3. Nội dung các phần thuyết minh:
3.2.4 Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ
Cấu trúc :
Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ là giao tiếp mà xung đồng hồ của bộ phát và bộ thu được tạo ra một cách riêng rẽ và không cần phải bằng nhau.
Các bit lần lượt chiếm lấy đường truyền, việc giao tiếp cần phải thêm các bit khung (thông tin khung) bao gồm:
• Bit khởi động (start). • Bit dừng (stop). • Bit chẵn lẻ (parity).
Thành phần chính của hệ thống là các thanh ghi dịch.
Tại phần phát, thanh ghi dịch là thanh ghi vào song song ra nối tiếp.
Tại phần thu, thanh ghi dịch là thanh ghi vào nối tiếp ra song song.
Hình 58 Quá trình thu nhận dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ 3.2.4.1. Phát dữ liệu nối tiếp:
Khi cần phát dữ liệu, CPU phần phát sẽ gửi data tới thanh ghi phát bằng cách đưa dữ liệu đến các ngõ vào song song của thanh ghi dịch sau đó tác động mức 1 lên chân LD để cho thanh ghi nạp lấy giá trị này.
Khi LD không còn tác động nữa thì thanh ghi dịch sẽ lưu trữ lại giá trị này. Sau đó, dưới tác động của xung đồng hồ nơi phát, các bit của dữ liệu cần phát sẽ lần lượt dịch đến ngõ ra nối tiếp để đưa lên đường truyền.
3.2.4.2. Thu dữ liệu nối tiếp:
Khi phần thu nhận dạng được bit khởi động, CPU phần thu sẽ phát tín hiệu điều khiển xung Ck thu.
Lúc này dưới tác động của xung Ck thu, từng bit dữ liệu trên đường truyền sẽ lần lượt được dịch vào thanh ghi phần thu cho đến khi xuất hiện bit dừng thì CPU phần thu sẽ phát tín hiệu để đọc dữ liệu tại các ngõ ra song song của thanh ghi dịch.
Bit khởi động (Start) nhằm báo cho phần thu biết thời điểm nhận một dữ liệu mới, bit này có trạng thái ngược với trạng thái thường xuyên của đường truyền (có trạng thái = ‘1’).
Khi dùng bit Parity, trạng thái logic của bit này phụ thuộc vào kí tự dữ liệu đặc trưng và việc lập phần cứng là kiểm tra parity chẵn hay lẻ.
Bit parity là bit 0 hoặc bit 1 tùy theo việc kiểm tra chẵn hay lẻ và dữ liệu đó như thế nào.
Chú ý rằng bit parity có dự phần vào việc tính tổng số bit 1 là chẵn hay lẻ trong toàn dữ liệu.
Sau đó bằng cách tính tổng số bit trong mỗi kí tự, máy thu có thể phát hiện
được lỗi khi truyền. Phương pháp này tuy không đạt được độ tin cậy 100% (vì nếu số bit lỗi là số chẵn thì máy thu không thể phát hiện được lỗi) nhưng lại tương đối đơn giản và có hiệu quả.
Các bit Stop là khoảng cách bảo vệ tối thiểu giữa các khung kí tự.
3.3. KỸ THUẬT GHÉP NỐI VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH 3.3.3 Cổng nối tiếp RS232: 3.3.3 Cổng nối tiếp RS232:
3.3.1.1 Giới thiệu:
Giao thức truyền thông nối tiếp là một con đường cho phép các thiết bị khác nhau có thể giao tiếp với thế giới bên ngoài của nó. Nó được gọi là nối tiếp vì các bit dữ liệu được truyền đi theo kiểu nối tiếp nhau trên một đường dây đơn. Một máy tính để bàn có port nối tiếp được biết tới như là một port truyền thông hay port COM được sử dụng để kết nối một modem chẳng hạn hay bất kỳ thiết bị nào khác, có nhiều hơn một cổng (port) COM ở máy tính để bàn. Các Port nối tiếp này được điều khiển bởi một CHIP đặc biệt gọi là UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Các ứng dụng khác nhau sử dụng các chân khác nhau trên port nối tiếp này và nó chủ yếu dựa vào chức năng được yêu cầu. Nếu như bạn cần kết nối máy tính (PC) của bạn chẳng hạn tới các thiết bị khác dùng Port nối tiếp thì bạn phải đọc sổ tay hướng dẫn cho thiết bị đó để biết được các chân ở cả trên hai mặt được kết nối với nhau như thế nào và các thiết lập cần thiết đối với nó.
