chương 4 truyền thông nối tiếp và rs 232

guyễn Thiện CHƯƠNG 4: TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP VÀ RS-232 4.1.Giới thiệu : Khi phát triển hệ thống thông tin nhu cầu trao đổi liệu thành phần hệ thống đặt Do thành phần hệ thống nhà sản xuất khác tạo ra, cần thiết phải có tiêu chuẩn cho việc trao đổi liệu Hiện tiêu chuẩn truyền thông theo hai hướng phân biệt dựa vào cách truyền : song song hay nối tiếp Nhưng cách truyền song song dễ bò nhiễu tác động nên truyền xa được, sử dụng Truyền nối tiếp có loại : đồng hay không đồng Trong cách truyền đồng bộ, dãy ký tự truyền kèm theo ký tự đồng SYN (mã ASCII 22) Phương thức cho tốc độ truyền cao mạch xử lý truyền nhận (bao gồm mạch thêm ký tự đồng bộ, phát báo sai… ) phức tạp nên dùng ứng dụng có yêu cầu cao tốc độ truyền Còn ứng dụng thông thường, ứng dụng lónh vực điều khiển tự động yêu cầu tốc độ mà yêu cầu độ tin cậy mạch thực đơn giản, rẻ tiền Khi đó, cách truyền không đồng phù hợp Theo cách truyền ký tự truyền riêng rẽ, phân làm frame có bit bắt đầu, bit liệu ký tự cần truyền, bit chẵn lẻ (để kiểm tra lỗi đường truyền), bit kết thúc.Trong khuôn khổ Luận Văn này, tìm hiểu sử dụng chuẩn truyền thông RS-232C (RS :Recommended Standard), chuẩn truyền nối tiếp bất đồng phổ biến Hình :Các mức điện áp chuẩn RS-232 guyễn Thiện +25 +12 +5 +3 Điện áp(v) -3 -5 -12 Logic RS232C Không xác đònh Không xác đònh RS232C Logic -25 RS232B RS232B Chuẩn RS-232C hệ thống bus , cho phép dễ dàng tạo hình thức liên kết điểm với điểm hai thiết bò cần trao đổi thông tin với với dây nối tùy theo phương thức truyền bắt tay hay không Đặc điểm kỹ thuật chuẩn RS-232C: • Ở chuẩn này, thiết bò (ví dụ máy tính) gửi liệu qua ngõ TxD cho thiết bò khác nhận liệu qua chân RxD Do hai thiết bò trao đổi thông tin với TxD thiết bò phải nối với RxD thiết bò ngược lại Còn chân khác cổng COM đóng vai trò hỗ trợ trình trao đổi thông tin • Theo chuẩn này, bit liệu truyền theo kiểu đảo ngược nghóa bit có giá trò “1” có mức điện áp LOW bit có giá trò “0” có mức điện áp HIGH Mức điện áp phát TxD (hoặc thu RxD) thường từ +3V đến +12V (bit 0) từ –3V đến –12V (bit 1) Dưới hình mô tả dòng liệu điển hình theo chuẩn RS-232C : guyễn Thiện Start bit Stop bit 12V LOW D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 HIGH -12V 1 0 10(T=1/fbaud) • Trở kháng tải phía nhận mạch phải lớn 3000 ohm phải nhỏ 7000 ohm • Tốc độ truyền , nhận liệu cực đại 100kbits/giây • Các lối vào nhận phải có điện dung nhỏ 2500pF • Độ dài cáp nối máy tính thiết bò ghép nối qua cổng nối tiếp vượt 15 m không sử dụng MODEM • Việc truyền liệu theo RS-232C bất đồng bộ, nghóa xung Clock gửi theo data Ở trạng thái tónh đường dây dẫn có điện áp –12V Một bit khởi động (start bit) mở đầu cho việc truyền liệu Tiếp bit liệu gửi riêng lẻ bit một, bit số thấp (trọng số thấp) gửi trước Ở cuối byte liệu có bit stop (stop bit) đặt lại trạng thái đường dây –12V Ở số đònh dạng (format) có bit kiểm tra chẵn