MỤC LỤC Chương I. Chương I. MỞ ĐẦU 2 1. Tên đề tài 3 2. Lý do chọn đề tài 3 3. Mục đích – Mục tiêu 3 Chương II. NỘI DUNG 4 1. Tổng quan về chuẩn nối tiếp 5 1.1 Giới thiệu 5 1.2 Một số chuẩn nối tiếp 5 2. Giới thiệu chuẩn nối tiếp RS232 6 2.1 Chuẩn nối tiếp RS232 6 2.2 Đánh giá 6 2.3 Những đặc điểm cần lưu ý 7 2.4 Các mức điện áp đường truyền 7 2.5 Sơ đồ chân công kết nối 8 2.6 Dạng tín hiệu truyền mô tả như sau: 10 Bit chẵn lẻ hay Parity bit. 10 2.7 Truyền thông giữa hai nút 11 2.8 Sơ đồ ghép nối RS232 12 Chương III. KẾT LUẬN 14 1. Kết quả đạt được 15 Tài liệu tham khảo 16
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN BÁO CÁO LẬP TRÌNH NHÚNG Đề tài: Tìm hiểu chuẩn giao tiếp cổng nối tiếp RS-232 Giáo viên hướng dẫn: TS Phạm Văn Hà Sinh viên thực hiện: Trần Thế Trung Trần Sỹ Quân Nguyễ Vũ Hiệp Hà Nội ngày 12 tháng năm 2016 MỤC LỤC Chương I MỞ ĐẦU Tên đề tài .4 Lý chọn đề tài Mục đích – mục tiêu Tên đề tài Lý chọn đề tài .5 Mục đích – Mục tiêu Nắm bắt khái niệm tính chuẩn giao tiếp Đánh giá ưu nhược điểm Tìm hiểu nguyên lý hoạt động chuẩn giao tiếp RS-232 .5 NỘI DUNG .6 Tổng quan chuẩn nối tiếp Giới thiệu chuẩn nối tiếp RS-232 Tổng quan chuẩn nối tiếp a Cổng song song Cổng song song cổng thường dùng kết nối máy in vào máy tính thời gian trước Tuy nhiên chúng sử dụng kết nối đến nhiều thiết bị khác với tốc độ cao so với cổng nối tiếp b USB USB (Universal Serial Bus) chuẩn kết nối đa dụng máy tính USB sử dụng để kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường thiết kế dạng đầu cắm cho thiết bị tuân theo chuẩn cắm-là-chạy mà với tính cắm nóngthiết bị (nối ngắt thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống) c IEEE 1394 IEEE 1394 chuẩn giao tiếp với băng thông cao IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) công bố vào cuối năm 1995 (theo thứ tự cơng bố chuẩn thứ 1394 tình cờ lý để chuẩn đặt tên vậy) .7 Giới thiệu chuẩn nối tiếp RS-232 Khả chống nhiễu cổng nối tiếp cao Thiết bị ngoại vi tháo lắp máy tính cấp điện .8 Các mạch điện đơn giản nhận điện áp nguồn nuôi qua công nối tiếp Có chiều dài đảm bảo liệu giới hạn, giới hạn liệu bị nhiễu bị tiêu hao Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn (logic 1) +-12V Hiện cố định trở kháng tải phạm vi từ .9 3000 ôm - 7000 ôm .9 Mức logic có điện áp nằm khoảng -3V đến -12V, mức logic từ .9 +-3V đến 12V .9 Tốc độ truyền nhận liệu cực đại 100kbps ( ngày lớn hơn) .9 Các lối vào phải có điện dung nhỏ 2500pF Trở kháng tải phải lớn 3000 ôm phải nhỏ 7000 ôm Độ dài cáp nối máy tính thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m không sử model .9 Các giá trị tốc độ truyền liệu chuẩn : 50,75,110,750,300,600,1200,2400,4800,9600,19200,28800,38400 56600,115200 bps KẾT LUẬN 18 Kết quả đạt 18 Kết đạt 19 Nắm bắt tổng quan chuẩn nối tiếp .19 Nhận biết chuẩn nối tiếp RS232 .19 Nắm nguyên lý hoạt động .19 Tài liệu tham khảo 20 MỞ ĐẦU Nội dung chính: - Tên đề tài Lý chọn đề tài Mục đích – mục tiêu Tên đề tài Tìm hiểu chuẩn giao tiếp cổng nối tiếp RS-232 Lý chọn đề tài Ngày thiết bị đo lường, điều khiển phải giao tiếp với máy tính để quan sát thơng số chế độ hoạt động thiết bị nào? Chuẩn giao tiếp coi đơn giản dễ dùng RS232 Hầu thiết bị giao tiếp với máy tính thơng qua chuẩn Chính qua đề tài chúng em xin nói chuẩn giao tiếp RS232: Tổng quan chung RS232, Sơ đồ ghép nối, Giao diện phần mềm Mục đích – Mục tiêu - Nắm bắt khái niệm tính chuẩn giao tiếp - Đánh giá ưu nhược điểm - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động chuẩn giao tiếp RS-232 NỘI DUNG Nội dung chính: - Tổng quan chuẩn nối tiếp Giới thiệu chuẩn nối tiếp RS-232 Tổng quan chuẩn nối tiếp 4.1 Giới thiệu Cổng nối tiếp (Serial port) cổng thông dụng máy tính máy tính truyền thống dùng kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính như: bàn phím, chuột điều khiển, modem, máy quét Cổng nối tiếp cịn có tên gọi khác như: Cổng COM, communication Mặc dù khái niệm cổng nối tiếp hiểu theo nghĩa khác: Các cổng hoạt động theo nguyên lý "nối tiếp", nói đến loại cổng nối tiếp hiểu COM, RS-232 mà khơng phải nói đến nghĩa rộng Ngày nay, tốc độ truyền liệu chậm so với cổng đời nên cổng nối tiếp dần bị loại bỏ chuẩn máy tính nay, chúng thay cổng có tốc độ nhanh như: USB, FireWire Cổng nối tiếp thường tích hợp sẵn máy tính cá nhân từ năm 1990 hệ thống máy tính cá nhân sử dụng CPU hệ thứ tư (486) Chúng thường tích hợp sẵn bo mạch chủ để thuận tiện mà không cần sử dụng bo mạch riêng cho chúng 4.2 Một số chuẩn nối tiếp a Cổng song song Cổng song song cổng thường dùng kết nối máy in vào máy tính thời gian trước Tuy nhiên chúng sử dụng kết nối đến nhiều thiết bị khác với tốc độ cao so với cổng nối tiếp b USB USB (Universal Serial Bus) chuẩn kết nối đa dụng máy tính USB sử dụng để kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường thiết kế dạng đầu cắm cho thiết bị tuân theo chuẩn cắm-làchạy mà với tính cắm nóngthiết bị (nối ngắt thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống) c IEEE 1394 IEEE 1394 chuẩn giao tiếp với băng thông cao IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) công bố vào cuối năm 1995 (theo thứ tự công bố chuẩn thứ 1394 tình cờ lý để chuẩn đặt tên vậy) Giới thiệu chuẩn nối tiếp RS-232 5.1 Chuẩn nối tiếp RS-232 Chuẩn RS-232 (RS: Recommended Standard) lần giới thiệu vào năm 1964 bới Hiệp hội Kỹ thuật điện tử EIA Ngày thiết bị đo lường, điều khiển phải giao tiếp với máy tính để quan sát thơng số chế độ hoạt động thiết bị Chuẩn giao tiếp coi đơn giản dễ dùng RS232 Hầu thiết bị giao tiếp với máy tính thơng qua chuẩn Nó chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều hai thiết bị Các máy tính thường có cổng nối chuẩn RS232 gọi cổng Com Chúng dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường Chiều dài kết nối lớn cho phép để đảm bảo liệu 12.5 đến 25.4m (trong thực tế chiều dài kết nối ngắn tốt), chuẩn tốc độ công nghiệp 19,2 kb/s chuẩn hay sử dụng 2,4kb/s, 9,6kb/s, 115,2kb/s Ý nghĩa chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa thời điểm có bit gửi dọc theo đường truyền Có phiên RS232 lưu hành thời gian tương đối dài RS232B RS232C Nhưng phiên RS232B cũ dùng RS232C dùng tồn thường gọi tên ngẵn gọn chuẩn RS232 Trên main máy tính có loại chân lại 25 chân tùy vào đời máy main máy tính Việc thiết kế giao tiếp với cổng RS232 tương đối dễ dàng, đặc biệt chọn chế độ hoạt động không đồng tốc độ truyền liệu thấp 5.2 Đánh giá Ưu điểm: - Khả chống nhiễu cổng nối tiếp cao Thiết bị ngoại vi tháo lắp máy tính cấp điện Các mạch điện đơn giản nhận điện áp nguồn ni qua cơng nối tiếp Nhược điểm: - Có chiều dài đảm bảo liệu giới hạn, giới hạn liệu bị nhiễu bị tiêu hao 5.3 Những