Bài tập lớn môn thiết kế ngoại vi và kĩ thuật ghép nối (13)

CHÀO MỪNG THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐẾN VỚI BÀI THUYẾT TRÌNH CỦA NHĨM NỘI DUNG CỦA BUỔI THUYẾT TRÌNH Giới Giới thiệu thiệu về giao giao tiếp tiếp UART, UART, RS485 RS485 Ứng Ứng dụng dụng của UART, UART, RS485 RS485 Cách Cách thức thức hoạt hoạt động động tổ tổ chức chức của UART, UART, RS485 RS485 Ưu Ưu và nhược nhược điểm điểm của UART UART và RS485 RS485 Thành viên nhóm Nguyễn Nguyễn Ngọc Ngọc Quang Quang Vũ Vũ Văn Văn Minh Minh Hoàng Hoàng Minh Minh Tân Tân Đặng Đặng Quốc Quốc Đăng Đăng Phần I Chuẩn giao tiếp UART 1.Giới thiệu giao tiếp UART, RS485 • • • • UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter – Bộ truyền nhận liệu nối tiếp bất đồng bộ) Là giao thức truyền thông thiết bị với thiết bị sử dụng nhiều Được sử dụng ứng dụng khai báo Khi cấu hình cách, UART hoạt động với nhiều loại giao thức nối tiếp khác liên quan đến việc truyền nhận liệu nối tiếp Tất loại kiến trúc vi điều khiển có phần cứng UART tích hợp giao tiếp nối tiếp sử dụng hai cáp để liên lạc  Dữ liệu truyền từ chân Tx UART truyền (Transmiter) đến chân Rx UART nhận (Receiver): 1.TX (Transmiter) – Dây truyền liệu 2.RX (Receiver) – Dây nhận liệu Hình Chuẩn giao tiếp UART Hình Giao diện UART chân chân • UART truyền liệu khơng đồng bộ, có nghĩa khơng có tín hiệu đồng hồ để đồng hóa đầu bit từ UART truyền đến việc lấy mẫu bit UART nhận • Thay tín hiệu đồng hồ, UART truyền thêm bit start stop vào gói liệu chuyển Các bit xác định điểm bắt đầu điểm kết thúc gói liệu để UART nhận biết bắt đầu đọc bit • Khi UART nhận phát bit start, bắt đầu đọc bit đến tần số cụ thể gọi tốc độ truyền (baud rate) Tốc độ truyền thước đo tốc độ truyền liệu, biểu thị bit giây (bps – bit per second) • Cả hai UART phải hoạt động tốc độ truyền Tốc độ truyền UART truyền nhận chênh lệch khoảng 10% trước thời gian bit bị lệch xa • Cả hai UART phải cấu hình để truyền nhận cấu trúc gói liệu Số lượng dây sử dụng Tốc độ truyền 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800, 921600, 1000000, 1500000 Phương pháp truyền Bất đồng Truyền nối tiếp hay song song? Nối tiếp Số lượng thiết bị chủ tối đa Số lượng thiết bị tớ tối đa Bảng Tổng quan UART Ứng dụng Là chuẩn giao tiếp thông dụng phổ biến công nghiệp từ trước đến Các tiêu chuẩn truyền thông RS422 & TIA sử dụng UART ngoại trừ RS232 Thông thường, UART IC riêng sử dụng giao tiếp nối tiếp UART 3 Cách thức hoạt động tổ chức B1 UART truyền liệu nhận từ bus liệu (Data Bus) B2 Sau UART truyền nhận liệu song song từ bus liệu, thêm bit start, bit chẵn lẻ bit stop, tạo gói liệu B3 Gói liệu xuất nối tiếp bit chân Tx B4 UART nhận đọc gói liệu bit chân Rx B5 Chuyển đổi liệu trở lại dạng song song loại bỏ bit start, bit chẵn lẻ bit stop B6 UART nhận chuyển gói liệu song song với bus liệu đầu nhận Packet Dữ liệu truyền qua UART tập hợp thành gói (packet) Mỗi gói chứa bit start, đến bit liệu (tùy thuộc vào UART), bit chẵn lẻ (parity bit) tùy chọn bit stop Hình Packet UART Data Frame (Khung liệu) Start bit (Bit bắt đầu) - Đường truyền liệu UART mức điện áp cao khơng truyền liệu - Để truyền liệu, UART truyền kéo đường truyền từ mức cao xuống mức thấp chu kỳ đồng hồ - Khi UART nhận phát chuyển đổi điện áp cao xuống thấp, bắt đầu đọc bit khung liệu tần số tốc độ truyền • • • • Khung liệu chứa liệu thực tế truyền Nó dài từ bit đến bit sử dụng bit chẵn lẻ Nếu không sử dụng bit chẵn lẻ, khung liệu dài bit Trong hầu hết trường hợp, liệu truyền với bit có trọng số bé (LSB – Least Significant Bit) trước tiên Parity Bit (Bit chẵn lẻ) - Tính chẵn lẻ mơ tả tính chẵn lẻ số - Bit chẵn lẻ cách để UART nhận cho biết liệu có liệu thay đổi q trình truyền hay khơng - Bit bị thay đổi xạ điện từ, tốc độ truyền không khớp truyền liệu đường dài Hình Parity Bit UART Stop Bit (Bit kết thúc) Để báo hiệu kết thúc gói liệu, UART gửi điều khiển đường truyền liệu từ điện áp thấp đến điện áp cao hai khoảng thời gian bit Hình Stop bit UART Các bước truyền UART B1 UART truyền nhận B3 Tồn gói gửi nối tiếp từ UART liệu song song từ bus truyền đến UART nhận UART nhận lấy mẫu liệu đường liệu tốc độ truyền định cấu hình trước Hình 12 Mẫu đường liệu UART B4 UART nhận loại bỏ bit start, bit Hình 10 Tryền nhận liệu UART chẵn lẻ bit stop khỏi khung liệu B2 UART truyền thêm bit Hình 13 Loại bit UART start, bit chẵn lẻ bit dừng B5 UART nhận chuyển đổi liệu nối vào khung liệu tiếp trở lại thành song song chuyển đến bus liệu đầu nhận Hình 11 Truyền bit UART Hình 14 Nhận chuyển bus liệu UART Ưu nhược điểm UART 1.Ưu điểm • Chỉ sử dụng hai dây để truyền liệu • Khơng cần tín hiệu đồng hồ • Có bit chẵn lẻ phép kiểm tra lỗi • Cấu trúc gói liệu thay đổi miễn hai bên thiết lập cho • Phương pháp truyền đơn giản, giá thành thấp 2.Nhược điểm • Kích thước khung liệu giới hạn tối đa bit • Khơng phù hợp với hệ thống đòi hỏi nhiều thiết bị chủ tớ • Tốc độ truyền UART phải nằm khoảng 10%  PHẦN II Chuẩn giao tiếp RS485 Giới thiệu giao tiếp RS485 RS chữ viết tắt Recommended Standard (Tiêu chuẩn khuyến nghị) RS485 hay biết đến với tên gọi đầy đủ chuẩn giao tiếp RS485 hay cáp RS485, phương thức giao tiếp kết nối với máy tính thiết bị khác RS485 không đơn giao diện đơn lẻ mà tổ hợp truyền thơng có khả tạo mạng đơn giản nhiều thiết bị Chuẩn giao tiếp RS485 kết nối max lên đến 32 thiết bị cặp dây đơn hệ thống dây nối đất khoảng cách lên đến 1200m Hình 15 RS-485 Cấu tạo RS485 Cáp RS485 cấu tạo đơn giản, từ sợi dây xoắn lại với theo cặp Tuy nhiên, cấu tạo lại sinh nhược điểm nghiêm trọng, tượng nhiễu xuất cặp dây cặp dây khác bị Điều dẫn đến điện áp hoạt động dây khơng có q nhiều chênh lệch, phận thu RS485 nhận tín hiệu thu loại bỏ hết tượng nhiễu 2 Ứng dụng Dây chuyển đổi USB sang RS485 – Bộ chuyển đổi USB sang RS485 thường dùng ngành công nghiệp, thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng mang theo Bộ chuyển đổi có mạch bảo vệ chống rỉ, chống lại tác động từ mơi trường xấu bên ngồi – Hoạt động: Bộ chuyển đổi có khả liên lạc nhanh, ổn định bảo mật cao nên tự động thu phát Cáp điều khiển RS485 – Grove – Grove biết đến mẫu kết nối hệ thống tiêu chuẩn hóa đơn giản dễ dàng ứng dụng học tập – Grove cho phép Arduino người sử dụng kết nối trực tiếp với RS485, cắm trực tiếp tiến hành sử dụng Kết nối RS485 với máy tính – Đây chuyển đổi cấu tạo có mạch bảo vệ cách ly nguồn cách ly từ tính Bộ chuyển đổi S177P1 thiết kế riêng cho tín hiệu Modbus RTD RS 485, RS232 giao tiếp với máy tính thơng qua cổng USB Bộ chuyển đổi dùng để cách ly USB sang RS485, sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp – Bộ chuyển đổi đánh giá dễ dùng, thu phát tự động mà khơng gây tình trạng trễ thông tin, lựa chọn tuyệt vời cho ứng dụng yêu cầu giao tiếp cao Hình 17 Bộ chuyển đổi S117P1 Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang USB – Bộ chuyển đổi tín hiệu chuyên dụng từ RS485 sang USB giúp người sử dụng giải trường hợp khó khăn máy tính trở nên dễ dàng – Hiện nay, loại laptop cắt tồn cổng COM RS232 chúng làm cho laptop cồng kềnh hơn, sử dụng