lẻ (parity bit) để phát thừa hay thiếu bit liệu để khắc phục • Bằng tốc độ baud ta thiết lập tốc độ truyền liệu Các giá trò thông thường 50,75,110,150,300 ,600 ,1200 ,2400 ,4800 ,9600 ,19200,28800 ,… ,56600 baud Baud tương ứng với số bit truyền giây (trong thời gian có liệu truyền) Nhược điểm truyền nối tiếp tốc độ truyền bò hạn chế ,mỗi giây truyền baud/10 bytes • Còn vấn đề khuôn mẫu truyền liệu cần phải thiết lập bên truyền bên nhận liệu Các thông số truyền :tốc độ baud, số bit liệu, số bit dừng , bit chẵn lẻ có thể thiết lập dễ dàng guyễn Thiện máy tính câu lệnh DOS Hoặc Windows có chương trình có hỗ trợ việc (Ví dụ Visual Basic) Các thuật ngữ có liên quan đến chuẩn truyền thông RS-232C : • Chu kỳ truyền liệu : tốc độ truyền liệu tính bit/giây, để phân biệt với cách truyền đồng bộ, người ta sử dụng đơn vò baud (tương ứng bit/giây thời gian có liệu truyền) để tưởng nhớ đến nhà phát minh khoa học Pháp kỷ 19 J M E Baudot • Trạng thái đánh dấu(mark) : khoảng thời gian liệu truyền Trong suốt thời gian này, thiết bò phát giữ đường truyền mức cao • Bit bắt đầu(start bit) : bit thấp cho biết việc truyền liệu bắt đầu • Các bit ký tự : dòng liệu gồm 5, 6, 7, hay bit mã hóa ký tự truyền Bit có trọng số thấp (LSB) bit truyền • Bit chẵn lẻ(parity bit) : bit tùy chọn (có thể có hay không), phát sau bit ký tự dùng để kiểm tra lỗi truyền liệu Trong chế độ kiểm tra tính chẵn, thiết bò phát bật hay xóa bit chẵn lẻ để tính tổng bit ký tự truyền bit chẵn lẻ số chẵn Còn chế độ kiểm tra tính lẻ, bit chẵn lẻ thực tính tổng bit phải số lẻ • Các bit kết thúc(stop bit) : hay nhiều bit cao chèn dòng truyền để báo việc kết thúc truyền ký tự, cho thiết bò nhận có đủ thời gian chuẩn bò để sẵn sàng cho việc nhận ký tự 4.2 Cổng nối tiếp RS-232 : Cổng nối tiếp RS-232 máy tính gọi phổ biến cổng COM1 ,COM2 Việc truyền nhận liệu qua cổng COM tuân theo chuẩn RS232C Bảng sau liệt kê chân cổng nối tiếp : Chân (Loại Chân (Loại DB9) DB25) Tên tắt DCD Tên đầy đủ - mô tả Data Carrier Detect – Lối vào RxD Receive Data vào – Lối guyễn Thiện TxD Transmit Data – Lối 20 DTR Data Terminal Ready – Lối GND Ground – Nối đất 6 DSR Data Set Ready – Lối vào RTS CTS Request To Send – Lối Clear To Send – Lối vào 22 RI Ring Indicator – Lối vào Bảng chức chân : Tên Chân Chức TxD Ngõ liệu nối tiếp RxD Ngõ vào liệu nối tiếp CTS Tín hiệu MODEM sẵn sàng trao đổi liệu DCD Khi MODEM phát sóng mang từ MODEM đầu đường dây điện thoại ,ngõ tích cực DSR Tín hiệu cho UART biết MODEM sẵn sàng kết nối DTR Ngược lại với DSR ,tín hiệu cho MODEM biết cổng UART sẵn sàng kết nối RTS Tín hiệu cho MODEM biết cổng UART sẵn sàng để trao đổi liệu guyễn Thiện RI Tích cực MODEM phát tín hiệu gọi (ringing) từ PSTN (Public Switched Telephone Network) Mặc dù cổng nối tiếp RS-232 có nhiều chân nhiều chức ứng dụng sử dụng hết chúng Thông thường sử dụng chân TxD, RxD chân GND để truyền nhận liệu Các ghi dùng cho cổng nối tiếp máy tính trao đổi qua ô nhớ vùng vào/ra