tài liệu ghép nối cực hay

tài liệu ghép nối cực hay

Phần III: GHÉP NỐI PHẦN CỨNG Chương 10: GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP Mục đích: Trang bị cho SV một cách tổng quan về ghép nối với máy tính, và đi sâu về giao tiếp nối tiếp (tuần tự). Trang bị cho SV kiến thức khái quát về truyền thông nối tiếp, và cụ thể hóa qua truyền thông theo chuẩn RS232. I. Tổng quan về ghép nối với máy tính Mô hình ghép nối máy tính với các thiết bị phần cứng Sơ đồ ghép nối thiết bị để thực hiện quá trình điều khiển và giám sát trên máy tính II. Tổng quan về truyền thông nối tiếp Có thể giao tiếp nối tiếp qua RS232, RS485, USB, Ethernet. 1. Cỗng USB USB (Universal Serial Bus) là một chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máy tính. USB sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường được thiết kế dưới dạng các đầu cắm cho các thiết bị tuân theo chuẩn cắm-là-chạy mà với tính năng cắm nóng thiết bị (nối và ngắt các thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống). Thiết bị đo Thiết bị điều khiển Thiết bị công suất Đối tượng điều khiển PC Mạch kết nối Chuyển đổi USB sang nối tiếp TTL sử dụng FT232BM USB có những đặc trưng sau đây:  Cho phép mở rộng 127 thiết bị kết nối cùng vào một máy tính thông qua một cổng USB duy nhất (bao gồm các hub USB);  Những sợi cáp USB riêng lẻ có thể dài tới 5 mét; với những hub, có thể kéo dài tới 30 mét (6 sợi cáp nối tiếp nhau thông qua các hub) tính từ đầu cắm trên máy tính.  Với USB 2.0 chuẩn tốc độ cao, đường truyền đạt tốc độ tối đa đến 480 Mbps.  Cáp USB gồm hai sợi nguồn (+5V và dây chung GND) cùng một cặp gồm hai sợi dây xoắn để mang dữ liệu.  Trên sợi nguồn, máy tính có thể cấp nguồn lên tới 500mA ở điện áp 5V một chiều (DC).  Những thiết bị tiêu thụ công suất thấp (ví dụ: chuột, bàn phím, loa máy tính công suất thấp ) được cung cấp điện năng cho hoạt động trực tiếp từ các cổng USB mà không cần có sự cung cấp nguồn riêng (thậm trí các thiết bị giải trí số như SmartPhone, PocketPC ngày nay sử dụng các cổng USB để xạc pin). Với các thiết bị cần sử dụng nguồn công suất lớn (như máy in, máy quét ) không sử dụng nguồn điện từ đường truyền USB như nguồn chính của chúng, lúc này đường truyền nguồn chỉ có tác dụng như một sự so sánh mức điện thế của tín hiệu. Hub có thể có nguồn cấp điện riêng để cấp điện thêm cho các thiết bị sử dụng giao tiếp USB cắm vào nó bởi mỗi cổng USB chỉ cung cấp một công suất nhất định.  Những thiết bị USB có đặc tính cắm nóng, điều này có nghĩa các thiết bị có thể được kết nối (cắm vào) hoặc ngắt kết nối (rút ra) trong mọi thời điểm mà người sử dụng cần mà không cần phải khởi động lại hệ thống.  Nhiều thiết bị USB có thể được chuyển về trạng thái tạm ngừng hoạt động khi máy tính chuyển sang chế độ tiết kiệm điện. 2. Cỗng RJ-45 Pin Function 1 DSR 2 Carrier 3 DTR 4 SG(Gnd) 5 RxD 6 TxD 7 CTS 8 RTS Chức năng của các chân như sau: + chân 1 : Data Set Ready (DSR) : Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu + chân 2 : Data Carrier Detect (DCD) : Phát tín hiệu mang dữ liệu + chân 3 : Data Termial Ready (DTR) : Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu + chân 4 : Singal Ground (SG) : Mass của tín hiệu + chân 5: Receive Data (RxD) : Nhận dữ liệu + chân 6 : Transmit Data (TxD) : Truyền dữ liệu + chân 7 : Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi , bộ nhận đặt đường này lên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu + chân 8 : Request to Send (RTS): yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu. 3. Cỗng COM Cổng COM (communication) là một cổng thông dụng trong các máy tính trong các máy tính truyền thống dùng kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính như: bàn phím, chuột điều khiển, modem, máy quét Pin Function Pin Function 1 Carrier 1 Carrier 2 RxD 2 TxD 3 TxD 3 RxD 4 DTR 4 DTR 5 SG 5 SG 6 DSR 6 DSR 7 RTS 7 CTS 8 CTS 8 RTS 9 Ring 9 Ring Chức năng của các chân như sau: + chân 1 : Data Carrier Detect (DCD) : Phát tín hiệu mang dữ liệu + chân 2: Receive Data (RxD) : Nhận dữ liệu + chân 3 : Transmit Data (TxD) : Truyền dữ liệu + chân 4 : Data Termial Ready (DTR) : Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu + chân 5 : Singal Ground (SG) : Mass của tín hiệu + chân 6 : Data Set Ready (DSR) : Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu + chân 7 : Request to Send (RTS): yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu + chân 8 : Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi , bộ nhận đặt đường này lên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu + chân 9 : Ring Indicate (RI) : Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông. III. Tổng qua về truyền thông theo chuẩn RS232 1. Khái quát về RS232 Vấn đề giao tiếp giữa PC và các thiết bị ngoại vi là rất quan trọng trong các ứng dụng điều khiển, đo lường Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính. Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ để kết nối 2 thiết bị, chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt. Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi dọc theo đường truyền. Có hai phiên bản RS232 được lưu hành trong thời gian tương đối dài là RS232B và RS232C. Nhưng cho đến nay thì phiên bản RS232B thì ít được dùng, còn RS232C hiện vẫn được dùng và thường được gọi với tên ngắn gọn là chuẩn RS232. Các máy tính thường có 1 hoặc 2 cổng nối tiếp theo chuẩn RS232C được gọi là cổng COM. Chúng được dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường Trên main máy tính có loại 9 chân hoặc loại 25 chân (rất ít gặp) tùy vào đời máy và main của máy tính. Việc thiết kế giao tiếp với cổng COM cũng tương đối dễ dàng, đặc biệt khi chọn chế độ hoạt động là không đồng bộ và tốc độ truyền dữ liệu thấp. Các thiết bị ghép nối nối tiếp chia làm hai loại DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (Data Communication Equipment). DCE là các thiết bị trung gian như modem, còn DTE là các thiết bị như máy tính, vi điều khiển, PLC, là nguồn tạo ra dữ liệu hay tiếp nhận dữ liệu để xử lý. Có thể ghép nối DTE với DTE hoặc DCE, DCE với DTE hoặc DCE. Tín hiệu truyền nối tiếp theo dạng xung chuẩn RS232 của EIA (Electronics Industry Associations), mức logic 0 còn gọi là Space giữa +3 và +25V, mức logic 1 còn gọi là Mark, ở giữa −3V và −25V. Từ DTE tín hiệu được truyền giữa hai dây TXD và GND theo khuôn dạng như hình sau: 2. Ưu điểm của giao diện nối tiếp RS232 + Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao; + Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện; + Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua công nối tiếp. 3. Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232 + Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới (logic 0 và 1) là +-12V. Hiện nay đang được cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 ÷ 7000Ω; + Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ +-3V đến 12V; + Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps ; + Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF; + Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 Ω nhưng phải nhỏ hơn 7000Ω; + Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m nếu chúng ta không sử model; + Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn: 50, 75, 110, 750, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400 56600, 115200 bps. 4. Các mức điện áp đường truyền RS 232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Do đó ngay từ đầu tiên ra đời nó đã mang vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vấn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả các mức logic 0 và 1. Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở kháng tải được đấu vào bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát. Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C hiện nay được mô tả như sau: + Mức logic 0 : +3V , +12V + Mức logic 1 : -12V, -3V Các mức điện áp trong phạm vi từ -3V đến 3V là trạng thái chuyển tuyến. Chính vì từ - 3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong một thời gian ngắn hợp lý. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các thiết bị tham gia và của cả đường truyền. 