C phát hiện xung đột, hủy bỏ bức đIện hờ một thời gian ngẫu nhiên và lặp lạ
1 Mó húa bit (bit coding, signal encoding) là một khỏi niệm hẹp hơn điều chế (modulation).
2.7.1 Phương thức truyền dẫn tớn hiệu
Tớn hiệu được dựng để truyền tải thụng tin. Khụng kể tới mụi trường truyền dẫn thỡ cỏc thành phần cơ bản trong một hệ thống truyền tớn hiệu gồm cú bộ phỏt (transmitter,
generator), hay cũn gọi là bộ kớch thớch (driver, ký hiệu là D), và bộ thu (receiver, ký
hiệu là R). Một thiết bị vừa thu và phỏt, hay bộ thu phỏt được gọi với cỏi tờn ghộp là
transceiver.
Hai phương thức truyền dẫn tớn hiệu cơ bản được dựng trong cỏc hệ thống truyền thụng cụng nghiệp, đú là phương thức chờnh lệch đối xứng (balanced differential mode) và phương thức khụng đối xứng hay phương thức đơn cực (unbalanced mode, single-
ended mode).
Truyền dẫn khụng đối xứng
Truyền dẫn khụng đối xứng sử dụng điện ỏp của một dõy dẫn so với đất để thể hiện cỏc trạng thỏi logic (1 và 0) của một tớn hiệu số. Chỳ ý rằng sự liờn quan giữa trạng thỏi logic của một tớn hiệu với trạng thỏi logic của dóy bit mang thụng tin được truyền phụ thuộc vào phương phỏp mó húa bit, tức là giỏ trị logic của tớn hiệu tại một thời điểm
khụng nhất thiết phải đồng nhất với giỏ trị logic của bit tương ứng mang thụng tin. Một trong những ưu điểm của phương thức truyền dẫn khụng đối xứng là chỉ cần
một đường dõy đất chung cho nhiều kờnh tớn hiệu trong trường hợp cần thiết, như Hỡnh 2.24 minh họa. Nhờ vậy tiết kiệm được số lượng dõy dẫn và cỏc linh kiện ghộp nối.
DD D R R R D
Hỡnh 2.24: Truyền dẫn khụng đối xứng (3 kờnh, 4 dõy dẫn)
Việc sử dụng đất làm điểm tựa cho việc đỏnh giỏ mức tớn hiệu bộc lộ một nhược điểm cơ bản là khả năng chống nhiễu kộm. Nguyờn nhõn gõy nhiễu ở đõy cú thể là mụi
trường xung quanh, sự xuyờn õm (crosstalk) hoặc do chờnh lệch điện ỏp đất của cỏc đối tỏc truyền thụng. Điều này cũng dẫn đến sự hạn chế về chiều dài dõy dẫn cũng như tốc
Truyền dẫn chờnh lệch đối xứng
Truyền dẫn chờnh lệch đối xứng sử dụng điện ỏp giữa hai dõy dẫn (A và B hay dõy - và dõy +) để biểu diễn trạng thỏi logic (1 và 0) của tớn hiệu, khụng phụ thuộc vào đất
( D A B VA 27Ω 27Ω VB VOD C VOS Hỡnh 2.25). D A B VA 27Ω 27Ω VB VOD C VOS Hỡnh 2.25: Truyền dẫn chờnh lệch đối xứng
Khỏi niệm “chờnh lệch đối xứng” ở đõy được thể hiện qua sự cõn xứng (tương đối) về điện ỏp của hai dõy A và B đối với điện ỏp chế độ chung trong điều kiện làm việc bỡnh thường. Một tỏc động nhiễu ở bờn ngoài sẽ làm tăng hay giảm tức thời điện ỏp ở cả hai dõy một giỏ trị gần tương đương, vỡ thế tớn hiệu ớt bị sai lệch. Sự khỏc nhau về điện ỏp đất giữa cỏc thiết bị tham gia truyền thụng cũng hầu như khụng ảnh hưởng trực tiếp tới việc đỏnh giỏ giỏ trị logic của tớn hiệu. Một nguyờn nhõn gõy nhiễu khỏc là sự xuyờn õm cũng được loại trừ đỏng kể khi dựng đụi dõy xoắn (twisted pair). Những ưu điểm trờn đõy dẫn đến sự phổ biến của phương thức truyền dẫn chờnh lệch đối xứng trong cỏc hệ thống truyền thụng tốc độ cao và phạm vi rộng. D R A B A' B' C C' VOS VCM VNOISE VGPD
Hỡnh 2.26: Điện ỏp chế độ chung VCM và chờnh lệch điện ỏp đất VGPD
Trở đầu cuối (terminating resistance)
Thụng thường, một tớn hiệu được phỏt đi khi tới một đầu dõy sẽ phản xạ ngược trở lại, giống như hiện tượng phản xạ ỏnh sỏng. Khi tốc độ truyền tương đối thấp hoặc dõy dẫn tương đối ngắn, sao cho thời gian bit TB lớn hơn gấp nhiều lần so với thời gian lan truyền tớn hiệu TS, tớn hiệu phản xạ sẽ suy giảm và triệt tiờu sau một vài lần qua lại,
khụng gõy ảnh hưởng tới chất lượng của tớn hiệu mang bit dữ liệu được phỏt tiếp theo. Trong trường hợp khỏc sẽ xảy ra xung đột tớn hiệu, vỡ vậy người ta dựng một trở kết thỳc, hay trở đầu cuối để hấp thụ tớn hiệu ban đầu. ý tưởng ở đõy là khi một đường dõy dẫn dài vụ hạn thỡ sẽ khụng xảy ra hiện tượng phản xạ tớn hiệu. Vỡ vậy, trở đầu cuối
được chọn cú giỏ trị tương đương với trở khỏng đặc trưng (trở khỏng súng) của cỏp
truyền.
