Modem (Modulatio n Demodulation)

II. Màn hỡnh màu CRT (Cathod Ray Tube)

2. Modem (Modulatio n Demodulation)

Thiết bị

• Chuyển đổi tớn hiệu: số→ tương tự và tương tự→ số

• Điều chế và giải điều chế tớn hiệu

CCITT cho phộp sử dụng cỏc Modem vào việc truyền số liệu quốc tế. Về nguyờn lý: đỏp ứng 2 yờu cầu tham số:

• Lưu lượng thụng tin • Phần tử mạng Thao tỏc:

• Tựđộng quay số (Auto dial): gọi một Modem khỏc theo chếđộ xung hoặc đa tần. • Tựđộng trả lời (Auto answer)

• Làm ngắt quỏ trỡnh kết nối với đường truyền điện thoại khi cuộc truyền dữ liệu đó hoàn tất hay cú lỗi.

• Tựđộng thớch ứng tốc độ giữa 2 Modem

• Chuyển đổi cỏc bớt sang dạng tớn hiệu thớch hợp với đường truyền điện thoại • Chuyển đổi tớn hiệu tương tự số và ngược lại

Phõn loại:

• Modem trong: card mở rộng với khe cắm ISA • Modem ngoài: bản mạch đúng hộp

Phương thức:

• Đồng bộ: khụi phục lại tớn hiệu đồng bộở bộ phận nhận • Khụng đồng bộ: sử dụng cỏc bit start, stop

Cỏc tiờu chuẩn dựng cho Modem • V32 bit: 14,4 Kb/s + _ DAC Thanh ghi dịch B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 B 8 Clock Start ^EOC A1 E0 EIN Bộ xấp xỉ

- 74 - • V22 bit: 2,4 Kb/s

• V17: 14,4 bit/s • V27: 4,8 Kb/s • Bell: 1,2 Kb/s Cỏc thanh ghi trờn Modem

Thanh ghi trạng thỏi S: cất giữ cỏc tham số khi cài đặt • S0: số tiếng chuụng để bắt đầu trả lời tựđộng • S1: đếm số chuụng gọi đến • S2: ký tự escape • S3: trở lại đầu dũng • S4: vềđầu dũng • S5: back space Thụng số một số chuẩn Modem Tờn Tốc độ (b/s) Điều biến V21 300 FSK V22 1.200 PSK V22 bit 2.400 ASK/PSK V27 4.800 PSK V29 9.600 PSK V32 9.600 ASK/PSK V32 bit 14.400 ASK/PSK V34 28.800 ASK/PSK 3. Cỏc chuẩn giao tiếp

Cỏc chuẩn chung: hầu hết cỏc thiết bị xử lớ tớn hiệu cú khả năng truyền nhận tớn hiệu hạn chế, thụng thường cỏc thiết bị này được gắn trực tiếp với cỏc thiết bị chuyển nhận tớn hiệu hoặc qua mạng, chỳng được gọi là cỏc thiết bị truyền nhận dó liệu đầu cuối (DTE, DCE).

Mỗi thiết bị xử lớ tớn hiệu (trạm) thường được kết hợp với một cặp gồm một DTE và một DCE.

Hai trạm truyền tớn hiệu cho nhau qua hai DCE của mỗi bờn được kết nối với nhau. Hai DCE trao đổi tớn hiệu với nhau trờn mạng hoặc đường truyền phải tương tự nhau, nghĩa là bộ phận nhận tớn hiệu bờn này phải tương ứng với bộ phận phỏt tớn hiệu của bờn kia.

DTE và DCE truyền nhận tớn hiệu với nhau do đú cũng phải tương thớch với nhau về dữ liệu và thụng tin điều khiển: cỏc chuẩn

Cỏc chuẩn về giao diện gữa DTE và DCE bao gồm:

9 Chuẩn về cấu trỳc: xỏc định kết nối vật lớ giữa DTE và DCE (tớn hiệu và mạch điều khiển thụng qua cỏp nối và giắc cắm)

9 Chuẩn về tớn hiệu: xỏc địn mức hiệu điện thế, thời gian biến đổi tớn hiệu 9 Chuẩn về chức năng: xỏc định chức năng cỏc mạch chuyển đổi