Các lợi thế của giao thức truyền thông nối tiếp:
Giao thức truyền thông nối tiếp có một vài lợi thế hơn so với với giao thức truyền thông song song. Một trong những lợi thế đó là khoảng cách truyền dẫn, kết nối nối tiếp có thể gửi dữ liệu tới một thiết bị điều khiển xa hơn so với kết nối song song. Và cáp kết nối của kết nối nối tiếp cũng đơn giản hơn so với kết nối song song và nó sử dụng ít số dây hơn.
Kết nối nối tiếp cũng được sử dụng cho giao tiếp hồng ngoại, ngày nay các thiết bị như laptop và máy in có thể giao tiếp thông qua các đường hồng ngoại.
Có hai loại bộ kết nối là 9 chân và 25 chân, cả hai đều được gọi là đầu cắm loại D (D-Type plug). D-Type plug có thể là đực mà cũng có thể là cái. Hình 1 dưới chỉ ra những chi tiết về hai loại này.
Hình 59 Hình dạng đầu kết nối hai loại cáp 9 và 25 chân
Mô tả các chân :
Chức năng Chân Loại 9 chân Loại 25 chân
Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp RD 3 2
Ngõ ra truyền dữ liệu nối tiếp TD 2 3
Yêu cầu gửi (Báo cho Modem biết là
UART đã sẵn sàng trao đổi dữ liệu) RTS 7 4
Xóa để gửi (Modem đã sẵn sàng) CTS 8 5
Trạng thái dữ liệu sẵn sàng(Modem
hình thành 1 kết nối). DSR 6 6
Phát hiện bộ vận chuyển dữ liệu DECLARED 1 8
Dữ liệu đầu cuối sẵn sàng DTR 4 20
Ring Indicator RI 9 22
Bảng 14 Chức năng các chân của chuẩn RS232 loại 9 chân và 25 chân
Các thiết bị sử dụng cáp nối tiếp để phục vụ cho việc giao tiếp của nó thì chia ra làm hai loại:
a) DTE (Data Terminal Equipment).ví dụ về DTE là các máy tinh, máy in và các thiết bị đầu cuối.
b) DECLAREE (Data Communication Equipment). Ví dụ về DECLAREE là các modem.
3.3.1.3 Đặc tính điện
Đặc tính điện xác định tín hiệu giữa DTE và DECLAREE. Tín hiệu số được
dùng trong mọi trao đổi. Mức điện áp logic của RS-232D nằm trong khoảng ±15V.
Các đường dữ liệu sử dụng logic âm: mức logic 1 tương ứng với điện áp trong khoảng (-5V , -15V); mức logic 0 chiếm khoảng (+5V, +15V).
Các đường điều khiển sử dụng logic dương: từ +5V đến +15V tương ứng với
điều kiện ON (hay TRUE) và từ -5V đến -15V tương ứng với điều kiện OFF (hay FALSE)
Ở chuẩn giao tiếp này, mức nhiễu được giới hạn là 2V. Do đó ngưỡng nhỏ nhất
của ngã vào là ± 3V. Điện áp lớn nhất trên đường dây khi không tải là ± 25V.
Một số đặc điểm về điện khác :
- Điện trở tải R
L có giá trị trong khoảng từ 3 kΩ đến 7 kΩ
- Điện dung tải C
L không quá 2500 pF
- Để ngăn chận sự dao động, tốc độ thay đổi điện áp (slew rate) không được
vượt quá 30V/μs
Thời gian chuyển mức tín hiệu từ ON sang OFF hay ngược lại:
- Đối với các đường điều khiển, không được vượt quá 1ms.
- Đối với các đường dữ liệu không được vượt quá 4% thời gian của một bit
hoặc 1ms.
Tốc độ truyền dữ liệu là 20 kbps và không quá 15m.
Có hai phương pháp giao tiếp cho chuẩn giao tiếp truyền thông nối tiếp, đó là đồng bộ và bất đồng bộ.