đặc điểm cần lưu ý - Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn (logic 1) +-12V - Hiện cố định trở kháng tải phạm vi từ 3000 ơm - 7000 ơm - Mức logic có điện áp nằm khoảng -3V đến -12V, mức logic từ +-3V đến 12V - Tốc độ truyền nhận liệu cực đại 100kbps ( ngày lớn hơn) - Các lối vào phải có điện dung nhỏ 2500pF - Trở kháng tải phải lớn 3000 ôm phải nhỏ 7000 ôm - Độ dài cáp nối máy tính thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m không sử model - Các giá trị tốc độ truyền liệu chuẩn : 50,75,110,750,300,600,1200,2400,4800,9600,19200,28800,38400 56600,1 15200 bps 5.4 Các mức điện áp đường truyền Mức điện áp tiêu chuẩn RS232( chuẩn thường dùng bây giờ) mô tả sau: Mức logic 0: +3V, +12V (SPACE) Mức logic 1: -12V, -3V (MARK) Các mức điện áp phạm vi từ -3V đến 3V trạng thái chuyển tuyến Chính từ -3V tới 3V phạm vi không định nghĩa, trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao từ cao xuống thấp, tín hiệu phải vượt qua quãng độ thời gian ngắn hợp lý Điều dẫn tới 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 với tốc độ 19,2kbit/s 5.5 Sơ đồ chân công kết nối Các máy tính thường có hai cổng nối chuẩn RS232 gọi cổng COM Chúng dùng để ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường…Trên main máy tính có loại chân loại 25 chân tùy vào đời máy main máy tính Cổng COM có hai dạng: đầu nối DB25 (25 chân) đầu nối DB9 (9 chân) mô tả như: D25 DB9 7 8 20 22 23 - 24 - 15 - 17 - 18 - Tín Hướng Mơ tả hiệu truyền Protected ground: nối đất bảo vệ TxD DTE -> DCE Transmitted data: liệu truyền RxD DCE -> DTE Received data: liệu nhận RTS DTE -> DCE Request to send: DTE yêu cầu truyền liệu CTS DCE -> DTE Clear to send: DCE sẵn sàng nhận liệu DSR DCE -> DTE Data set ready: DCE sẵn sàng làm việc GND Ground: nối đất (0V) Data carier detect: DCE phát sóng mang DCD DCE->DTE liệu DTR DTE->DCE Data terminal ready: DTE sẵn sàng làm việc RI DCE->DTE Ring indicator: báo chuông DSRD DCE->DTE Data signal rate detector: dị tốc độ truyền Transmit Signal Element Timing: tín hiệu định TSET DTE->DCE thời truyền từ DTE Transmitter Signal Element Timing: tín hiệu định TSET DCE->DTE thời truyền từ DCE để truyền liệu Receiver Signal Element Timing: tín hiệu định RSET DCE->DTE thời truyền từ DCE để truyền liệu LL Local Loopback: kiểm tra cổng 10 21 - RL DCE->DTE 14 16 19 13 - DTE->DCE DCE->DTE DTE->DCE DCE->DTE 12 - DCE->DTE Secondary Received Line Signal Detector 25 10 11 - STxD SRxD SRTS SCTS SDSR D TM Remote Loopback: Tạo DCE tín hiệu nhận từ DCE lỗi Secondary Transmitted Data Secondary Received Data Secondary Request To Send Secondary Clear To Send Test Mode Dành riêng cho chế độ test Dành riêng cho chế độ test Không dùng Định dạng khung truyền liệu theo chuẩn RS-232 sau: 11 12 5.6 Dạng tín hiệu truyền mơ tả sau: Truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 thực không đồng Do nên thời điểm có bit truyền Bộ truyền gửi bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho nhận biết ký tự gửi đến lần truyền bit Bit bắt đầu mức Tiếp theo bit liệu (bit data) gửi dạng mã ASCII (có thể 5,6,7, hay bit liệu) sau Parity bit (kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) cuối bit stop (còn gọi bit dừng) hay bit Stop Tốc độ baud Đây tham số đặc trưng RS232 Tham số đặc trưng cho trình truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 