9 Chuẩn về thủ tục: xỏc định thứ tự thao tỏc trong truyền dữ liệu dựa trờn chuẩn chức năng của cỏc đường tớn hiệu.

Chuẩn EIA-RS 232 (Electronic Industry Association – Recomand Standard): chuẩn giao tiếp truyền thụng cụng nghiệp

- 75 - EIA đó cụng bố tiờu chuẩn RS-232C với nỗ lực nhằm tạo ra khả năng để ghộp nối cỏc thiết bị do nhiều nhà sản xuất làm ra mà khụng đũi hỏi cú một tiờu chuẩn kỹ thuật đặc biệt cho từng trường hợp. ý tưởng để xõy dựng tiờu chuẩn RS-232 là phải sử dụng cựng loại nối dõy, thớ dụ loại đầu nối 25 chõn hoặc 9 chõn, được nối theo cựng một cỏch và sử dụng cựng mức điện ỏp khi biểu diễn cỏc số nhị

phõn 1 và 0 tương ứng. Với ý tưởng này, nếu như mọi người đều tham gia vào tiờu chuẩn theo cựng một cỏch thỡ cú thể nối cỏc thiết bị với cổng RS-232 của cỏc hóng khỏc nhau, cỏc mẫu mó khỏc nhau mà khụng cần cú thờm điều kiện nào. Cỏc mụdem, cỏc mỏy in và nhiều thiết bị khỏc cú thểđược nối vào giao diện RS-232.

Ngày nay, hầu hết cỏc mỏy tớnh đều trang bị một hoặc hai cổng nối tiếp RS-232, và tất cảđều cú khả

năng sử dụng RS-232, ớt nhất là như một khả năng tuỳ chọn từ nhà sản xuất mỏy tớnh hoặc từ phớa người sử dụng mỏy tớnh.

Cỏc đặc trưng điện

Cỏc mức điện ỏp đường truyền

Trong RS-232B, mức logic ‘1’ là một điện ỏp bất kỳ, trong phạm vi từ –5 V đến -25 V, trong khi logic ‘0’ là bất cứđiện ỏp nào trong khoảng từ +5 V đến +25 V. Cỏc mức điện ỏp trong phạm vi –3 V đến +3 V là trạng thỏi chuyển tiếp, trong khi cỏc phạm vi từ ±3 V đến ±5 V khụng được xỏc định và dẫn

đến cỏc kết quả khụng thể dự tớnh trước nếu nhưđược sử dụng: tỡnh trạng này đó xuất hiện trong cỏc hệ thống được thiết kế sơ sài.

Cỏc đặc trưng điện của tiờu chuẩn RS-232 quy định cụ thểđiện ỏp cực tiểu và cực đại của mức logic ‘1’ và ‘0’. Mức điện ỏp bằng 0 V ở bộ nhận, được hiểu như việc đường truyền bịđứt hoặc xảy ra chập mạch.

Trong chuẩn RS-232C, để cú được tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn người ta đó sử dụng khoảng chờnh lệch hẹp hơn giữa mức logic 0 và logic 1. Cỏc giới hạn trờn đối với mức logic 0 và logic 1 là ± 12 V, chứ khụng dựng giới hạn ±25 V như trong chuẩn RS-232B. Nếu khụng cú cỏc xung xuất hiện trờn đường dẫn thỡ mức điện ỏp tương đương với mức HIGH, tức là -12 V.

Cỏc yờu cầu về mặt điện được quy định trong chuẩn RS-232C như sau:

• Mức logic 1 (mức dấu) nằm trong khoảng: -3 V đến –12 V; trong đú khoảng từ –5 V đến –12 V là tin cậy, mức logic 0 (mức trống) nằm trong khoảng: +3 V đến +12 V, khoảng từ + 5 V

đến +12 V là tin cậy.

• Trở khỏng tải về phớa bộ phận của mạch phải lớn hơn 3.000Ω nhưng khụng được vượt quỏ 7.000Ω.

• Tốc độ truyền/ nhận dữ liệu cực đại là 100 kbit/giõy.

• Cỏc lối vào của bộ nhận phải cú điện dung phải nhỏ hơn 2.500 pF.

• Độ dài của cỏp nối giữa mỏy tớnh và thiết bị ghộp nối qua cổng nối tiếp khụng thể vượt quỏ 15 m nếu khụng sử dụng mụdem.