Đòa tới cổng nối tiếp gọi đòa Đòa cổng COM máy tính tóm tắt : Cổng Đòa COM1 3F8H COM2 2F8H COM3 3E8H COM4 2E8H Sơ đồ đầu nối cổng COM máy tính PC : J1 J2 a)Loại DB -25 Chú ý : b)Loại DB -9 guyễn Thiện Trên máy tính thường có ổ cắm DB-25, cần phân biệt ổ cắm cổng LPT , ổ cắm cổng nối tiếp để tránh cắm nhầm gây hư hỏng đáng tiếc Ổ cắm cổng nối tiếp ổ bao gồm chấu cắm (male connector) ổ cắm cổng song song bao gồm từ ổ cắm (female connector) Ta biết mức áp logic hai giao diện cách biệt lớn phải cẩn thận ghép nối 4.3.Truyền thông hai nút : RS-232 trở thành chuẩn nhà sản xuất trung thành với Một số nhà sản xuất tuân thủ đầy đủ quy đònh ghi tiêu chuẩn, số khác thực phần Nguyên nhân thiết bò cần đến toàn khả hoạt động cổng nối tiếp RS232 chẳng hạn MODEM cần nhiều đường dẫn điều khiển so với đấu chuột vào cổng nối tiếp Tốc độ mà liệu truyền tốc độ mà truyền, nhận liệu truyền nhận đònh liệu có cần đến kỹ thuật bắt tay hay không 4.3.1.Bắt tay (HandShaking) : Việc truyền liệu tiến hành theo ba cách : Không có bắt tay, có bắt tay phần cứng có bắt tay phần mềm Nếu không sử dụng kỹ thuật bắt tay nhận phải có khả đọc ký tự nhận trước truyền gửi ký tự khác Bộ nhận có khả đệm ký tự nhận cất giữ ký tự vò trí ô nhớ riêng trước đọc Vò trí ô nhớ gọi đệm nhận Đáng ý đệm giữ ký tự đơn Nếu không làm rỗng trước ký tự khác nhận ký tự có trước đệm bò ghi đè lên guyễn Thiện Một ví dụ tượng minh họa hình : Bộ đệm truyền Bộ đệm nhận Bộ nhận đọc từ đệm Bộ nhận không đọc đệm trước ký tự khác nhận Bộ truyền Bộ nhận Hình :Quá trình truyền nhận ký tự Trong trường hợp nhận đọc xong xuôi hai ký tự từ đệm nhận , chưa kòp đọc ký tự thứ ba ký tự thứ tư truyền ghi đè lên đệm nhận Nếu điều kiện xảy vài dạng bắt tay phải sử dụng để làm dừng truyền gửi ký tự nhận có đủ thời gian để xử lý ký tự nhận Khi sử dụng kỹ thuật bắt tay phần cứng, truyền hỏi nhận xem sẵn sàng nhận liệu chưa Nếu đệm nhận trống thông báo cho truyền sẵn sàng nhận liệu Cứ lần liệu truyền nạp vào đệm nhận truyền lại thông báo không truyền ký tự đệm nhận đọc xong Các đường dẫn bắt tay phần cứng sử dụng cho mục đích : • CTS (Clear To Send) :Xóa để gửi • RTS (Ready To Send) :Sẵn sàng để gửi guyễn Thiện • DTR (Data Terminal Ready) :Đầu cuối liệu sẵn sàng • DSR (Data Set Ready) :Dữ liệu sẵn sàng Phần mềm bắt tay kéo theo gửi ký tự điều khiển đặc biệt Đó bao gồm ký tự điều khiển DC1-DC4 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : T h a y Nguyễn Thiện Thành 4.3.2 Xác lập thông số cho cổng RS-232 : Trước tiến hành truyền liệu qua cổng RS-232 ta phải hoàn thành xác lập thông số cho cổng Công việc tiến hành môi trường DOS Windows Windows 9X ,Windows Me Microsoft cho phép xác lập thông số cho cổng nối tiếp cách lựa chọn Control Panel => System => Device Manager => Ports (COM LPT) => Port Settings Việc xác lập thông số cho cổng truyền thông (IRQ đòa cổng) thay đổi cách lựa chọn Control Panel => System => Device Manager => Ports (COM LPT) => Resources