C phát hiện xung đột, hủy bỏ bức đIện hờ một thời gian ngẫu nhiên và lặp lạ
b) Chế độ bắt taya) Cấu hình ghép nối tối thiểu
a) Cấu hình ghép nối tối thiểu
Hỡnh 2.29: Mộ ốt s vớ d ghộp n i v i RS-232 ụ ố ớ
2.7.3 RS-422
Khỏc v i RS-232, RS-422 sớ ử dụng tớn hi u i n ỏp chờnh l ch i x ng gi a hai dõy ệ đ ệ ệ đố ứ ữ dẫn A và B, nhờ vậy gi m ả được nhi u và cho phộp t ng chi u dài dõy d n m t cỏch ễ ă ề ẫ ộ đỏng k . RS-422 thớch h p cho ph m vi truy n d n t i 1200 một mà khụng c n b lặp. ể ợ ạ ề ẫ ớ ầ ộ Đ ệi n ỏp chờnh l ch dương ng v i tr ng thỏi logic 0 và õm ng v i tr ng thỏi logic 1. ệ ứ ớ ạ ứ ớ ạ Đ ệi n ỏp chờnh l ch u vào bờn nh n cú th xu ng t i 200mV. M t vài thụng s quan ệ ở đầ ậ ể ố ớ ộ ố trọng được túm tắt trong bảng 2.2. Bảng 2.2: Túm tắt cỏc thụng số quan trọng của RS-422 Thụng số Thụng số Thụng số
Thụng số Thụng số Điều kiện Điều kiện Điều kiện Điều kiện Điều kiện Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối đa Tối đa Tối đa Tối đa Tối đa
Điện ỏp đầu ra hở mạch ±10V Điện ỏp đầu ra khi cú tải R T = 100Ω ±2 V
Thụng số
Thụng số Thụng số
Thụng số Thụng số Điều kiện Điều kiện Điều kiện Điều kiện Điều kiện Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối đa Tối đa Tối đa Tối đa Tối đa
Dũng ra ngắn mạch ±150mA Thời gian quỏ độ đầu ra R T = 100Ω 10% T B*
Điện ỏp chế độ chung đầu ra V OC RT = 100Ω ±3V Độ nhạy cảm đầu vào -7V ≤ VCM 7V ≤ ±200mV Điện ỏp chế độ chung V CM -7V 7V Trở khỏng đầu vào 4kΩ
* TB - Thời gian bit
Trong cấu hỡnh ghộp nối tối thiểu cho RS-422 cần m t ộ đụi dõy dựng truyền d n tớn ẫ hiệu (A và B). Trong cấu hỡnh này chỉ cú thể dựng phương phỏp truyền một chiều (simplex) hoặc hai chiều giỏn đ ạn (half-duplex), tức trong mộo t th i i m ch cú m t tớn ờ đ ể ỉ ộ hiệu duy nhất được truyề đi. n Để thực hiện truyền hai chiều toàn phần (full-duplex) ta cần hai đụi dõy.
RS-422 cú khả năng ghộp n i i m- i m, ho c i m-nhi u iố đ ể đ ể ặ đ ể ề đ ểm trong một mạng đơn gi n - c th là duy nh t m t tr m được phỏt và 10 tr m cú th nh n tớn hi u. Tuy ả ụ ể ấ ộ ạ ạ ể ậ ệ vậy, trong thực tế RS-422 thường chỉ được dựng để ghộp nối đ ểm-đ ểm với mục đớch i i thay thế RS-232 cho khoảng cỏch truy n thụng lề ớn và tố độc cao hơn.
Trong cả hai trường h p sợ ử dụng c u hỡnh hai dõy hay b n dõy, vi c s dụng thờm ấ ố ệ ử một dõy đất (C) đúng một vai trũ khỏc rất quan trọng, tuy khụng giỳp gỡ cho việc xỏc định giỏ tr logic tương ng v i m c tớn hi u. Trờn m t kho ng cỏch vài tr m n hàng ị ứ ớ ứ ệ ộ ả ă đế ngàn một, mứ đ ệc i n ỏp đất cú thể rất khỏc nhau. i u c n thi t õy là gi mộĐ ề ầ ế ở đ ữ t m c ứ đ ệi n ỏp ch chung VCM cho cỏc trạm tham gia ở mộế độ t gi i h n qui nh, n u khụng d ớ ạ đị ế ữ liệu truyề đn i sẽ bị mất và cỏc c ng k t n i s bịổ ế ố ẽ phỏ h ng. Ngưỡng gi i h n qui định ỏ ớ ạ cho VCM đối với RS-422 là ±7V.
