a)Truyền dẫn khụng đối xứng
Truyền dẫn khụng đối xứng sử dụng điện ỏp của một dõy dẫn so với đất để thể hiện trạng thỏi logic (1 và 0) của một tớn hiệu số. 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. Nhờ vậy tiết kiệm được số lượng dõy dẫn và cỏc linh kiện ghộp nối.
Nhược điểm cơ bản của phương phỏp này là khả năng chống nhiễu kộm. Nguyờn nhõn gõy nhiễu ở đõy cú thể là mụi trường xung quanh hoặc do chờnh lệch điện ỏp đất của cỏc đối tỏc truyền thụng.
+V -V +V -V +V -V +V -V RXD TXD TXD RXD GND Hỡnh 3.2: Mụ hỡnh truyền dẫn khụng đối xứng b) Truyền dẫn chờnh lệch đối xứng
Truyền dẫn chờnh lệch đối xứng sử dụng điện ỏp giữa 2 dõy dẫn ( A và B hay dõy + và dõy -) để biểu diễn trạng thỏi logic (1 và 0) của tớn hiệu và khụng phụ thuộc vào đất. Khỏi niệm “chờnh lệch đối xứng” ở đõy dựng để chỉ sự cõn xứng về mặt điện ỏp của hai dõy so với đất trong điều kiện làm việc bỡnh thường. Một tỏc động nhiễu 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. Phương thức truyền dẫn chờnh lệch đối xứng dựng trong cỏc hệ thống truyền thụng tốc độ cao, phạm vi rộng. - + TTL - + TTL DTE DCE E E SD RD A A A A B B B B Hỡnh 3.3: Mụ hỡnh truyền dẫn khụng đối xứng 3.3.2 Giao tiếp RS -232
RS-232 (tương ứng với chuẩn chõu Âu là CCITT V.24) là chuẩn truyền nối tiếp, kiểu điểm - điểm, sử dụng phương thức truyền dẫn khụng đối xứng với chế độ làm việccú thể là 1 chiều, hai chiều hay hai chiều toàn phần (full-duplex). Ban đầu nú được xõy dựng phục vụ chủ yếu trong việc ghộp nối giữa hai thiết bị đầu cuối , giữa
mỏy tớnh và mỏy in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và một thiết bị truyền dữ liệu hoặc với cỏc mỏy tớnh khỏc. Hiện nay nhiều thiết bị cụng nghiệp cũng tớch hợp cổng RS-232 phục vụ lập trỡnh hoặc tham số húa, thiết bị đo lường,….Trong mỏy tớnh cổng RS232 cũn được gọi là cổng Com.
+ 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 logic được định nghĩa từ -3V đến -15V mức logic "1" và từ +3V đến +15V mức logic "0". Khoảng từ -3V đến 3V khụng xỏc định được mức logic.
Chớnh vỡ từ -3V đến 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 quy định độ dốc tối thiểu của một tớn hiệu phải là 6v/ms hoặc 3% chu kỳ xung nhịp, 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.
Hỡnh 3.4: Quy định trạng thỏi logic của tớn hiệu RS-232
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 19.2 kbps.
Chiều dài cho phộp 15m.
Truyền số liệu Full-duplex sử dụng 3 dõy: TxD, RxD, GND.
Cỏc tớn hiệu điều khiển dựng để bắt tay (Handshaking) phần cứng là: RTS, CTS, DSR, DTR. Mức logic:+3V đến +15V -> "1" và 0V-> "0".
Truyền khụng đồng bộ, cấu trỳc một khung truyền bao gồm: 1 bit start, 7-8 bit data, 1- 0 bit parity, 1-1,5-2 bit stop. (Gần đõy, sự tiến bộ trong vi mạch đó gúp phần nõng cao tốc độ của cổng RS- 232 lờn nhiều lần so với tốc độ 19,2kbps. 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 khỏc 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 3-7 kΩ. Bảng dưới đõy túm tắt một số thụng số điện học quan trọng của RS-232.
Bảng 3.2: Túm tắt cỏc thụng số quan trọng của RS232
+ Giao diện cơ học: Chuẩn RS-232 qui định ba loại giắc cắm RS-232 là DB-9, DB-25 và ALT-A, trong đú hai loại đầu được sử dụng rộng rói hơn.