RS485 laptop nhỏ gọn, tiết kiệm diện tích Hình 18 Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang USB Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet – Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet giúp tín hiệu truyền tập trung tuyệt đối quản lý diện rộng, khơng cịn bị giới hạn khoảng cách địa lý hay diện tích, độ dài dây dẫn – Bộ chuyển đổi tín hiệu phát minh vĩ đại cho hệ thống lớn xưởng sản xuất lớn, nhà máy lớn, hệ thống cơng nghiệp lớn,… Hình 19 Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet Ứng dụng RS485 công nghiệp: RS485 ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp nói chung ngành tự động hóa nói riêng Những ứng dụng bật RS485 kể đến việc ứng dụng điều khiển động từ xa VFD biến tần RS485 điều khiển hệ thống mạng đơn giản PLC, HMI Hình 20 RS485 công nghiệp Cách thức hoạt động tổ chức Cấu tạo cáp RS485 Nguyên lý hoạt động RS485 đơn giản, liệu truyền qua dây xoắn lại với nhau, dây gọi cáp xoắn Khi dây xoắn lại tạo cho RS485 khả chống nhiễu cao khả truyền tín hiệu đường dài tốt RS485 chia làm loại cấu hình, sử dụng nhiều cấu hình dây cấu hình dây Các bạn tìm hiểu nguyên lý hoạt động loại cấu hình nhé! Hình 21 Cấu tạo cáp RS485 Sơ đồ chân RS485 dây Đối với cấu hình dây, liệu truyền theo hướng thời điểm định Với kiểu thiết lập này, tín hiệu TX RX dùng chung cặp dây giúp người sử dụng tiết kiệm chi phí cài đặt Hình 22 Sơ đồ chân RS485 dây Sơ đồ chân RS485 dây Nguyên lý hoạt động cấu hình dây tương đối khác, liệu truyền đến đồng thời từ nút Tại đây, dây đảm nhận nhiệm vụ truyền dây lại đảm nhận nhiệm vụ nhận Nhìn vào hình trên, ta thấy cổng máy phát kết nối lại với hệ thống nút nhận liệu cặp xoắn Tuy nhiên, bạn cần ý kết bị giới hạn giao tiếp phụ, hay hiểu đơn giản bị giới hạn nơi nút nhận tín hiệu từ Hình 23 Sơ đồ chân RS485 dây Ưu nhược điểm RS485 Ưu điểm RS485 Nhược điểm RS485 – Là sản phẩm tân tiến nay, khắc phục yếu điểm mà RS232 để lại – Khi truyền nhiều thiết bị đường dây gian đáp ứng chậm – Cáp RS485 chuẩn giao tiếp kết nối lúc nhiều máy phát máy thu – Các thiết bị cần phải dùng chung chuẩn RS485 thay cho chuẩn Analog hữu hệ thống mạng – Cần có kiến thức định để sử dụng RS485 hiệu – Những máy thu có điện trở đầu vào lên đến 12kΩ RS485 kết nối lên 32 thiết bị Ngoài ra, với đầu vào khác, RS485 kết nối tối đa lên 256 thiết bị – Khi RS485 kết nối thiết bị khoảng cách xa người sử dụng khắc phục cách lắp thêm lặp để tăng số lượng thiết bị kết nối, giúp tín hiệu ổn định hơn, tránh nhiễu đường truyền – RS485 có lắp đặt dây truyền tín hiệu nên tín hiệu truyền nhanh khoảng cách xa rộng Sự khác UART RS485   Số lượng thiết bị UART RS485 thiết bị chủ 32- Bộ phát thiết bị tớ Chế độ truyền thông Bất đồng 32- Bộ thu Half-Duplex Full-Duplex Tốc độ truyền (bps) 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800, 921600, 1000000, 1500000 10M 1M 100k PHẦN TRÌNH BÀY CỦA NHÓM ĐẾN ĐÂY LÀ KẾT THÚC THANKS FOR WATCHING! ... Những máy thu có điện trở đầu vào lên đến 12kΩ RS485 kết nối lên 32 thiết bị Ngồi ra, với đầu vào khác, RS485 kết nối tối đa lên 256 thiết bị – Khi RS485 kết nối thiết bị khoảng cách xa người... biết đến mẫu kết nối hệ thống tiêu chuẩn hóa đơn giản dễ dàng ứng dụng học tập – Grove cho phép Arduino người sử dụng kết nối trực tiếp với RS485, cắm trực tiếp tiến hành sử dụng Kết nối RS485... tổ hợp truyền thơng có khả tạo mạng đơn giản nhiều thiết bị Chuẩn giao tiếp RS485 kết nối max lên đến 32 thiết bị cặp dây đơn hệ thống dây nối đất khoảng cách lên đến 1200m Hình 15 RS-485 Cấu