2.7.4 RS-485
Đặc tớnh đ ệi n h c ọ
Về cỏc đặc tớnh đ ện học, RS-485 và RS-422 giống nhau về cơ bải n. RS-485 c ng s ũ ử dụng tớn hiệ đ ện ỏp chờnh lệch đối xứng giữa hai dõy dẫn A và B. Ngưỡng giới hạu i n qui định cho VCM đối với RS-485 được nớ ội r ng ra kho ng -7V n 12V, c ng nh tr ả đế ũ ư ở khỏng đầu vào cho phộp lớn g p ba lần so với RS-422. Cỏc thụng số quan trọấ ng được túm tắt trong bảng 2.3. Bảng 2.3: Túm tắt cỏc thụng số quan trọng của RS-485 Thụng số Thụng số Thụng số
Thụng số Thụng số Điều kiện Điều kiện Điều kiện Điều kiện Điều kiện Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối đa Tối đa Tối đa Tối đa Tối đa
Điện ỏp đầu ra hở mạch ±1,5V ±6V Điện ỏp đầu ra khi cú tải R LOAD = 54Ω ±1,5V ±5V
Thụng số
Thụng số Thụng số
Thụng số Thụng số Điều kiện Điều kiện Điều kiện Điều kiện Điều kiện Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối thiểu Tối đa Tối đa Tối đa Tối đa Tối đa
Dũng ra ngắn mạch ±250mA Thời gian quỏ độ đầu ra R LOAD = 54Ω
CLOAD = 54pF
30% TB*
Điện ỏp chế độ chung đầu ra V OC RLOAD = 54Ω -1V 3V Độ nhạy cảm đầu vào -7V ≤ V CM ≤ 12V ±200mV Điện ỏp chế độ chung V CM -7V 12V Trở khỏng đầu vào 12kΩ
Đặc tớnh khỏc nhau cơ bản c a RS-485 so v i RS-422 là kh năủ ớ ả ng ghộp n i nhi u ố ề đ ểi m, vỡ th được dựng ph bi n trong cỏc h thốế ổ ế ệ ng bus trường. C th , 32 tr m cú th ụ ể ạ ể tham gia ghộp nối, được nh a chỉ và giao tiế đồđị đị p ng thời trong mộ đ ạt o n RS-485 mà khụng c n b l p. ầ ộ ặ
Để đạt được đ ềi u này, trong m t th i i m ch m t tr m ộ ờ đ ể ỉ ộ ạ được phộp kiểm soỏt đường dẫn và phỏt tớn hiệu, vỡ thế một bộ kớch thớch đều ph i a v chả đư ề ế độ trở khỏng cao mỗi khi rỗi, tạ đ ềo i u kiện cho cỏc bộ kớch thớch ở cỏc trạm khỏc tham gia. Chế độ này được gọi là tri-state. Một số vi mạch RS-485 tự động x lý tỡnh huốử ng này, trong nhiều trường hợp khỏc việc đú thuộc về trỏch nhiệm của phần m m đ ềề i u khi n truyền thụng. ể Trong mạch của bộ kớch thớch RS-485 cú một tớn hi u vào “Enable” được dựng cho m c ệ ụ đớch chuy n b kớch thớch v tr ng thỏi phỏt tớn hi u ho c tri-state. S mạể ộ ề ạ ệ ặ ơ đồ ch cho b ộ kớch thớch và bộ thu RS-485 được biểu diễn trờn Hỡnh 2.30.
D A A B C Enable R A B C o o o 1/2Vi -1/2Vi VCM RS-485 Receiver RS-485 Drive r
Hỡnh 2.30: Sơ đồ b kớch thớch (driver) và b thu (receiver) RS-485 ộ ộ
Mặc dự phạm vi làm việc tối đa là từ -6V đến 6V (trong trường hợp hở mạch), tr ng ạ thỏi logic của tớn hiệu chỉ được định ngh a trong khoảĩ ng t ±1,5V đến ±5V đối vớ đầừ i u ra (bờn phỏt) và từ ±0,2V đến ±5V đối với đầu vào (bờn thu), như được minh họa trờn
Hỡnh 2.31.