• Cỏc giỏ trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn là 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9.600, 19.200, 28.800,…, 56.600 baud.

- 76 - Nhờ việc quy định thống nhất sử dụng một đầu nối 25 chõn và về sau đó bổ sung thờm đầu nối 9 chõn cho cổng nối tiếp RS-232, cụ thể hơn là ổ cắm về phớa dõy cỏp cũn ổ cắm về phớa mỏy tớnh, mà tất cả cỏc sản phẩm đều tương thớch với nhau. Quy định này cũng ỏp dụng thống nhất cho cỏc thiết bị

ghộp nối với cổng RS-232. Hỡnh trờn chỉ ra cỏch sắp xếp chõn của đầu nối 25 chõn và 9 chõn dựng cho RS-232C, cũn việc định nghĩa chức năng của cỏc chõn được liệt kờ ở bảng kế tiếp. Tiờu chuẩn RS-232C quy định rừ việc sử dụng đầu nối thống nhất để tất cả cỏc sản phẩm đều tương thớch với nhau. Vỡ vậy thứ tự và chức năng của cỏc chõn đó được quy định rất cụ thể và phải tuõn thủ

một cỏch nghiờm ngặt. Để dễ dàng nhận ra thứ tự cỏc chõn, bờn cạnh cỏc chõn đều cú in rừ số thứ tự

trờn phần nhựa của phớch cắm cũng như ổ cắm. Nhận xột này cần được lưu ý khi kiểm tra cỏp nối hoặc tự hàn một cấp mới. Cỏc chõn và chức năng trờn đầu nối 25 chõn và 9 chõn. 25 chõn 9 chõn Tờn Viết tắt Chức năng Chỳ ý: =>: Lối vào <=: Lối ra 1 - Frame Ground (Đất - vỏ mỏy)

FG Chõn này thường được nối với vỏ bọc kim của dõy cỏp, với vỏ mỏy, với đai bao ngoài đầu nối hoặc đất thực sự.

2 3 Transmit Data

(Truyền dữ liệu)

TXD <=

Dữ liệu được gửi từ DTE (mỏy tớnh hoặc thiết bịđầu cuối) tới DCE qua đường dẫn TD.

3 2 Receive Data

(Nhận dữ liệu)

RXD =>

Dữ liệu được nhận từ DCE tới DTE (mỏy tớnh hoặc thiết bị đầu cuối) qua RD.

4 7 Request to Send

(Yờu cầu gửi)

RTS <=

DTE đặt đường này lờn mức hoạt động khi sẵn sàng tham gia cuộc truyền dữ liệu.

5 8 Clear to Send

(Xoỏ để gửi)

CTS =>

DCE đặt đường này lờn mức hoạt động để thụng bỏo cho DTE là phải sẵn sàng nhận dữ liệu.

6 6 Data Set Ready

(Dữ liệu sẵn sàng) DSR => Tớnh hoạt động giống với CTS nhưng được kớch hoạt bởi DTE khi nú sẵn sàng nhận dữ liệu. 7 5 Signal Ground (Đất của tớn hiệu) SG Tất cả cỏc tớn hiệu được so sỏnh với đất tớn hiệu (GND). 8 1 Data Carrier Detect DCD => Phỏt hiện tớn hiệu mang dữ liệu. 20 4 Data Terminal Ready (Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng) DTR <= Tớnh hoạt động giống với đường dẫn RTS nhưng được kớch hoạt bởi DCE khi muốn truyền dữ liệu.

- 77 -

22 9 Ring Indicate

(Bỏo chuụng)

RI =>

Chỉ cho thấy là DCE đang nhận tớn hiệu rung chuụng.

2. Mạch điều khiển truyền số liệu

Để thực hiện cỏc phương phỏp truyền một cỏch cụ thể, cỏc nhà chế tạo đó cung cấp một loạt cỏc IC chuyờn dựng, cỏc IC này chớnh là phần cứng thuộc lớp vật lớ trong một hệ thống thụng tin, chỳng hoạt

động theo nguyờn tắc của kĩ thuật số và vỡ vậy chếđộ truyền đồng bộ hay bất đồng bộ phụ thuộc vào việc sử dung đồng hồ chung hay riờng khi truyền tớn hiệu sốđi xa.