for IRQ Address (các tài nguyên dùng cho IRQ đòa chỉ) Hình tham số cách thiết lập để làm ví dụ Các giá trò baud điển hình chọn :110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 19200 baud cho thiết bò dựa sở vi mạch 8250 Vi mạch UART loại 16650 tương thích 8250 đạt đến tốc độ : 33400, 56600,132000, 230400, 460800 921600 baud Đáng ý việc điều khiển thông lượng dòng liệu tiến hành cách thiết lập bắt tay phần mềm (XON/XOFF) , bắt tay phần cứng bắt tay SVTH :Hoàng Trung Hiếu & Nguyễn Trung Dũng trang 102 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : T h a y Nguyễn Thiện Thành Hình :Thay đổi thông số thiết lập trạng thái cổng Bit chẵn, lẻ đặt là: Không, lẻ, chẵn, dấu(mark) dấu trống(space) Một dấu (mark) tùy chọn chẵn lẻ đặt bit chẵn lẻ thành ‘1’ bit trống đặt bit thành ‘0’ Trong hình cổng nối tiếp COM1 đặt :ở 9600 baud ,8 bit liệu , chẵn lẻ , bit dừng có bắt tay phần mềm Hình :Thay đổi thông số thiết lập trạng thái cổng 4.3.3.Truyền thông đơn giản bắt tay : Trong cách truyền thông này, người ta giả thiết đệm nhận đọc liệu nhận từ đệm nhận trước ký tự khác nhận Dữ liệu gửi từ vò trí kết nối với chân TxD truyền nhận vò trí kết nối với chân RxD nhận Khi DTE (chẳng hạn máy tính) nối với DTE khác TxD DTE nối với RxD DTE ngược lại Dưới hai trường hợp kết nối bắt tay phần cứng hai nút :DB9 – DB9 DB9 – DB25 SVTH :Hoàng Trung Hiếu & Nguyễn Trung Dũng trang 103 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : T h a y Nguyễn Thiện Thành TD TD RD RD RTS RTS CTS CTS DTR DTR DSR DSR GND GND Hình :Kết nối cổng RS232 phần cứng bắt tay 4.3.4.Bắt tay phần mềm Có hai ký tự mã ASCII cho phép bắt đầu làm dừng truyền qua cổng nối tiếp ,đó X-ON (^S ,CTRL – S mã ASCII 11) X – OFF(^Q ,CTRL – Q mã ASCII 13) Truyền liệu X-OFF Bộ Truyền X-ON Bộ Nhận Truyền liệu Hình : Bắt tay phần mềm sử dụng X-ON X-OFF Khi truyền nhận ký tự X-OFF làm ngừng trình truyền thông ký tự X-ON gửi Kiểu bắt tay thường sử dụng truyền nhận xử lý liệu tương đối nhanh chóng Thông thường nhận có đệm lớn dùng cho ký tự gửi tới Khi đệm đầy SVTH :Hoàng Trung Hiếu & Nguyễn Trung Dũng trang 104 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : T h a y Nguyễn Thiện Thành ,nó truyền ký tự mã X-OFF Sau đọc từ đệm ,ký tự mã X-ON gửi tới truyền cho phép tiếp tục truyền 4.3.5.Bắt tay phần cứng : Bắt tay phần cứng làm dừng ký tự đệm nhận để khỏi bò ghi đè lên Các đường dẫn sử dụng kích hoạt mức cao Hình cho thấy liệu truyền truyền nhận diễn Hình : bắt RTS Sẵn sàng nhận data ? Nút Truyề n CTS RTS Không (No) truyền liệu RTS Có (yes) CTS Nút nhận CTS TD DTE Các đường dẫn tay sử dụng Truyền Data RD TD TD RD RD RTS RTS CTS CTS DTR DTR DSR DSR GND GND DTE Hình : Ghép nối để truyền thông có bắt tay qua cổng RS232 SVTH :Hoàng Trung Hiếu & Nguyễn Trung Dũng trang 105 [...]