Số trạm tham gia
RS-485 cho phộp nối mạng 32 t i ả đơn v (unit load, UL), ị ứng v i 32 bộớ thu phỏt hoặc nhiều hơn, tựy theo cỏch chọn tải cho mỗi thiết bị thành viờn. Định nghĩa một tải đơn v ị được minh h a trờn Hỡnh 2.32. Thụng thường, m i b thu phỏt ọ ỗ ộ được thi t k ế ế t ng ươ đương với một tải đơn vị. Gầ đõy cũng cú những cố gắn ng gi m t i xu ng cũn ả ả ố
1/2UL hoặc 1/4UL, tức là tăng trở khỏng đầu vào lờn hai hoặc bốn l n, với mục ầ đớch tăng số trạm lờn 64 hoặc 128. Tuy nhiờn, tăng số trạm theo cỏch này sẽ gắn v i vi c ớ ệ phải giảm tốc độ truyền thụng, vỡ cỏc trạm cú trở khỏng lớn s hoẽ ạt động chậm hơn.
+5V+1.5V/+0.2V +1.5V/+0.2V -1.5V/-0.2V 0 1 +6V -6V -5V P hạ m v i l à m v iệ c ch o ph é p K hu v ực qu á đ ộ
Hỡnh 2.31: Qui định trạng thỏi logic c a tớn hi u RS-485 ủ ệ
Giới hạn 32 tải đơn v xuị ất phỏt từ đặc tớnh kỹ thuật của hệ thống truyền thụng nhiều đ ểi m. Cỏc t i được m c song song và vỡ th vi c t ng t i s làm suy gi m tớn hiệu vượt ả ắ ế ệ ă ả ẽ ả quỏ m c cho phộp. Theo qui ứ định chuẩn, m t bộ kớch thớch tớn hiệộ u ph i m bảo dũng ả đả t ng c ng 60mA vổ ộ ừa đủ để cung cấp cho:
• Hai trở đầ u cu i m c song song tương ng t i 60 (120 tạố ắ ứ ả Ω Ω i m i u) v i i n ỗ đầ ớ đ ệ ỏp tối thiểu 1,5V, tạo dũng tương đương v i 25mA ớ
• 32 tả đơi n v mắị c song song v i dũng 1mA qua m i t i (trường hợớ ỗ ả p x u nh t), ấ ấ t o dũng t ng ạ ươ đương với 32mA.
-7V -3V
12V5V 5V
-0.8mA 1mA
Hỡnh 2.32: Định nghĩa một tải đơn vị
Tốc độ truyền tải và chiều dài dõy dẫn
Cũng như RS-422, RS-485 cho phộp khoảng cỏch tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong mộ đ ạt o n m ng là 1200m, khụng phụ thuạ ộc vào số trạm tham gia. Tố độc truyền dẫn tối đa cú thể lờn tới 10Mbit/s, một số hệ ố th ng g n õy cú kh n ng làm vi c v i t c ầ đ ả ă ệ ớ ố độ 12Mbit/s. Tuy nhiờn cú s ràng bu c gi a t c truy n dẫ ố đự ộ ữ ố độ ề n t i a và dài dõy d n độ ẫ
cho phộp, tức là một mạng dài 1200m khụng thể làm việc với tốc độ 10MBd. Quan hệ giữa chỳng phụ thuộc nhiều vào chất lượng cỏp dẫ được dựng cũng như phụ thuộc vào n việc đỏnh giỏ chất lượng tớn hiệu. Một vớ dụ đặc trưng được biểu diễn qua đồ thị trờn Hỡnh 2.33.
Tốc độ truyền tối đa cũng phụ thuộc vào chất lượng cỏp mạng, cụ thể là đụi dõy xoắn kiểu STP cú khả năng ch ng nhi u t t h n lo i UTP và vỡ th cú th truy n v i t c ố ễ ố ơ ạ ế ể ề ớ ố độ cao hơn. Cú thể ử s dụng cỏc b lặộ p để t ng s tr m trong m t m ng, c ng nh chi u dài ă ố ạ ộ ạ ũ ư ề dõy dẫn lờn nhiề ầu l n, đồng thờ đải m bảo được chất lượng tớn hiệu.