Cỏc IC đều là cỏc vi mạch cú thể lập trỡnh. Đầu tiờn lập trỡnh chếđộ hoạt động mong muốn bằng cỏch ghi một byte cú nghĩa vào thanh ghi chếđộ mode register. Sau đú ghi tiếp byte điều khiển vào thanh ghi lệnh command register để vi mạch theo đú mà hoạt động.

Vỡ cỏc giao tiếp truyền nối tiếp được dựng khỏ rộng rói trong cỏc thiết bịđiện tử hiện đại, cỏc vi mạch ngoại vi LSI đặc biệt đó được phỏt triển cho phộp thực hiện cỏc loại giao tiếp này. Tờn tổng quỏt của hầu hết cỏc IC này là:

9 UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)

9 USRT (Universal Synchronous Receiver Transmitter): mạch này đồng bộ thiờn hướng ký tự. 9 USART cú thể hoạt động theo UART hay USART tuỳ chọn.

9 BOPs (Bit-Oriented Protocol Circuits) mạch này đồng bộ thiờn hướng bit.

9 UCCs (Universal Communication Control circuits) cú thể lập trỡnh cho cả 3 loại trờn.

Cả UART và USART đều cú khả năng thực hiện nhu cầu chuyển đổi song song sang nối tiếp để

truyền số liệu đi xa và chuyển đổi nối tiếp sang song song khi tiếp nhận số liệu. Đối với số liệu truyền bất đồng bộ, chỳng cũng cú khả năng đúng khung cho ký tự một cỏch tự động với START bit, PARITY bit và cỏc STOP bit thớch hợp.

Cỏc thanh ghi Cổng Địa chỉ cơ bản IRQ COM1 COM2 COM3 COM4 3F8h 2F8h 3F8h 2F8h IRQ4 IRQ3 (IRQ4) (IRQ3) Địa chỉ cơ sở và ngắt của cỏc cổng nối tiếp.

Cỏc cổng nối tiếp từ thứ nhất đến thứ tưđều được phõn biệt qua cỏc vị trớ địa chỉ trong vựng vào/ ra của mỏy tớnh và cỏc số ngắt tương ứng (IRQ). Địa chỉ đầu tiờn của UART, cụ thể là của thanh ghi

đệm truyền/ nhận, được tớnh là địa chỉ cơ sở. Thụng thường, địa chỉ cơ sở và IRQ được quy định nhờ

cỏc đầu nối (Jumper) trờn Card vào/ ra hoặc trờn bản mạch chớnh

Mạch điều khiển truyền thụng dị bộ vạn năng UART (VXL 8250A)

Vi mạch 8250A là một UART được dựng rộng rói trong cỏc mỏy IBM PC tại vỉ phối ghộp nối tiếp cú

đầu nối ra cổng thụng tin nối tiếp theo chuẩn RS 232C Sơđồ: Đệm dữ liệu Đệm phỏt //→nt Điều khiển thu phỏt & modem Logic điều khiển ghi đọc A0 A1 A2 RD WR _RS232

- 78 - Cỏc thanh ghi cú thể chia làm 3 loại:

1. Thanh ghi điều khiển (Control Register): dựng để nhận và thực hiện cỏc lệnh từ CPU.

2. Thanh ghi trạng thỏi (Status Register): dựng để thụng bỏo cho CPU biết về trạng thỏi của UART hay UART đang làm gỡ.

3. Thanh ghi đệm (Buffer Register): dựng để giữ ký tự trong lỳc truyền hoặc xử lý.

Cỏc thanh ghi này cũng giữ cỏc ký tự nhị phõn được truyền và nhận. Việc truy nhập lờn cỏc thanh ghi

được thực hiện thụng qua địa chỉ và khối điều khiển. Mỗi thanh ghi được gỏn một địa chỉ tớnh theo cỏch so sỏnh tương đối (Offset) với địa chỉ cơ sở của cổng nối tiếp. Cỏc địa chỉ của hai cổng nối tiếp

đầu tiờn trong hầu hết cỏc mỏy tớnh đó được tiờu chuẩn hoỏ.

