phải vượt qua khoảng độ thời gian ngắn hợp lý Ví dụ, tiêu chuẩn DIN 66259 phần qui định độ dốc tối thiểu tín hiệu phải 6V/ms 3% nhịp xung, tùy theo giá trị nhỏ Điều dẫn đến việc phải hạn chế điện dung thiết bị tham gia đường truyền Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn Đa số hệ thống hỗ trợ tới tốc độ 19.2kBd (chiều dài cho phép 30-50m) Gần đây, tiến vi mạch góp phần nâng cao tốc độ modem lên nhiều lần so với ngưỡng 19.2kBd Hiện có mạch thu phát đạt tốc độ 460kBd nữa, nhiên tốc độ truyền dẫn thực tế lớn 115.2 kBd theo chuẩn RS-232 hệ thống làm việc dựa vào ngắt điều khó thực Một ưu điểm chuẩn RS-232 sử dụng công suất phát tương đối thấp, nhờ trở kháng đầu vào hạn chế phạm vi từ 3-7kΩ Bảng 2.1 tóm tắt số thơng số điện học quan trọng RS-232 11 Giao diện học Chuẩn EIA/TIA-232F qui định ba loại giắc cắm RS-232 DB-9 (chín chân), DB-25 (25 chân) ALT-A (26 chân), hai loại đầu sử dụng rộng rãi Loại DB-9 chuẩn hóa riêng EIA/TIA-574 Ý nghĩa chân quan trọng mơ tả • RxD (Receive Data): Đường nhận liệu • TxD (Transmit Data): Đường gửi liệu • DTR (Data Terminal Ready): Chân DTR thường trạng thái ON thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông Qua việc giữ mạch DTR trạng thái ON, thiết bị đầu cuối cho phép DCE chế độ “tự trả lời” chấp nhận lời gọi không yêu cầu 12 Mạch DTR trạng thái OFF thiết bị đầu cuối không muốn DCE chấp nhận lời gọi từ xa (chế độ cục bộ) • DSR (Data Set Ready, DCE Ready): Cả hai modem chuyển mạch DSR sang ON đường truyền thông thiết lập hai bên • DCD (Data Carrier Detect): Chân DCD sử dụng để kiểm soát truy nhập đường truyền Một trạm nhận tín hiệu DCD OFF hiểu trạm đối tác chưa đóng mạch yêu cầu gửi liệu (chân RTS) đoạt quyền kiểm sốt đường truyền cần thiết Ngược lại, tín hiệu DCD ON thị bên đối tác gửi tín hiệu RTS giành quyền kiểm sốt đường truyền • RTS (Request To Send): Đường RTS kiểm soát chiều truyền liệu Khi trạm cần gửi liệu, đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với modem Thơng tin chuyển tiếp tới modem xa • CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, trạm thông báo modem sẵn sàng nhận liệu từ trạm kiểm soát đường điện thoại cho việc truyền liệu xa RI (Ring Indicator): Khi modem nhận lời gọi, mạch RI chuyển ON/OFF cách với chuông điện thoại để báo hiệu cho trạm đầu cuối Tín hiệu thị modem xa yêu cầu thiết lập liên kết dial-up Chế độ làm việc Chế độ làm việc hệ thống RS-232 hai chiều toàn phần (fullduplex), tức hai thiết bị tham gia thu phát tín hiệu lúc Như vậy, việc thực truyền thơng cần tối thiểu dây dẫn - hai dây tín hiệu nối chéo đầu thu phát hai trạm dây đất, a minh họa Với cấu hình tối thiểu này, việc đảm bảo độ an tồn truyền dẫn tín hiệu thuộc trách nhiệm phần mềm Hình 2.29b minh họa ví dụ ghép nối trực tiếp hai thiết bị thực chế độ bắt tay (handshake mode) không thông qua modem Qua việc sử dụng dây dẫn DTR DSR, độ an toàn giao