5. Truyền dữ liệu 5.1. Quá trình truyền dữ liệu Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ. Do vậy nên tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền (1 kí tự). Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp theo. Bit này luôn bắt đầu bằng mức 0 Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits data) được gửi dưới dạng mã ASCII( có thể là 5,6,7 hay 8 bit dữ liệu) Sau đó là một Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng - bit stop có thể là 1, 1,5 hay 2 bit dừng. 5.2. Tốc độ Baud, tốc độ bit Tham số này chính là đặc trưng cho quá trình truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232. Tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1 giây. Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên phát và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau (tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính phải chung nhau 1 tốc độ truyền bit). Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả bit được truyền còn tốc độ bit thì phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền. Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200… Trong các thiết bị người ta thường dùng tốc độ là 19200 Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 thì yêu cầu khi sử dụng chuẩn là thời gian chuyển mức logic không vượt quá 4% thời gian truyền 1 bit. Do vậy, nếu tốc độ bit càng cao thì thời gian truyền 1 bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ. Điều này làm giới hạn tốc Baud và khoảng cách truyền. 5.3. Bit chẵn lẻ hay Parity bit Đây là bit kiểm tra lỗi trên đường truyền. Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi khi truyền dữ liệu là bổ xung thêm dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa một số lỗi trong quá trình truyền . Do đó trong chuẩn RS232 sử dụng một kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ. Một bit chẵn lẻ được bổ sung vào dữ liệu được truyền để ta thấy số lượng các bit "1" được gửi trong một khung truyền là chẵn hay lẻ. Một Parity bit chỉ có thể tìm ra một số lẻ các lỗi chả hạn như 1,3,5,7,9 Nếu như một bit chẵn được mắc lỗi thì Parity bit sẽ trùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi vì thế không phát hiện ra lỗi. Do đó trong kỹ thuật mã hóa lỗi này không được sử dụng trong trường hợp có khả năng một vài bit bị mắc lỗi. IV. Một số mạch chuyển đổi sang chuẩn TTL Trong giới hạn khởi đầu cho các môn học về tự động hóa, ta chỉ xét chuyển đổi từ chuẩn RS232 sang chuẩn TTL. Có rất nhiều mạch giao tiếp của RS232 giữa vi điều khiển hay các thiết bị khác với PC. Dưới đây là những mạch giao tiếp thường được dùng. 1. Mạch chuẩn đổi RS232 dùng IC Max232 Max232 là IC chuyên dùng cho giao tiếp giữa RS232 và thiết bị ngoại vi. Max232 là IC của hãng Maxim. Đây là IC chay ổn định và được sử dụng phổ biến trong các mạch giao tiếp chuẩn RS232. Giá thành của Max232 phù hợp và tích hợp trong đó hai kênh truyền cho chuẩn RS232. Mỗi đầu truyền ra và cổng nhận tín hiệu đều được bảo vệ chống lại sự phóng tĩnh điện. Ngoài ra Max232 còn được thiết kế với nguồn +5V là nguồn công suất nhỏ. Mạch giao tiếp như sau : 2. Mạch chuẩn đổi RS232 dùng DS275 Đây cũng là IC của hãng Maxim. DS275 được dùng trong các mạch giao tiếp của chuẩn RS232 nhưng do nó chỉ là bán song công và dùng trong các thiết kế công suất nhỏ. Mạch giao tiếp khá đơn giản. Do bán song công nên trong các ứng dụng ít được dùng. 3. Mạch chuẩn đổi RS232 dùng transitor Mạch sử dụng 2 transior để giao tiếp RS232. Mạch giao tiếp khá đơn giản, nhưng độ tin cậy kém nên thực tế ít được dùng. [...]