Để viết phần mềm ghộp nối qua cổng nối tiếp ta cần lưu ý là: toàn bộ hoạt động của giao diện nối tiếp

đều được điều khiển qua cỏc thanh ghi của UART, trong đú thanh ghi đệm truyền/ nhận dữ liệu thường được tớnh là hai thanh ghi. Do chỉ cú 8 địa chỉ nờn cần đến sự chuyển mạch bờn trong thụng qua bit DLAB (Division Latch Access Bit, bit 7 của thanh ghi điều khiển đường truyền). Cỏc địa chỉ của từng thanh ghi đều được tớnh theo khoảng cỏch đến địa chỉ cơ sở, khoảng cỏch này thường được gọi là Offset. Tuỳ theo cỏc thanh ghi, Offset nhận giỏ trị cụ thể trong khoảng từ 0 đến 7.

DLAB A2 A1 A0 Thanh ghi Địa chỉ

0 0 0 0 Bộđệm đọc/ghi – RBH 3F8 (2F8)

0 0 0 1 Cho phộp ngắt - IER 3F9 (2F9)

X 0 1 0 Nhận dạng ngắt (chỉđọc) – IIR 3FA (2FA) X 0 1 1 Điều khiển đường truyền – LCR 3FB (2FB)

X 1 0 0 Điều khiển modem – MCR 3FC (2FC)

X 1 0 1 Trạn thỏi đường truyền – LSR 3FD (2FD)

X 1 1 0 Trạng thỏi modem – MSR 3FE (2FE)

X 1 1 1 Khụng dựng

1 0 0 0 Chốt số chia (LSB) 3F8 (2F8)

1 0 0 1 Chốt số chia (MSB) 3F9 (2F9)

Cỏc thanh ghi trờn vi mạch 8250.

Vi mạch UART 8250 cú tất cả 10 thanh ghi, sau đõy ta sẽ lần lượt tỡm hiểu cỏc thanh ghi này:

- 79 - Như thấy rừ từ tờn gọi, cỏc thanh ghi này thực chất là cỏc bộđệm được chuyờn dựng để giữ một ký tự, ký tự này hoặc là đó được nhận nhưng chưa được đọc, hoặc là được gửi tới cổng nối tiếp nhưng cũn chưa được truyền đi. Khi mụ tả quỏ trỡnh truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp, thanh ghi giữ (Holding Register) thường được gọi là bộđệm nhận hoặc bộđệm truyền.

Việc trang bị cỏc bộđệm nhận và truyền cũng là một đặc điểm của vi mạch 8250. Đặc điểm này cho phộp một ký tự thứ hai được gửi tới cổng nối tiếp trước khi ký tự thứ nhất đó được truyền hoặc được

đọc xong xuụi bởi bộ xử lý. Trong thời gian chờ ký tự thứ nhất được truyền hoặc được đọc, ký tự thứ

hai được giữ trong bộđệm.

Sau đõy ta sẽ thấy rừ hơn là: trạng thỏi của bộđệm truyền và bộđệm nhận được quy định bởi thanh ghi trạng thỏi đường truyền, cụ thể hơn là ở bit 7 của thanh ghi điều khiển đường truyền LCR (Line Control Register). Khi bit này được đặt bằng '0' thỡ thao tỏc đọc từđịa chỉ cơ sở sẽđọc từ bộđệm nhận RX và thao tỏc viết sẽ viết vào bộđệm truyền TX

Đọc ra và ghi vào từ bộđệm TX/ RX.

THANH GHI ĐIỀU KHIỂN ĐƯỜNG TRUYỀN

Một thanh ghi khỏc trong vi mạch 8250 được gọi là thanh ghi điều khiển đường truyền LCR (Line Control Register). Thanh ghi này lưu trữ cỏc tham sốđược người lập trỡnh thiết lập và xỏc định khuụn mẫu khung truyền của cuộc trao đổi thụng tin. Cỏc thụng tin về: số cỏc bit dữ liệu, số lượng bit dừng và kiểu chẵn lẻđược sử dụng trong khung truyền đều được cất giữ trờn thanh ghi này. Dữ liệu cú thể được viết vào thanh ghi này và được đọc ra sau đấy. Chức năng cỏc bit của thanh ghi LCR.

• Cỏc bit 0 và 1. Giỏ trị được cất giữ

trong hai bit nhi phõn này chỉ rừ số cỏc bit dữ liệu trong từng ký tự được truyền. Số cỏc bit trờn một ký tự cú thể nằm trong khoảng từ 5 đến 8 bit, cho phộp xỏc định độ dài của từ