tiếp đảm bảo Trong trường hợp này, chân RTS CTS nối ngắn Lưu ý rằng, trường hợp truyền thông qua modem, cấu hình ghép nối khác chút 13 RS-422 Khác với RS-232, RS-422 sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng hai dây dẫn A B, nhờ giảm nhiễu cho phép tăng chiều dài dây dẫn cách đáng kể RS-422 thích hợp cho phạm vi truyền dẫn tới 1200 mét mà không cần lặp Điện áp chênh lệch dương ứng với trạng thái logic âm ứng với trạng thái logic Điện áp chênh lệch đầu vào bên nhận xuống tới 200mV Một vài thơng số quan trọng tóm tắt bảng 2.2 14 Trong cấu hình ghép nối tối thiểu cho RS-422 cần đơi dây dùng truyền dẫn tín hiệu (A B) Trong cấu hình dùng phương pháp truyền chiều (simplex) hai chiều gián đoạn (half-duplex), tức thời điểm có tín hiệu truyền Để thực truyền hai chiều toàn phần (full-duplex) ta cần hai đơi dây RS-422 có khả ghép nối điểm-điểm, điểm-nhiều điểm mạng đơn giản - cụ thể trạm phát 10 trạm nhận tín hiệu Tuy vậy, thực tế RS-422 thường dùng để ghép nối điểm-điểm với mục đích thay RS-232 cho khoảng cách truyền thông lớn tốc độ cao Trong hai trường hợp sử dụng cấu hình hai dây hay bốn dây, việc sử dụng thêm dây đất (C) đóng vai trị khác quan trọng, khơng giúp cho việc xác định giá trị logic tương ứng với mức tín 15 hiệu Trên khoảng cách vài trăm đến hàng ngàn mét, mức điện áp đất khác Điều cần thiết giữ mức điện áp chế độ chung VCM cho trạm tham gia giới hạn qui định, không liệu truyền bị cổng kết nối bị phá hỏng Ngưỡng giới hạn qui định cho VCM RS422 ±7V 2.7.4 RS-485 Đặc tính điện học Về đặc tính điện học, RS-485 RS-422 giống RS-485 sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng hai dây dẫn A B Ngưỡng giới hạn qui định cho VCM RS-485 nới rộng khoảng -7V đến 12V, trở kháng đầu vào cho phép lớn gấp ba lần so với RS-422 Các thơng số quan trọng tóm tắt bảng 2.3 16 Đặc tính khác RS-485 so với RS-422 khả ghép nối nhiều điểm, dùng phổ biến hệ thống bus trường Cụ thể, 32 trạm tham gia ghép nối, định địa giao tiếp đồng thời đoạn RS485 mà không cần lặp Để đạt điều này, thời điểm trạm phép kiểm soát đường dẫn phát tín hiệu, kích thích phải đưa chế độ trở kháng cao rỗi, tạo điều kiện cho kích thích trạm khác tham gia Chế độ gọi tri-state Một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tình này, nhiều trường hợp khác việc thuộc trách nhiệm phần mềm điều khiển truyền thơng Trong mạch kích thích RS485 có tín hiệu vào “Enable” dùng cho mục đích chuyển kích thích 17 trạng thái phát tín hiệu tri-state Sơ đồ mạch cho kích thích thu RS485 biểu diễn Hình 2.30 Mặc dù phạm vi làm việc tối đa từ -6V đến 6V (trong trường hợp hở mạch), trạng thái logic tín hiệu định nghĩa khoảng từ ±1,5V đến ±5V đầu (bên phát) từ ±0,2V đến ±5V đầu vào (bên thu), minh họa Hình 2.31 Số trạm tham gia RS-485 cho phép nối mạng 32 tải đơn vị (unit load, UL), ứng với 32 thu phát nhiều hơn, tùy theo cách chọn tải cho thiết bị thành