CHƯƠNG 6 CHUẨN RS 485

CHƯƠNG VI : Chuẩn RS-485 Giới thiệu: Khi hệ thống cần truyền khối thông tin nhỏ khoảng cách xa, thông thường người ta chọn RS-485 Mạng sử dụng chuẩn RS-485 đa dạng: ta giao tiếp PC với nhau, PC với Vi Xử Lý , thiết bò truyền thông nối tiếp bất đồng Khi so sánh với Ethernet giao diện truyền thông theo chuẩn khác giao diện RS-485 đơn giản giá thành thấp nhiều Theo nhận đònh em ( truyền khối liệu nhỏ ) chuẩn RS485 linh động Ta chọn số lượng điều khiển ( Master ), nhận ( Slave ), chiều dài cáp, tốc độ truyền, số node cần giao tiếp, tiết kiệm lượng Một số đặt điểm RS-485: Giá thành thấp: Các điều khiển ( Driver ) nhận ( Receiver ) không đắt yêu cầu cung cấp nguồn đơn +5V để tạo mức điện áp vi sai tối thiểu 1.5V ngỏ vi sai Khả mạng: RS-485 giao diện đa điểm ( multi-drop ), có nhiều Driver Receiver, số Receiver lên đến 256 ngõ vào Receiver có trở kháng vào cao  Khả kết nối: RS-485 truyền xa 1200m, tốc độ lên đến 10Mbps Nhưng thông số không xảy lúc Khi tốc độ truyền tăng tốc độ baud giảm xuống Ví dụ: tốc độ 90Kbps khoảng cách 1200m, 1Mbps khoảng cách 120m, với tốc độ 10Mbps khoảng cách 15m Giải thích số đặc tính RS-485 :  Các đường truyền cân không cân bằng: Sở dỉ RS-485 truyền khoảng cách lớn chúng sử dụng đường truyền cân Mỗi tín hiệu truyền cặp dây, với mức điện áp dây âm điện áp bù dây Receiver đáp ứng phần hiệu mức điện áp, minh hoạ hình dưới: A B VA o VB o GND Hình: Đường truyền cân Vin GND Hình: Đường truyền không cân Một thuận lợi lớn RS-485 khả chống nhiễu tốt Một thuật ngữ khác đường truyền tín hiệu dạng vi sai tín hiệu TIA/EIA – 485 đònh hai đường vi sai A B Tại điều khiển ( Driver ) VA > VB mức logic đầu vào cao, ngïc lại V A < VB mức logic đầu vào thấp Tại nhận ( Receiver ) V A > VB mức logic đầu cao ngược lại Đối với Receiver đầu vào phải nằm tầm –7V ÷ + 12 V Mức áp vi sai đầu vào tối đa - 6V ≤ VA – VB ≤ +6V  Tại dùng đường truyền cân có lợi : Đường truyền cân có ưu điểm hai đường tín hiệu mang dòng gần ngược dấu Điều giúp giảm nhiễu đøng truyền hầu hết điện áp nhiễu điều tăng hay giản điều hai đường truyền Bất kì điện áp nhiễu tác động lên dây điều bò triệt tiêu điện áp bù dây Đường nhiễi dây khác cáp bên Một nhận cân nhận tín hiệu cần truyền, loại bỏ tín hiệu nhiễu giảm nhiều tín hiệu nhiễu Ngược lại, giao tiếp không cân bằng, nhận phát mức điện áp dây tín hiệu đất Khi có nhiễu chúng tác động đến mạch, gặp mội trường có nhiễu lớn chúng gây sai lệch mức logic →mạch hoạt động sai Một ưu điểm khác đường truyền cân triệt tiêu phần điện áp tiềm tàng phát nhận Trong kết nối khoảng cách lớn, điện Driver Reciver khác nhiều vôn đường truyền không cân bằng, điện đất khác làm cho Receiver không đọc đầu vào Còn đường truyền cân chúng không quan tâm đến điện đất đọc phần điện hiệu hai dây truyền tín hiệu Trong thực tế, thành phần RS-485 phù hợp với chênh lệch đất đònh Một cách để triệt tiêu giảm bớt vấn đề cô lập mạng Nguyên tắc hoạt động RS-485 : a) Mức áp yêu cầu: Giao tiếp RS – 485 điển hình sử dụng nguồn cung cấp đơn +5V mức logic đầu phát đầu thu mức TTL hay mức CMOS, để có mức thích hợp VA – VB ≥ 1.5V Điện áp đầu đất không xác đònh việc trừ mà mode điện áp chung phải nằm tầm ±7V Nếu giao tiếp cân cách hoàn hảo đầu offset nửa với nguồn cung cấp Bất cân làm tăng hay giảm mức offset Hình bên áp A B điều khiển RS-485 