2.7.2 RS-232
RS-232 (tương ứng với chuẩn chõu Âu là CCITT V.24) lỳc đầu được xõy dựng phục vụ chủ yếu trong việc ghộp nối điểm-điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE, Data Terminal Equipment), vớ dụ giữa hai mỏy tớnh (PC, PLC, v.v...), giữa mỏy tớnh và mỏy
in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và và một thiết bị truyền dữ liệu (DCE, Data
Communication Equipment), vớ dụ giữa mỏy tớnh và Modem (Hỡnh 2.27).
Hỡnh 2.27: Giao tiếp giữa hai mỏy tớnh thụng qua Modem và RS-232
Mặc dự tớnh năng hạn chế, RS-232 là một trong cỏc chuẩn tớn hiệu cú từ lõu nhất, vỡ thế được sử dụng rất rộng rói. Ngày nay, mỗi mỏy tớnh cỏ nhõn đều cú một vài cổng RS- 232 (cổng COM), cú thể sử dụng tự do để nối với cỏc thiết bị ngoại vi hoặc với cỏc mỏy tớnh khỏc. Nhiều thiết bị cụng nghiệp cũng tớch hợp cổng RS-232 phục vụ lập trỡnh hoặc tham số húa.
Đặc tớnh điện học
RS-232 sử dụng phương thức truyền khụng đối xứng, tức là sử dụng tớn hiệu điện ỏp chờnh lệch giữa một dõy dẫn và đất. Mức điện ỏp được sử dụng dao động trong khoảng từ -15V tới 15V. Khoảng từ 3V đến 15V ứng với giỏ trị logic 0, khoảng từ -15V đến - 3V ứng với giỏ trị logic 1, như biểu diễn trờn Hỡnh 2.28.
DTE MODEM (DCE) MODEM (DCE) DTE
VIỄN THễNG
+15V+3V +3V -3V 0 1 D R +25V -25V -15V Phạ m v i l à m v iệ c c h o ph ép Khu v ự c quá độ Giao diện RS-232
Hỡnh 2.28: Qui định trạng thỏi logic của tớn hiệu RS-232
Chớnh vỡ từ -3V tới 3V là phạm vi khụng được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giỏ trị logic từ 0 lờn 1 hoặc từ 1 xuống 0 một tớn hiệu phải vượt qua khoảng quỏ độ đú trong một thời gian ngắn hợp lý. Vớ dụ, tiờu chuẩn DIN 66259 phần 2 qui định độ dốc tối thiểu của một tớn hiệu phải là 6V/ms hoặc 3% nhịp xung, tựy theo giỏ trị nào nhỏ hơn. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của cỏc thiết bị tham gia và của cả đường truyền.
Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dõy dẫn. Đa số cỏc hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19.2kBd (chiều dài cho phộp 30-50m). Gần đõy, sự tiến bộ
trong vi mạch đó gúp phần nõng cao tốc độ của cỏc modem lờn nhiều lần so với ngưỡng 19.2kBd. Hiện nay đó cú những mạch thu phỏt đạt tốc độ 460kBd và hơn nữa, tuy nhiờn tốc độ truyền dẫn thực tế lớn hơn 115.2 kBd theo chuẩn RS-232 trong một hệ thống làm việc dựa vào ngắt là một điều khú cú thể thực hiện.
Một ưu điểm của chuẩn RS-232 là cú thể sử dụng cụng suất phỏt tương đối thấp, nhờ trở khỏng đầu vào hạn chế trong phạm vi từ 3-7kΩ. Bảng 2.1 dưới đõy túm tắt một số thụng số điện học quan trọng của RS-232.