viên Định nghĩa tải đơn vị minh họa Hình 2.32 Thơng thường, thu phát thiết kế tương đương với tải đơn vị Gần có cố gắng giảm tải xuống 1/2UL 1/4UL, tức tăng trở kháng đầu vào lên hai bốn lần, với mục đích tăng số trạm lên 64 128 Tuy nhiên, tăng số trạm theo cách gắn với việc phải giảm tốc độ truyền thơng, trạm có trở kháng lớn hoạt động chậm 18 Giới hạn 32 tải đơn vị xuất phát từ đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền thơng nhiều điểm Các tải mắc song song việc tăng tải làm suy giảm tín hiệu vượt mức cho phép Theo qui định chuẩn, kích thích tín hiệu phải đảm bảo dịng tổng cộng 60mA vừa đủ để cung cấp cho: • Hai trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60Ω (120Ω đầu) với điện áp tối thiểu 1,5V, tạo dòng tương đương với 25mA • 32 tải đơn vị mắc song song với dòng 1mA qua tải (trường hợp xấu nhất), tạo dòng tương đương với 32mA Tốc độ truyền tải chiều dài dây dẫn Cũng RS-422, RS-485 cho phép khoảng cách tối đa trạm đầu trạm cuối đoạn mạng 1200m, không phụ thuộc vào số trạm tham gia Tốc độ truyền dẫn tối đa lên tới 10Mbit/s, số hệ thống gần có khả làm việc với tốc độ 12Mbit/s Tuy nhiên có ràng buộc tốc độ truyền dẫn tối đa độ dài dây dẫn 19 cho phép, tức mạng dài 1200m làm việc với tốc độ 10MBd Quan hệ chúng phụ thuộc nhiều vào chất lượng cáp dẫn dùng phụ thuộc vào việc đánh giá chất lượng tín hiệu Một ví dụ đặc trưng biểu diễn qua đồ thị Hình 2.33 Tốc độ truyền tối đa phụ thuộc vào chất lượng cáp mạng, cụ thể đơi dây xoắn kiểu STP có khả chống nhiễu tốt loại UTP truyền với tốc độ cao Có thể sử dụng lặp để tăng số trạm mạng, chiều dài dây dẫn lên nhiều lần, đồng thời đảm bảo chất lượng tín hiệu Cấu hình mạng RS-485 chuẩn EIA đưa mà có khả truyền thơng đa điểm thực dùng đường dẫn chung nhất, gọi bus Chính mà dùng làm chuẩn cho lớp vật lý đa số hệ thống bus thời Cấu hình phổ biến sử dụng hai dây dẫn cho việc truyền tín hiệu, minh họa Hình 2.34 Trong trường hợp này, hệ thống làm việc với chế độ hai chiều gián đoạn (half-duplex) trạm nhận quyền bình đẳng việc truy nhập đường dẫn Chú ý đường dẫn kết thúc hai trở hai đầu không phép đường dây Vì mục đích đơn giản, dây đất không vẽ đây, nhiên thực tế việc nối dây đất cần thiết 20 Một mạng RS-485 nối theo kiểu dây, Hình 2.35 mơ tả Một trạm chủ (master) đóng vai trị điều khiển tồn giao tiếp trạm kể việc truy nhập đường dẫn Các trạm tớ (slave) liên hệ trực tiếp mà phải qua trạm chủ Trạm chủ phát tín hiệu u cầu trạm tớ có trách nhiệm đáp ứng Vấn đề kiểm soát thâm nhập đường dẫn việc khống chế trạm tớ không trả lời lúc Với cấu hình này, việc truyền thơng thực chế độ hai chiều toàn phần (full-duplex), phù hợp với ứng dụng địi hỏi tốc độ truyền tải thơng tin cao, nhiên phải trả giá cho hai đường dây bổ sung Cáp nối RS-485 chuẩn trọn vẹn mà chuẩn đặc tính điện học, khơng đưa qui định cho cáp nối nối Có thể dùng đơi dây xoắn, cáp trơn loại cáp