Biên độ đầu gần 3V thay đổi từ +1 ÷ +4V –1V ÷ -4V so với đất Nguồn cung cấp cho điều khiển +5V A B Ngỏ phát RS-485 Hình bên mức điện áp vi sai dây A B đầu Driver Biên độ đỉnh đỉnh áp 6V gấp hai lần biên độ đỉnh đỉnh điện áp đường dây Ngỏ vi phân phát RS-485 Nếu đầu đóng mở trước đầu khác điện áp đầu vi sai đóng mở chậm điều giới hạn tốc độ truyền mạng Thời gian lệch ( Skew ) khoảng thời gian đóng mở chênh lệch đầu Các Driver RS-485 thiết kế cho tối thiểu thời gian lệch Tại Receiver, điện áp đầu vào A B cần 200mV Nếu V A - VB ≥ 0.2V đầu thu đọc mức logic 1, ngược lại mức logic điện áp vi sainày < 0,2V mức logic không xác đònh Sự khác điện áp Driver Receiver giới hạn nhiễu cho phép 1,3V điện áp vi sai yếu bò nhiễu kí sinh khoảng 1,3 V đầu thu nhận mức logic Trong hầu hết mạng, điện áp đầu phát lớn 1,5V Do giới hạn nhiễu lớn Một Driver cần cấp nguồn 3V có áp vi sai đầu 1,5 V TIA/EIA – 485 đònh nghóa : B > A → mức 1; A > B → mức Sử dụng đònh nghóa chip giao tiếp RS-485 làm ngược lại b) Dòng yêu cầu: Dòng tổng RS-485 thay đổi theo trở kháng vào thành phần mạng gồm: phát, đầu thu, cáp thành phần đầu cuối Trở kháng phát thấp trở kháng cáp thấp cho phép việc đóng mở nhanh bảo đảm thu nhận tín hiệu với tốc độ cao Nếu trở kháng đầu thu cao làm giảm dòng mạng kéo dài tuổi thọ nguồn Việc sử dụng thành phần đầu cuối có lợi dòng mạng Khi thành phần đầu cuối trở kháng vào thu ảnh hưởng lớn điện trở tổng nối tiếp Tổng trở kháng vào thay đổi theo thu trở kháng vào chúng Một phát RS-485 lái đến 32 đơn vò tải TIA/EIA – 485 xác đònh đơn vò tải dạng dòng yêu cầu Một thu tương đương đơn vò tải, mà tải không kéo nhiếu lượng dòng xác đòmh đầu vào điện áp xác đònh theo tiêu chuẩn Khi áp đầu thu 12V đơn vò tải – Bộ thu không kéo nhiều 1mA Để đạt yêu cầu thu phải có điện trở đầu vàu 12 KΩ, mắc đầu vi sai với Vcc hay GND tùy thuộc vào chiều dòng điện Nếu thêm thu điện trở tương 6000 Ω Nếu có 32 đơn vò tải R tương đương 375Ω Chuyển đổi sang TTL: a) Song công ( Full-Duplex ): RS-485 thiết kế để dùng cho hệ thống nhiều node ( multi-drop) Hầu hết mạng RS-485 bán song công sử dụng nhiều phát thu, chia đường truyền tín hiệu Nhưng sử dụng RS-485 dạng song công, hướng có đường truyền tín hiệu riêng Việc chuyển đổi mạng RS-232 sang RS-485 song công dễ dàng thực phần mềm Với mạng loại ta sử dụng SN75179B hai đầu phát thu Mạng gồm phát dùng chuyển đổi 5V TTL sang RS-485 thu dùng chuyển RS-485 sang 5V TTL Đây giải pháp đơn giản ta muốn tạo mạng song công, khoảng cách xa vi điều khiển Các chip giao tiếp RS-485 nhỏ hơn, đơn giản rẻ việc chuyển đổi sang RS-232 NODE NODE O O O NODE O O O NODE O O Hình 1.5: Kết nối song công nhiều node Trong mạng gồm có chủ tớ, node chủ dùng để điều khiển mạng cho phép việc thu phát thành phần khác Một cặp dây dùng để nối phát chủ với thu tớ, cặp dây khác nối phát tớ với thu chủ Tất tớ phải thông tin từ chủ để biết cho phép Việc đònh đòa tớ xác đònh cặp dây đối lặp Thuận lợi phương pháp tiết kiệm thời gian cho tớ chúng không đọc thông tin trả lời tớ khác Nếu tất node chia đường liệu tớ phải đọc tất thông tin lưu thông đường mạng để lấy thông tin từ chủ gởi tới b) Bán song công: Rất nhiều mạng dùng kết nối 485 bán song công với nhiếu phát thu chia đường tín hiệu Khi mạng có hay nhiều node thời điểm có node thu hay phát Việc sử dụng đường truyền tín hiệu