... đầu và làm dừng các cuộc truyền qua cổng nối tiếp ,đó là X-ON (^S ,CTRL – S hoặc mã ASCII 11) và X – OFF(^Q ,CTRL – Q hoặc mã ASCII 13) Truyền dữ liệu X-OFF Bộ Truyền X-ON Bộ Nhận Truyền dữ liệu Hình : Bắt tay phần mềm sử dụng X-ON và X-OFF Khi bộ truyền nhận được ký tự X-OFF nó làm ngừng quá trình truyền thông cho đến khi ký tự X-ON được gửi Kiểu bắt tay này thường được sử dụng khi bộ truyền và bộ... cổng 4. 3.3 .Truyền thông đơn giản không có bắt tay : Trong cách truyền thông này, người ta giả thiết rằng bộ đệm nhận có thể đọc dữ liệu nhận được từ bộ đệm nhận trước khi ký tự khác được nhận Dữ liệu được gửi từ vò trí kết nối với chân TxD của bộ truyền và được nhận ở vò trí kết nối với chân RxD của bộ nhận Khi DTE (chẳng hạn như một máy tính) được nối với DTE khác thì TxD của DTE này sẽ được nối. .. dưới đây sẽ cho thấy dữ liệu được truyền giữa bộ truyền và bộ nhận diễn ra như thế nào Hình : bắt RTS Sẵn sàng nhận data ? Nút Truyề n CTS RTS Không (No) truyền dữ liệu RTS Có (yes) CTS Nút nhận CTS TD DTE Các đường dẫn tay được sử dụng khi Truyền Data RD TD TD RD RD RTS RTS CTS CTS DTR DTR DSR DSR GND GND DTE Hình : Ghép nối để truyền thông có bắt tay qua cổng RS2 32 SVTH :Hoàng Trung Hiếu & Nguyễn... sẽ được nối với RxD của DTE kia và ngược lại Dưới đây chỉ ra hai trường hợp kết nối không có bắt tay phần cứng giữa hai nút :DB9 – DB9 và DB9 – DB25 SVTH :Hoàng Trung Hiếu & Nguyễn Trung Dũng trang 103 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : T h a à y Nguyễn Thiện Thành TD TD RD RD RTS RTS CTS CTS DTR DTR DSR DSR GND GND Hình :Kết nối ở cổng RS2 32 không có phần cứng bắt tay 4. 3 .4. Bắt tay bằng phần mềm Có hai... có thể xử lý dữ liệu tương đối nhanh chóng Thông thường bộ nhận cũng có một bộ đệm lớn dùng cho các ký tự gửi tới Khi bộ đệm này đầy SVTH :Hoàng Trung Hiếu & Nguyễn Trung Dũng trang 1 04 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : T h a à y Nguyễn Thiện Thành ,nó truyền ký tự mã X-OFF Sau khi nó đọc từ bộ đệm ,ký tự mã X-ON sẽ được gửi tới bộ truyền cho phép tiếp tục truyền 4. 3.5.Bắt tay bằng phần cứng : Bắt tay phần... :Thay đổi các thông số thiết lập trạng thái cổng Bit chẵn, lẻ có thể được đặt là: Không, lẻ, chẵn, dấu(mark) hoặc dấu trống(space) Một dấu (mark) trong tùy chọn chẵn lẻ đặt bit chẵn lẻ thành ‘1’ và một bit trống đặt bit này thành ‘0’ Trong hình trên thì cổng nối tiếp COM1 được đặt :ở 9600 baud ,8 bit dữ liệu , không có chẵn lẻ , 1 bit dừng và có sự bắt tay phần mềm Hình :Thay đổi các thông số thiết ... truyền) Nhược điểm truyền nối tiếp tốc độ truyền bò hạn chế ,mỗi giây truyền baud/10 bytes • Còn vấn đề khuôn mẫu truyền liệu cần phải thiết lập bên truyền bên nhận liệu Các thông số truyền :tốc độ... bit cao chèn dòng truyền để báo việc kết thúc truyền ký tự, cho thiết bò nhận có đủ thời gian chuẩn bò để sẵn sàng cho việc nhận ký tự 4. 2 Cổng nối tiếp RS-232 : Cổng nối tiếp RS-232 máy tính gọi... toàn khả hoạt động cổng nối tiếp RS232 chẳng hạn MODEM cần nhiều đường dẫn điều khiển so với đấu chuột vào cổng nối tiếp Tốc độ mà liệu truyền tốc độ mà truyền, nhận liệu truyền nhận đònh liệu