Bảng 2.1: Túm tắt cỏc thụng số quan trọng của RS-232
Thụng số Điều kiện Tối thiểu Tối đa
Điện ỏp đầu ra hở mạch 25V
Điện ỏp đầu ra khi cú tải 3kΩ ≤ RL ≤ 7kΩ 5V 15V
Trở khỏng đầu ra khi cắt nguồn -2V ≤ VO ≤ 2V 300Ω
Dũng ra ngắn mạch 500mA
Điện dung tải 2500pF
Trở khỏng đầu vào 3V ≤ VI ≤ 25V 3kΩ 7kΩ
Ngưỡng cho giỏ trị logic 0 3V
Giao diện cơ học
Chuẩn EIA/TIA-232F qui định ba loại giắc cắm RS-232 là DB-9 (chớn chõn), DB-25 (25 chõn) và ALT-A (26 chõn), trong đú hai loại đầu được sử dụng rộng rói hơn. Loại
DB-9 cũng đó được chuẩn húa riờng trong EIA/TIA-574. í nghĩa của cỏc chõn quan trọng được mụ tả dưới đõy.
• RxD (Receive Data): Đường nhận dữ liệu
• TxD (Transmit Data): Đường gửi dữ liệu
• DTR (Data Terminal Ready): Chõn DTR thường ở trạng thỏi ON khi thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kờnh truyền thụng. Qua việc giữ mạch DTR ở trạng thỏi ON, thiết bị đầu cuối cho phộp DCE của nú ở chế độ “tự trả lời” chấp nhận lời gọi khụng yờu cầu. Mạch DTR ở trạng thỏi OFF chỉ khi thiết bị đầu cuối khụng muốn DCE của nú chấp nhận lời gọi từ xa (chế độ cục bộ).
• DSR (Data Set Ready, DCE Ready): Cả hai modem chuyển mạch DSR sang ON khi một đường truyền thụng đó được thiết lập giữa hai bờn.
• DCD (Data Carrier Detect): Chõn DCD được sử dụng để kiểm soỏt truy nhập
đường truyền. Một trạm nhận tớn hiệu DCD là OFF sẽ hiểu là trạm đối tỏc chưa đúng mạch yờu cầu gửi dữ liệu (chõn RTS) và vỡ thế cú thể đoạt quyền kiểm soỏt đường truyền nếu cần thiết. Ngược lại, tớn hiệu DCD là ON chỉ thị bờn đối tỏc đó
gửi tớn hiệu RTS và giành quyền kiểm soỏt đường truyền.
• RTS (Request To Send): Đường RTS kiểm soỏt chiều truyền dữ liệu. Khi một trạm cần gửi dữ liệu, nú đúng mạch RTS sang ON để bỏo hiệu với modem của nú. Thụng tin này cũng được chuyển tiếp tới modem xa.
• CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, một trạm được thụng bỏo rằng modem của nú đó sẵn sàng nhận dữ liệu từ trạm và kiểm soỏt đường điện thoại cho việc truyền dữ liệu đi xa.
DSR Data Set Ready RTS Request To Send CTS Clear To Send RI Ring Indicator DCD RxD TxD DTR GND DSR RTS CTS RI
DCD Data Carrier Detect RxD Receive Data TxD Transmit Data DTR Data Terminal Ready GND Ground DCD RxD TxD DTR GND DSR RTS CTS RI
• RI (Ring Indicator): Khi modem nhận được một lời gọi, mạch RI chuyển
ON/OFF một cỏch tuần tự với chuụng điện thoại để bỏo hiệu cho trạm đầu cuối.
Tớn hiệu này chỉ thị rằng một modem xa yờu cầu thiết lập liờn kết dial-up.
Chế độ làm việc
Chế độ làm việc của hệ thống RS-232 là hai chiều toàn phần (full-duplex), tức là hai thiết bị tham gia cựng cú thể thu và phỏt tớn hiệu cựng một lỳc. Như vậy, việc thực hiện truyền thụng cần tối thiểu 3 dõy dẫn - trong đú hai dõy tớn hiệu nối chộo cỏc đầu thu phỏt của hai trạm và một dõy đất, như a minh họa. Với cấu hỡnh tối thiểu này, việc đảm bảo độ an toàn truyền dẫn tớn hiệu thuộc về trỏch nhiệm của phần mềm.
Hỡnh 2.29b minh họa một vớ dụ ghộp nối trực tiếp giữa hai thiết bị thực hiện chế độ bắt tay (handshake mode) khụng thụng qua modem. Qua việc sử dụng cỏc dõy dẫn DTR và DSR, độ an toàn giao tiếp sẽ được đảm bảo. Trong trường hợp này, cỏc chõn RTS và CTS được nối ngắn. Lưu ý rằng, trong trường hợp truyền thụng qua modem, cấu hỡnh
ghộp nối sẽ khỏc một chỳt. TxD RxD RTS CTS DTR DSR GND TxD RxD RTS CTS DTR DSR GND TxD RxD RTS CTS DTR DSR GND TxD RxD RTS CTS DTR DSR GND Transmit Data Receive Data Request To Send Clear To Send Data Terminal Ready
Data Set Ready Ground