thuận lợi có thiết bò ( chủ, tớ ) node thu phát lúc mà không sợ có xung đột Nhưng có nhiều phát cặp dây đảm bảo đường truyền tín hiệu “ rỗng”(free) phát cần truyền Trên vi điều khiển cho phép xây dựng bit port đầu vào hay đầu ra, gởi hay nhận bit đơn , tái tạo lại bit cần thiết Chúng ta làm điều để sử dụng số bit port sử dụng bán song công để tiết kiệm dây +5V 75176BP SERIAL IN SERIAL OUT DI RO RE DE A B 120 CONTROL OUT +VCC GND +5V 75176BP SERIAL IN SERIAL OUT DI RO RE DE A B CONTROL OUT +VCC GND +5V 75176BP SERIAL IN SERIAL OUT DI RO RE DE A B 120 CONTROL OUT +VCC GND Hình 1.6: Kết nối bán song công Chip bao gồm phát dùng đổi mức logic TTL sang RS-485 thu dùng chuyển RS-485 sang mức TTL chip có đầu vào cho phép Không giống SN75179B chip có cặp chân RS-485 chân cho phép vào, dùng xác đònh liệu phát hay tu tích cực Khi đầu vào cho phép phát mức thấp ngõ phát trạnh thái tổng trở cao Khi đầu vào cho phép thu mức cao đầu thu trạng thái tổng trở cao Kết nối mạng phương thức truyền: Đặc điểm mạng dùng chuẩn RS-485 phải chung mass, mức điện áp chung: -7 ÷ +12v a Dạng kết nối tổng quát: Hình bên mô tả cách kết nối tổng quát, node có chip thu phát SN75176B ( tương tự Max485, LTC485, DS3695 ) Mạch có điện trở 120 Ω nối song song với ngõ vào, vi sai ( chân 6-7 ), hai diện trở 560 Ω kéo lên Với cách kết nối để truyền data từ điều (Master) đến thiết bò chấp hành ( Slave ) ta phải set chân 2-3 lên mức cao, tương tự Slave gởi Message Master, chân 2-3 phải lên mức cao Còn nhận Message ta phải set chân 2-3 xuống thấp Hình 1.7: Dạng kết nối tổng quát mạng dùng chuẩn RS-485 b Kết nối tự động : Vấn đề: thiết kế mạng dùng chuẩn RS-485, tất node chia đường data, thời điểm có điều khiển hoạt động Tức trước node phát node khác không phát Hình cho ta cách kết nối tự động không cần phải set chân 2-3 phát Hình 1.8: Kết nối tự động Với mạch hình ta viết chương trình điều khiển, ta không cần phải chốt điều khiển, dùng 75176B kết hợp với 555, cho ta thời gian delay đủ để điều hoạt động ( Enable ) điều khiển khác không hoạt động ( Disable ) Giải thích cụ thể nguyên lý hoạt động mạch trên, đề cập phần thiết kế mạch Việc cho phép điều khiển ( Driver ): Một việc quan trọng sử dụng mạng bán song công việc điều khiển cho phép điều khiển ( phát ) Khi phát chuyển cho phép thực xong việc chuyển data Sau không cho phép trước node khác thực việc phát Hình 1.9: Tín hiệu cho phép phát byte data phát [...]...Hình 1.8: Kết nối tự động Với mạch hình trên thì khi ta viết chương trình điều khiển, ta không cần phải chốt bộ điều khiển, vì dùng 75176B kết hợp với 555, sẽ cho ta thời gian delay đủ để bộ điều này hoạt động ( Enable ) thì bộ điều khiển khác không hoạt động ( Disable ) Giải thích cụ thể nguyên lý ... Hình 1 .6: Kết nối bán song công Chip bao gồm phát dùng đổi mức logic TTL sang RS-485 thu dùng chuyển RS-485 sang mức TTL chip có đầu vào cho phép Không giống SN75179B chip có cặp chân RS-485. .. dùng chuẩn RS-485 phải chung mass, mức điện áp chung: -7 ÷ +12v a Dạng kết nối tổng quát: Hình bên mô tả cách kết nối tổng quát, node có chip thu phát SN75176B ( tương tự Max485, LTC485, DS 369 5... chân 2-3 xuống thấp Hình 1.7: Dạng kết nối tổng quát mạng dùng chuẩn RS-485 b Kết nối tự động : Vấn đề: thiết kế mạng dùng chuẩn RS-485, tất node chia đường data, thời điểm có điều khiển hoạt