... thời gian kiểm tra dữ liệu nhận đuợc, nơi truyền sẽ kéo dài độ rộng của bít Stop ra 1,5 hoặc 2 bít V Thiết bị ngoại vi 1 Mở đầu về 8051 (89c51) Port 1, 2, 3: Port 0 2 Truyền thông nối tiếp trong 8051 2.1 UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter) UART được biết như là một cỗng nối tiếp Nó dùng để truyền và nhận dữ liệu với baud rate khác nhau Khi UART là việc thì dữ liệu được ghi vào thanh... quartz frequency) 1 1 3 9-bit UART Determined by the timer 1 2.2.1 Mode 0 Trong mode 0, dữ liệu nối tiếp được truyền và nhận thông qua chân RXD, trong khi chân TXD xuất xung clock TRANSMIT – Dữ liệu truyền cần được ghi vào thanh ghi SBUF Khi 8 bit đã được gửi thì bit TI của SCON được tự động set RECEIVE - Dữ liệu truyền nối tiếp được nhận qua chân RXD với điều khiện bit REN=1 và RI=0 Khi 8 bit đã được nhận... modems(thiết bị mã hoá, giải mã dữ liệu) và các thiết bị khác Dù RS-232 có thể truyền dữ liệu đồng bộ nhưng liên kết không đồng bộ vần được dùng phổ biến hơn Phần lớn liên kết RS-485 dùng giao tiếp không đồng bộ Truyền không đồng bộ có thể dùng một trong vài cách định dạng phổ biến Phổ biến nhất là kiểu 8-N-1, nơi truyền sẽ truyền mỗi byte dữ liệu một bít Start, tiếp theo là 8 bít dữ liệu bắt đầu với bít 0(bít... định dạng 8-N-1 chỉ rằng truyền dữ liệu không dùng bít chẵn lẻ Một dạng định dạng khác là bao gồm một bít chẵn lẻ giống như dạng đơn giản của kiểm soát lỗi Khi số các bit 1 trong byte là chẵn thì bít Odd Parity Bit = 1 và bít lẻ = 0, Một số dạng khác không phổ biến là dùng một số khác nhau của số bít dữ liệu Rất nhiều cổng nối tiếp hỗ trợ mọi nơi từ 5 ->8 bít dữ liệu, cộng với bít chẵn lẻ Tốc độ số... thông đa xử lý) Bit thứ 9 trong trong truyền tin có thể dùng làm bit xác định trong truyền thông cho 2 hay nhiều vi điều khiển Trong trường hợp này phải set bit SM2 trong SCON 5 Khởi động port nối tiếp Nạp giá trị cho các thanh ghi sau để thiết lập quá trình truyền nối tiếp Ví dụ: Khởi động port nối tiếp 6 Counters and Timers Vi điều khiển 8051 có 2 timer/counter gọi là T0 và T1 Mục đích chính là... truyền được kích hoạt bằng việc ghi vào SBUF Dữ liệu sẽ được truyền khi set bit TI của SCON RECEIVE - bit START (logic zero (0)) trên chân RXD khởi động quá trình nhận dữ liệu Có 2 điều khiện kèm theo: bit REN=1 và bit RI=0 Khi đã nhận xong thì bit RI của SCON được tự động set 2.2.4 Mode 3 Mode 3 như Mode 2 trong tất cả baud rate Baud rate trong Mode 3 là thay đổi 3 Baud rate 3.1 Tạo baud rate từ tần... bit data và một bit STOP (luôn là 1) bit START khởi động quá trình nhận dữ liệu, trong khi bit STOP được tự động ghi vào bit RB8 trong SCON TRANSMIT – Quá trình truyền được kích hoạt bằng việc ghi vào SBUF Dữ liệu sẽ được truyền khi set bit TI của SCON RECEIVE - bit START (logic zero (0)) trên chân RXD khởi động quá trình nhận dữ liệu Có 2 điều khiện kèm theo: bit REN=1 và bit RI=0 Khi đã nhận xong thì... cảnh báo nếu nhiệt độ cao hoặc thấp hơn giới hạn đặt Sơ đồ mạch của hệ thống DAQ Giao diện của hệ thống DAQ 10.2 Mạch kiểm tra kết nối giữa PC và AT89C51 Chương 11: LẬP TRÌNH GIAO TIẾP NỐI TIẾP Mục đích: Trang bị cho SV kiến thức cụ thể về lập trình cho truyền thông nối tiếp qua cỗng COM trên VisualC++ I Lập trình giao diện tương tác với người dùng 1 Khái quát Visual C++ 6.0 và thư viện lập trình... lên cao thì đọc các bit.Chi tiết chính xác của giao thức này có thể biến đổi khác đi Ví dụ, nơi nhận có thể chốt dữ liệu nhận trong sườn xung tăng hoặc giảm, hoặc là phát hiện mức logic ở mức cao hoặc thấp Định dạng đồng bộ dùng các cách khác nhau để bắt đầu và kết thúc việc truyền dữ liệu, bao gồm bít Start và bít Stop và tín hiệu lựa chọn chíp 4.2 Định dạng không đồng bộ: Trong truyền không đồng bộ,... một giây được truyền đi hoặc là nhận về trong một đơn vị thời gian Tốc độ bus là số các sự kiện hình xảy ra hoặc truyền dữ liệu trên giây Hai giá trị này thường đồng nhất với nhau trong nhiều liên kết Trong đường dây điện thoại, môdem tốc độ cao mã hoá nhiều bít trong mỗi chu kì dữ liệu vì thế tốc độ bus thực tế nhỏ hơn tốc độ bit( bit rate) Mọi bít cần thiết cho truyền một giá trị từ bít Start đến bít . truyền thông nối tiếp, và cụ thể hóa qua truyền thông theo chuẩn RS232. I. Tổng quan về ghép nối với máy tính Mô hình ghép nối máy tính với các thiết bị phần cứng Sơ đồ ghép nối thiết bị. Phần III: GHÉP NỐI PHẦN CỨNG Chương 10: GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP Mục đích: Trang bị cho SV một cách tổng quan về ghép nối với máy tính, và đi sâu về giao tiếp nối tiếp (tuần tự) khiển, đo lường Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính. Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định