khác, nhiên đôi dây xoắn loại cáp sử dụng phổ biến nhờ đặc tính chống tạp nhiễu xuyên âm 21 Trở đầu cuối Do tốc độ truyền thông chiều dài dây dẫn khác nhiều ứng dụng, tất bus RS-485 yêu cầu sử dụng trở đầu cuối hai đầu dây Sử dụng trở đầu cuối có tác dụng chống hiệu ứng phụ truyền dẫn tín hiệu, ví dụ phản xạ tín hiệu Trở đầu cuối dùng cho RS-485 từ 100Ω đến 120Ω Một sai lầm thường gây tác hại nghiêm trọng thực tế dùng trở đầu cuối trạm Đối với mạng bus có 10 trạm trở kháng tạo trở đầu cuối mắc song song 10Ω thay 50Ω thông thường Chú ý tải trở đầu cuối chiếm phần lớn toàn mạch, nên trường hợp hậu gây dòng qua trở đầu cuối lấn át, tín hiệu mang thơng tin tới thu suy yếu mạnh dẫn tới sai lệch hồn tồn Một số nối có tích hợp sẵn trở đầu cuối, dùng jumper để chọn chế độ thích hợp tùy theo vị trí trạm mạng Trong trường hợp cáp truyền ngắn tốc độ truyền thấp, ta khơng cần dùng trở đầu cuối Tín hiệu phản xạ suy giảm triệt tiêu sau vài lần qua lại Tốc độ truyền dẫn thấp có nghĩa chu kỳ nhịp bus dài Nếu tín hiệu phản xạ triệt tiêu hồn tồn trước thời điểm trích mẫu nhịp tiếp thep (thường vào chu kỳ) tín hiệu mang thơng tin khơng bị ảnh hưởng Có nhiều phương pháp để chặn đầu cuối đường dẫn RS485, minh họa Hình 2.36 Phương pháp dùng phổ biến dùng điện trở nối hai dây A B đầu Phương pháp gọi chặn song song Điện trở chọn có giá trị tương đương với trở kháng đặc trưng (trở kháng sóng) cáp nối Như khơng có tín hiệu phản xạ chất lượng tín hiệu mang thơng tin đảm bảo Nhược điểm phương pháp hao tổn nguồn hai điện trở 22 Phương pháp thứ hai gọi chặn RC, sử dụng kết hợp tụ C mắc nối tiếp với điện trở R Mạch RC cho phép khắc phục nhược điểm cách sử dụng điện trở nêu Trong lúc tín hiệu giai đoạn độ, tụ C có tác dụng ngắn mạch trở R có tác dụng chặn đầu cuối Khi tụ C đảo chiều cản trở dịng chiều có tác dụng giảm tải Tuy nhiên, hiệu ứng thông thấp (lowpass) mạch RC không cho phép hệ thống làm việc với tốc độ cao Một biến thể phương pháp chặn song song sử dụng rộng rãi có tên chặn tin cậy, có tác dụng khác tạo thiên áp tin cậy (fail-safe biasing) đảm bảo dòng tối thiểu cho trường hợp bus rỗi có cố Nối đất Mặc dù mức tín hiệu xác định điện áp chênh lệch hai dây dẫn A B khơng có liên quan tới đất, hệ thống RS-485 cần đường dây nối đất để tạo đường thoát cho nhiễu chế độ chung dịng khác, ví dụ dịng đầu vào thu Một sai lầm thường gặp thực tế dùng hai dây để nối hai trạm Trong trường hợp vậy, dịng chế độ chung tìm cách quay ngược trở lại nguồn phát, xạ nhiễu mơi trường xung quanh, ảnh hưởng tới tính tương thích điện từ hệ thống Nối đất có tác dụng tạo đường thoát trở kháng nhỏ vị trị xác định, nhờ giảm thiểu tác hại gây nhiễu Hơn nữa, với cấu hình trở đầu cuối tin cậy, việc nối đất tạo thiên áp giữ mức điện áp tối thiểu hai dây A B trường hợp kể bus rỗi có cố MBP (IEC 1158-2) MBP (Manchester Coded, Bus-Powered) kỹ thuật truyền dẫn đưa chuẩn IEC 