330 30 300 3000
100 1k 10k 100k 1M 10M
Tốc độ truyền tải (bit/s)
C hi ề u dà i d â y (m ) 1200 12
Hỡnh 2.33: Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài dõy dẫn tối đa trong RS- 422/RS-485 sử ụ d ng ụi dõy xoắn AWG 24. đ
Cấu hỡnh mạng
RS-485 là chuẩn duy nh t do EIA đưa ra mà cú khả năấ ng truy n thụng a i m th c ề đ đ ể ự sự chỉ dựng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là bus. Chớnh vỡ vậy mà nú được dựng làm chuẩn cho lớp v t lý ở đậ a số cỏc hệ thống bus hiện thời.
Cấu hỡnh phổ biến nhất là sử dụng hai dõy d n cho vi c truy n tớn hi u, nh ẫ ệ ề ệ ư được minh họa trờn Hỡnh 2.34. Trong trường hợp này, hệ thống chỉ cú thể làm vi c v i chế độệ ớ hai chiều giỏn đ ạo n (half-duplex) và cỏc trạm cú thể nh n quyềậ n bỡnh đẳng trong việc truy nhập đường d n. Chỳ ý rằẫ ng đường d n được kết thỳc bằng hai trở tạẫ i hai u ch đầ ứ khụng được phộp ở giữa đường dõy. Vỡ mục đớch đơn giản, dõy đất khụng được vẽ ở đõy, tuy nhiờn trong th c t vi c n i dõy t là r t c n thi t. ự ế ệ ố đấ ấ ầ ế
D R R R D D R D R RT RT Hỡnh 2.34: Cấu hỡnh m ng RS-485 hai dõy ạ
Một mạng RS-485 cũng cú thể được nối theo kiểu 4 dõy, như Hỡnh 2.35 mụ tả. Một trạm chủ (master) úng vai trũ đ ềđ i u khi n toàn bộ giao tiếp giữa cỏc trạm kể ả ệể c vi c truy
nh p ậ đường dẫn. Cỏc trạm tớ (slave) khụng thể liờn hệ ự tr c ti p mà u ph i qua tr m ế đề ả ạ chủ. Trạm chủ phỏt tớn hiệu yờu cầu và cỏc trạm tớ cú trỏch nhiệm đỏp ứng. V n ấ đề kiểm soỏt thõm nhậ đường dẫ ở đõy chớnh là việc khống chế cỏc trạm tớ khụng trả lời p n cựng một lỳc. Với cấu hỡnh này, việc truyền thụng cú thể thực hi n chệ ế độ hai chiều toàn phần (full-duplex), phự hợp v i cỏc ớ ứng d ng ũi hỏi tố độụ đ c truyền t i thụng tin ả cao, tuy nhiờn ở đõy phải trả giỏ cho hai đường dõy bổ sung.
D RT R R D D R RT RT RT D R Maste r Slave Slave Slave Hỡnh 2.35: Cấu hỡnh m ng RS-485 s d ng 4 dõy ạ ử ụ Cỏp nối
RS-485 khụng phải là một chuẩn trọn v n mà chỉ là mộẹ t chuẩn v c tớnh i n h c, ề đặ đ ệ ọ vỡ vậy khụng đưa ra cỏc qui định cho cỏp nối cũng nh cỏc bộ nốư i. Cú th dựng ụi dõy ể đ xoắn, cỏp trơn hoặc cỏc loại cỏp khỏc, tuy nhiờn đụi dõy xoắn là vẫn là loại cỏp được sử d ng ph bi n nhụ ổ ế ất nhờ đặc tớnh chống t p nhiạ ễu và xuyờn õm.