tốc độ truyền nhận liệu hay gọi tốc độ bit Tốc độ bit định nghĩa số bit truyền thời gian giây Tốc độ bit phải thiết lập bên phát bên nhận phải có tốc độ ( tốc độ vi điều khiển máy tính phải chung tốc độ truyền bit) Ngoài tốc độ bit cịn tham số để mơ tả tốc độ truyền tốc độ baud Tốc độ baud liên quan đến tốc độ mà phân tử mã hóa liệu sử dụng để diễn tả bit truyền, cịn tốc độ bit phản ánh tốc độ mà phân tử mã hóa liệu sử dụng để diễn tả bit truyền Vì phần tử báo hiệu mã hóa bit nên hai tốc độ bit tốc độ baud phải đồng Một số tốc độ baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200 Trong thiết bị thường dùng tốc độ baud 19,2 kbs Bit chẵn lẻ hay Parity bit Đây bit kiểm tra lỗi đường truyền Thực chất trình kiểm tra lỗi truyền liệu bổ sung thêm liệu truyền để tìm sửa số lỗi trình truyền Do chuẩn RS232 sử dụng kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ Một bit chẵn lẻ bổ sung vào liệu truyền để thấy số lượng bit “1” gửi khung truyền chẵn hay lẻ Một Parity bit tìm số lẻ lỗi 1, 3, 5, 7, 9… Nếu bit mắc lỗi bit Parity bit trùng giá trị với trường hợp khơng mắc lỗi khơng phát lỗi Do kỹ thuật mã hóa lỗi khơng sử dụng trường hợp có khả vài bit bị mắc lỗi 13 5.7 Truyền thông hai nút Sơ đồ kết nối dùng cổng nối tiếp Khi thực kết nối trên, trình truyền phải bảo đảm tốc độ đầu phát thu giống Khi có liệu đến DTE, liệu đưa vào đệm tạo ngắt Ngoài ra, thực kết nối hai DTE, ta dùng sơ đồ sau: 14 Khi DTE1 cần truyền liệu cho DTR tích cực -> tác động lên DSR DTE2 cho biết sẵn sàng nhận liệu cho biết nhận sóng mang MODEM (ảo) Sau đó, DTE1 tích cực chân RTS để tác động đến chân CTS DTE2 cho biết DTE1 nhận liệu Khi thực kết nối DTE DCE, tốc độ truyền khác nên phải thực điều khiển lưu lượng Quá trinh điều khiển thực phần mềm hay phần cứng Quá trình điều khiển phần mềm thực hai ký tự Xon Xoff Ký tự Xon DCE gởi rảnh (có thể nhận liệu) Nếu DCE bận gởi ký tự Xoff Quá trình điều khiển phần cứng dùng hai chân RTS CTS Nếu DTE muốn truyền liệu gởi RTS để yêu cầu truyền, DCE có khả nhận liệu (đang rảnh) gởi lại CTS 5.8 Sơ đồ ghép nối RS232 Mạch chuẩn giao RS232 dùng IC Max232 Max232 IC chuyên dùng cho giao tiếp RS232 thiết bị ngoại vi Max232 IC hãng Maxim Đây IC chay ổn định sử dụng phổ biến mạch giao tiếp chuẩn RS232 Giá thành Max232 phù hợp (12K hay 10K) tích hợp hai kênh truyền cho chuẩn RS232 Dịng tín hiệu thiết kế cho chuẩn RS232 Mỗi đầu truyền cổng nhận tín hiệu bảo vệ chống lại phóng tĩnh điện ( 15KV) Ngồi Max232 cịn thiết kế với nguồn +5V cung cấp nguồn công suất nhỏ Mạch giao tiếp sau : 15 Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng DS275 Đây IC hãng Maxim DS275 dùng mạch giao tiếp chuẩn RS232 bán song cơng dùng thiết kế công suất nhỏ Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng transitor Mạch sử dụng transior để giao tiếp RS232 16 17 KẾT LUẬN Nội dung chính: - Kết quả đạt 18 Kết đạt - Nắm bắt tổng quan chuẩn nối tiếp - Nhận biết chuẩn nối tiếp RS232 - Nắm nguyên lý hoạt động 19 Tài liệu tham khảo [1] http://documents.tips/documents/rs232-rs485-55b0824e4924b.html [2] http://ytuongnhanh.vn/chi-tiet/bai-2-chuan-giao-tiep-noi-tiep-rs232-54.html [3] http://baitaplon.net/nghien-cuu-tim-hieu-ve-chuan-noi-tiep-rs-232c/ [4] http://hoiquandientu.com/baiviet/co-ban-va-ghep-noi-ve-chuan-giao-tieprs232.html 20