1158-2 cũ nhằm vào ứng dụng điều khiển q trình cơng nghiệp chế biến lọc dầu, hóa chất, nơi có yêu cầu nghiêm ngặt an toàn cháy nổ nguồn cung cấp cho thiết bị trường Chuẩn IEC 61158-2 qui định nhiều kỹ thuật truyền dẫn khác nhau, có MBP, tên sử dụng để tránh nhầm lẫn Như tên thể hiện, MBP sử dụng mã Manchester, cho phép đồng tải nguồn đường bus, chế độ truyền đồng tốc độ truyền 31,25kbit/s Về mặt tín hiệu, thực chất MBP sử dụng phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng, với cáp đôi dây xoắn trở đầu cuối 100Ω Mức điện áp tối đa qui định nằm khoảng 0,75-1V Trong phạm vi dải tần tín hiệu, trạm phải có trở kháng lớn để việc chia nguồn không ảnh hưởng tới chất lượng truyền tải liệu Các điều kiện biên đảm bảo cho việc truyền dẫn an toàn môi trường dễ cháy nổ PTB (Physikalische Technische Bundesanstalt, Viện Kỹ thuật Vật lý Liên bang Đức) định nghĩa mơ hình FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) Trong chưa có chuẩn quốc tế thức cho lĩnh vực này, FISCO cơng nhận rộng rãi 23 mơ hình sở cho hệ thống bus trường làm việc môi trường nguy hiểm Các nguyên tắc sau đưa ra: • Một đoạn mạng phép có nguồn cung cấp điện • Trong trạng thái bình thường, thiết bị trường tiêu hao dòng sở cố định (≥ 10mA) • Mỗi thiết bị trường hoạt động tiêu hao dịng bị động • Mỗi đầu dây kết thúc trở đầu cuối bị động Một số đặc tính chuẩn IEC 1158-2 tóm tắt bảng 2.4 Lưu ý rằng, số trạm tối đa đoạn mạng theo qui định 32, số trạm thực tế ghép nối phụ thuộc vào mức bảo vệ chọn công suất nguồn nuôi Trong mạng an tồn riêng, điện dịng nguồn ni bị hạn chế mức định Bảng 2.5 liệt kê số thông số cho cung cấp nguồn chuẩn, với điều kiện tiêu hao nguồn trạm 10mA Trong trường hợp tiêu hao nguồn lớn hơn, số lượng trạm tối đa phải giảm theo tỉ lệ 24 tương ứng Chiều dài tối đa đoạn mạng mặt phụ thuộc vào công suất nguồn nuôi, mặt khác phụ thuộc vào số trạm tham gia Có thể tính tốn chiều dài cách tương đối dựa vào bảng 2.6 Tổng dòng tiêu hao cột thứ tính tổng tiêu hao trạm, cộng với dòng dự trữ 9mA đoạn mạng cho thiết bị ngắt lỗi FDE (Fault Disconnection Equipment) Trong điều khiển trình, trạm có cố khơng phép làm tê liệt đoạn mạng Vì vậy, FDE tích hợp trạm có nhiệm vụ tách trạm liên quan khỏi đoạn bus, trường hợp trạm tiêu hao dịng q lớn lý cố bên 25 ...Mục lục: I.1 I.2 Mã hóa bit I.1.1 Các tiêu chuẩn mã hóa bit I.1.2 NRZ, RZ I.1.3 Mã Manchester I.1.4 AFP I.1.5 FSK Kỹ thuật truyền dẫn I.2.1 Phương thức truyền dẫn tín hiệu I.2.2 RS – 232... I Mã hóa bit Mã hóa bit q trình chuyển đổi dãy bit (1,0) sang tín hiệu thích hợp để truyền dẫn mơi trường vật lý1 Việc chuyển đổi sử dụng tham số thơng tin thích hợp để mã hóa dãy bit cần truyền. .. có tốc độ truyền tương đối thấp II Kỹ thuật truyền dẫn Truyền liệu nối tiếp, không đồng phương pháp sử dụng chủ yếu hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Với phương pháp này, bit truyền từ bên