5
RS - 232 DB -9 Male Pinout
Pin 1 Data Carrier Detect
RI 4 3 2 1 9 8 7 6 CTS RTS DSR GND DTR TxD RxD DCD
Pin 2 Receive Data Pin 3 Transmit Data Pin 4 Data Terminal Ready Pin 5 Signal Ground Pin 6 Data Set Ready Pin 7 Requet to Send Pin 8 Clear to Send Pin 9 Ring Indicator
14 TxCLK In RxCLK In LLBK DTR RLBK TxCLK out Test Mode C. GND TxD RxD RTS CTS DSR GND DCD RxCLK out RS - 232 Synchronous DB - 25 Male Pinout
Pin 1 Chassic Ground: Vỏ nối đất
Pin 2 Transmit Data: Truyền dữ liệu
Pin 3 Receive Data: Nhận dữ liệu
Pin 4 Request to Send: Yờu cầu gửi 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Pin 5 Clear to Send: Xúa việc gửi
Pin 6 Data Set Ready: Dữ liệu sẵn sàng
Pin 7 Signal Ground: Mas
Pin 8 Carrier Detect: Phỏt hiện súng mang
Pin 11 Receiver Clock Out Pin 15 Transmit Clock In Pin 17 Receiver Clock In
Pin 21 Remote Loopback
Pin 20 Data Terminal Ready: Đầu cuối TB sẵn sàng
Pin 18 Local Loopback
Pin 24 Transmit Clock Out Pin 25 Tesst Mode
Hỡnh 3.5: Sơđồ chõn Jack RS-232
í nghĩa của cỏc chõn quan trọng được mụ tả dưới đõy:
- RXD (receive Data): Đường nhận dữ liệu. ÿ TXD (Transmit Data): Đường gửi dữ liệu.
- DTR (Data Terminal Ready): Bỏo DTE sẵn sàng .Chõn DTR thường ở trạng thỏi ON khi thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kờnh truyền thụng (tự động quay
số hay tự động trả lời). DTR ở trạng thỏi OFF chỉ khi thiết bị đầu cuối khụng muốn DCE của nú chấp nhận lời gọi từ xa.
- DSR (Data Set Ready): Bỏo DCE sẵn sàng, ở chế độ trả lời, 1 tone trả lời và DSR ON sau 2 giõy khi Modem nhấc mỏy.
- DCD (Data Carrier Detect): Tớn hiệu này tớch cực khi Modem nhận được tớn hiệu từ trạm từ xa và nú duy trỡ trong suốt quỏ trỡnh liờn kết.
- 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.
- CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, Modem xỏc nhận là DTE cú thể truyền số liệu. Quỏ trỡnh ngược lại nếu đổi chiều truyền số liệu.
- RI (Ring Indicator): Khi modem nhận được tớn hiệu chuụng, 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 hỡnh 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 3.6: Một số vớ dụ ghộp nối với RS-232
Hỡnh trờn 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 cú một vài điểm khỏc.
3.3.3 Giao tiếp RS -422
Khỏc với RS-232, RS-422 sử dụng tớn hiệu điện ỏp chờnh lệch đối xứng giữa hai dõy dẫn A và B, nhờ vậy giảm được nhiễu và cho phộp tăng chiều dài dõy dẫn một
cỏch đỏng kể. RS-422 thớch hợp cho phạm vi truyền dẫn tới 1200 một mà khụng cần bộ lặp. Điện ỏp chờnh lệch dương ứng với trạng thỏi logic 0 và õm ứng với trạng thỏi logic 1. Điện ỏp chờnh lệch ở đầu vào bờn nhận cú thể xuống tới 200mV. Một vài thụng số quan trọng được túm tắt trong bảng sau:
Bảng 3.3: Túm tắt cỏc thụng số quan trọng của RS-422
Thụng số Điều kiện Tối thiểu Tối đa
Điện ỏp đầu ra hở mạch ± 10V
Điện ỏp đầu ra khi cú tải RT=100 ±2V
Trở khỏng đầu ra 100
Dũng ra ngắn mạch ±150mA
Thời gian quỏ độ đầu ra RT=100 10% TB*
Điện ỏp chế độ chung đầu ra VOC RT=100 ±3V
Độ nhạy cảm đầu vào -7V ≤ VCM ≤ 7V ±200mV
Điện ỏp chế độ chung VCM -7V 7V
Trở khỏng đầu vào 4k
* TB -Thời gian bit
Trong cấu hỡnh ghộp nối tối thiểu cho RS-422 cần một đụi dõy dựng truyền dẫn tớn hiệu (A và B). Trong cấu hỡnh này chỉ cú thể dựng phương phỏp truyền một chiều (simplex) hoặc hai chiều giỏn đoạn (half-duplex), tức trong một thời điểm chỉ cú một tớn hiệu duy nhất được truyền đi. Để thực hiện truyền hai chiều toàn phần (full- duplex) ta cần hai đụi dõy.