Trở đầu cu i ố
Do tốc độ truy n thụng và chi u dài dõy d n cú th khỏc nhau r t nhi u trong cỏc ng ề ề ẫ ể ấ ề ứ dụng, hầu như tấ ảt c cỏc bus RS-485 u yờu c u s dụđề ầ ử ng tr u cu i t i hai đầu dõy. ở đầ ố ạ Sử dụng tr u cu i cú tỏc d ng ch ng cỏc hi u ng ph trong truy n d n tớn hi u, vớ ở đầ ố ụ ố ệ ứ ụ ề ẫ ệ dụ sự ph n x tớn hi u. Tr u cu i dựng cho RS-485 cú thể từả ạ ệ ở đầ ố 100Ω n 120Ω. M t đế ộ sai lầm thường gõy tỏc hại nghiờm trọng trong thực tế là dựng trở đầ u cuối t i m i trạ ỗ ạm. Đối với m t mạộ ng bus cú 10 tr m thỡ tr khỏng t o ra do cỏc tr u cu i m c song ạ ở ạ ở đầ ố ắ song sẽ là 10Ω thay chứ khụng ph i 50Ω nhưả thụng thường. Chỳ ý rằng t i của cỏc trở ả đầu cu i chi m ph n l n trong toàn m ch, nờn trong trường h p này h u qu gõy ra là ố ế ầ ớ ạ ợ ậ ả dũng qua cỏc trở đầ u cuối sẽ ấ l n ỏt, cỏc tớn hiệu mang thụng tin tới cỏc bộ thu sẽ suy yếu mạnh dẫn tới sai lệch hoàn toàn. Một số bộ nối cú tớch hợp s n tr u cu i, cú th dựng ẵ ở đầ ố ể jumper để chọn chế độ thớch hợp tựy theo vị trớ của trạm trong mạng.
Trong trường hợp cỏp truyền ngắn và tố độc truyền thấp, ta cú thể khụng cần dựng trở đầ u cuối. Tớn hiệu ph n x s suy giảm và triệt tiờu sau vài lần qua lại. Tốc độ truyền ả ạ ẽ dẫn thấp cú nghĩa là chu kỳ nhịp bus dài. Nếu tớn hiệu phản xạ triệt tiờu hoàn toàn trước th i ờ đ ểi m trớch mẫ ởu nhịp tiếp thep (thường vào giữa chu kỳ) thỡ tớn hiệu mang thụng
tin sẽ khụng bị ả nh hưởng. Cú nhiều phương phỏp để chặ đần u cuối một đường dẫn RS- 485, nh ư được minh họa trờn Hỡnh 2.36.
Phương phỏp được dựng phổ bi n nh t là chỉế ấ dựng m t đ ệộ i n trở thuần nối giữa hai dõy A và B tại mỗi đầu. Phương phỏp này cũn được gọi là chặn song song. iĐ ện trở được chọn cú giỏ tr tương ị đương với tr khỏng đặc trưng (trở khỏng súng) của cỏp nối. ở Như vậy s khụng cú tớn hi u ph n x và ch t lượng tớn hi u mang thụng tin s được ẽ ệ ả ạ ấ ệ ẽ đảm b o. Nhược i m c a phương phỏp này là s hao t n ngu n t i hai i n tr . ả đ ể ủ ự ổ ồ ạ đ ệ ở
Hỡnh 2.36: Cỏc phương phỏp chặn đầu cu i RS-485/RS-422 ố
Phương phỏp thứ hai được gọi là chặn RC, sử dụng k t h p m t t C mắế ợ ộ ụ c n i ti p ố ế với đ ện trởi R. Mạch RC này cho phộp khắc phục nhược đ ểm của cỏch sử dụi ng m t ộ đ ệi n tr thu n nờu trờn. Trong lỳc tớn hi u giai o n quỏ ở ầ ệ ở đ ạ độ ụ, t C cú tỏc d ng ng n ụ ắ mạch và trở R cú tỏc dụng chặ đầu cuối. Khi tụ C đảo chiều sẽ cản trở dũng một chiều n và vỡ thế cú tỏc dụng gi m tải. Tuy nhiờn, hiệ ứả u ng thụng thấp (lowpass) của mạch RC khụng cho phộp hệ thống làm việc với tốc độ cao.
Một biến thể của phương phỏp ch n song song c ng được s dụặ ũ ử ng r ng rói cú tờn là ộ
chặn tin cậy, bởi nú cú tỏc d ng khỏc n a là ụ ữ tạo thiờn ỏp tin cậy (fail-safe biasing) đảm
b o mả ột dũng tối thiểu cho trường hợp bus rỗi hoặc cú sự ố c .