RS-422 cú khả năng ghộp nối điểm - điểm, hoặc điểm - nhiều điểm trong một mạng đơn giản - cụ thể là duy nhất một trạm được phỏt và 10 trạm cú thể nhận tớn hiệu. Tuy vậy, trong thực tế RS-422 thường chỉ được dựng để ghộp nối điểm - điểm với mục đớch thay thế RS-232 cho khoảng cỏch truyền thụng lớn và tốc độ cao hơn.
Trong cả hai trường hợp sử dụng cấu hỡnh hai dõy hay bốn dõy, việc sử dụng thờm một dõy đất (C) đúng vai trũ khỏc rất quan trọng, tuy khụng giỳp gỡ cho việc xỏc định giỏ trị logic tương ứng với mức tớn hiệu. Trờn một khoảng cỏch vài trăm đến hàng ngàn một, mức điện ỏp đất cú thể rất khỏc nhau. Điều cần thiết ở đõy là giữ một mức điện ỏp chế độ chung VCM cho cỏc trạm tham gia ở một mức giới hạn quy định, nếu khụng dữ liệu truyền đi sẽ bị mất và cỏc cổng kết nối mới sẽ bị phỏ hỏng. Ngưỡng giới hạn quy định cho VCM đối với RS-422 là ±7V.
3.3.4 Giao tiếp RS -485
Đặc tớnh điện học
Về đặc tớnh điện học, RS-485 và RS-422 cơ bản giống nhau. RS-485 cũng sử dụng tớn hiệu điện ỏp chờnh lệch đối xứng giữa hai dõy dẫn A và B. Ngưỡng giới hạn được quy định cho VCM đối với RS-485 được nới rộng ra khoảng -7V đến +12V, cũng như trở khỏng đầu vào cho phộp lớn gấp 3 lần so với RS-422. Cỏc thụng số quan trọng được túm tắt trong bảng dưới đõy.
Bảng 3.4: Túm tắt cỏc thụng sốquan trọng của RS-485
Thụng số Điều kiện Tối thiểu Tối đa
Điện ỏp đầu ra hở mạch ±1,5V ±6V
Điện ỏp đầu ra khi cú tải RLoad=54 ±1,5V ±5V
Dũng ra ngắn mạch ±250mA
Thời gian quỏ độ đầu ra RLoad=54 CLoad=54pF
30% TB*
Điện ỏp chế độ chung đầu ra VOC RLoad=54 -1V 3V
Độ nhạy cảm đầu vào -7v ≤ VCM ≤ 12V ±200mV
Điện ỏp chế độ chung VCM -7V 12V
Trở khỏng đầu vào 12k
Đặc tớnh khỏc nhau cơ bản của RS-485 so với RS-422 là khả năng ghộp nối nhiều điểm, vỡ thế cú thể được dựng phổ biến trong cỏc hệ thống bus trường. Cụ thể, 32 trạm cú thể dược tham gia ghộp nối, được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà khụng cần bộ lặp.
Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ một trạm được phộp kiểm soỏt đường truyền và phỏt tớn hiệu, vỡ thế mỗi bộ phỏt đều phải đưa về chế độ trở khỏng cao khi rỗi, tạo điều kiện cho cỏc bộ phỏt ở cỏc trạm khỏc tham gia. Chế độ này được gọi là tri-state. Một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tỡnh huống này, trong nhiều trường hợp khỏc việc đú thuộc trỏch nhiệm của phần mềm điều khiển truyền thụng.Trong mạch của bộ phỏt RS-485 cú một tớn hiệu
"Enable được dựng cho mục đớch chuyển bộ kớch thớch về trạng thỏi phỏt tớn hiệu hoặc tri-state. Sơ đồ mạch cho bộ kớch thớch và bộ thu RS-485 được biểu diễn trờn hỡnh sau:
Hỡnh 3.7: Sơ đồ bộ phỏt và thu của RS 485
Mặc dự phạm vi tối đa là từ -6V đến +6V trong trường hợp hở mạch trạng thỏi logic của tớn hiệu chỉ được định nghĩa trong khoảng đến đối với đầu vào bờn thu như được minh họa trong hỡnh sau:
Hỡnh 3.8: Quy định trạng thỏi logic của RS-485
RS-485 cho phộp nối mạng 32 tải đơn vị (unit load, UL), ứng với 32 bộ thu phỏt hoặc nhiều hơn, tựy theo cỏch chọn tải cho mỗi thiết bị thành viờn. Thụng thường, mỗi bộ thu phỏt được thiết kế tương đương với tải đơn vị. Gần đõy cũng cú những cố gắng giảm tải xuống cũn 1/2 UL hoặc 1/4UL, tức là tăng trở khỏng đầu vào lờn hai hoặc bốn lần, với mục đớch tăng số trạm lờn 64 hoặc 128. Tuy nhiờn, tăng số trạm theo cỏch này sẽ gắn với việc phải giảm tốc độ truyền thụng vỡ cỏc trạm cú trở khỏng lớn sẽ hoạt động chậm hơn.
Giới hạn 32 tải đơn vị xuất phỏt từ đặc tớnh kỹ thuật của hệ thống truyền thụng nhiều điểm. Cỏc tải được mắc song song và vỡ thế việc tăng tải sẽ làm suy giảm tớn hiệu vượt quỏ mức cho phộp. Theo quy định chuẩn, một bộ kớch thớch tớn hiệu phải đảm bảo dũng tổng cộng 60mA vừa đủ để cung cấp cho:
• Hai trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60 (120 ở mỗi đầu) với điện ỏp tối thiểu 1.5V, tạo dũng tương ứng với 25mA.
• 32 tải đơn vị mắc song song với dũng 1mA qua mỗi tải (trường hợp xấu nhất), tạo dũng tương đương với 32mA.
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 một đoạn mạng là 1200m, khụng phụ thuộc vào số trạm tham gia. Tốc độ truyền dẫn tối đa cú thể lờn tới 10Mbit/s, một số hệ thống gần đõy cú khả năng làm việc với tốc độ 12Mbit/s. Tuy nhiờn cú sự ràng buộc giữa tốc độ truyền dẫn tối đa và độ dài dõy dẫn cho phộp, tức là một mạng dài 1200m khụng thể làm việc với tốc độ 10MBd.
Tốc độ truyền tối đa cũng phụ thuộc vào chất lượng cỏp mạng, cụ thể là đụi dõy xoắn kiểu STP cú khả năng chống nhiễu tốt hơn loại UTP và vỡ thế cú thể truyền với tốc độ cao hơn. Cú thể sử dụng cỏc bộ lặp để tăng số trạm trong một mạng, cũng như chiều dài dõydẫn lờn nhiều lần, đồng thời đảm bảo được chất lượng tớn hiệu.
Cấu hỡnh mạng
RS-485 là chuẩn duy nhất do EIA đưa ra mà cú khả năng truyền thụng đa điểm thực sự chỉ dựng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là bus. Chớnh vỡ vậy mà nú được dựng làm chuẩn cho lớp vật lý ở đa số cỏc hệ thống bus hiện thời.
Cấu hỡnh phổ biến nhất là sử dụng hai đường dõy cho việc truyền tớn hiệu, như được minh họa trong hỡnh vẽ dưới đõy. Trong trường hợp này, hệ thống chỉ cú thể làm việc với chế độ hai chiều giỏn đoạn (half-duplex) và cỏc trạm cú thể nhận quyền bỡnh đẳng trong việc truy nhập đường dẫn. Chỳ ý rằng đường dẫn được kết thỳc bằng hai trở tại