Giao tiếp truyền thông nối tiếp đồng bộ:
Trong giao tiếp truyền thông nối tiếp đồng bộ, bộ nhận phải biết khi nào thì đọc bit kế tiếp tới từ bên gửi, điều này có thể đạt được bằng cách phối hợp xung Clock giữa bên phát và bên thu.
Trong hầu hết các dạng của GTTTNT, nếu như không có dữ liệu sẵn sàng tại thời điểm cho để truyền thì một kí tự nhồi sẽ được gửi thay vào đó cho nên dữ liệu luôn được truyền giữa bên gửi và bên nhận. Tuy nhiên nó sẽ mắc hơn vì các mạch điện điều khiển và dây nối thêm bên ngoài cần được mắc thêm để có thể phối hợp, chia sẻ tín hiệu xung Clock giữa bên phát và bên thu.
Giao tiếp truyền thông nối tiếp bất đồng bộ:
Giao tiếp truyền thông nối tiếp bất đồng bộ cho phép dữ liệu được truyền đi mà không cần phải gửi một tín hiệu xung clock tới bên nhận từ bên gửi.Thay vào đó, các bit đặc biệt được thêm vào tới mỗi word để thực hiện việc đồng bộ dữ liệu giữa bên gửi và bên nhận.
Khi một word được đưa tới UART phục vụ cho việc truyền bất đồng bộ, một bit được gọi là "Start bit" được thêm vào đầu của mỗi word mà được truyền đi. Bit Start được sử dụng để thông báo tới bên nhận rằng một word sắp được gửi tới, và đẩy xung clock ở bộ nhận vào trong quá trình đồng bộ với xung clock của bộ truyền
Hình 60 Cấu trúc một frame dữ liệu thông thường.
Sau Start Bit, các bit dữ liệu riêng của word được gửi, mỗi bit trong word được truyền một cách chính xác giống nhau về gian ở tất cả các bit. khác.
Khi toàn bộ dữ liệu word được gửi, bộ truyền sẽ cho một Parity Bit mà nó được tạo ra bởi bộ truyền. Parity Bit được sử dụng tại bên nhận để thực thi việc kiểm tra các lỗi đơn giản. Sau đó thì sẽ có tối thiểu một Stop Bit được gửi bởi bộ truyền.
Nếu như Stop Bit không xuất hiện khi mà nó được cần đến thì UART coi như toàn bộ word đó bị hu và sẽ thông báo một Framing Error (một lỗi Frame)
Phần cứng của các giao tiếp truyền thông nối tiếp chuẩn trong PC không được hỗ trợ các hoạt động đồng bộ.
3.3.1.5 Thủ tục giao tiếp
Handshaking
Handshaking là một thủ tục được sử dụng để kiểm tra đường truyền giữa DTE
& DECLAREE trước khi truyền dữ liệu. Dữ liệu được truyền và nhận trên hai chân 2 và 3 tương ứng (cho cả hai loại 25 & 9 chân).
- DTE sẽ yêu cầu gửi dữ liệu tới DECLAREE (RTS).
- DECLAREE sẽ chỉ cho DTE rằng nó đã sẵn sàng cho việc nhận dữ liệu (CTS).
Cho nên cả hai RTS và CTS được sử dụng để điều khiển dòng dữ kiệu giữa DTE và DECLAREE. Data Set Ready (DSR) là một chỉ thị dấu hiệu từ DECLAREE (chẳng hạn như modem) đang ở trạng thái ON. Tương tự, DTR (ví dụ như PC) chỉ ra Data Set là DTE đang ở trạng thái ON. Data Carrier Detect (CD) chỉ ra rằng một sóng mang tốt đang được nhận từ modem điều khiển.
Baud rate (Tốc độ baud)
Tốc độ Baud là một thông số đo chỉ ra tốc độ của quá trình truyền dẫn trong
giao tiếp truyền thông bất đồng bộ. Nó thể hiện số bit mà thực sự được gửi qua đường truyền nối tiếp. Số baud bao gồm cả các bit overhead Start, Stop và Parity mà được tạo ra bởi UART bên gửi và được xóa bởi UART bên nhận.
3.3.1.6 Các loại cáp:
Cáp modem
Một cáp modem bình thường chay thẳng với chân số 1 nối tới chân 1, chân 2 nối tới chân 2,...Cuối cùng nó sẽ được kết nối tới điểm đầu cuối hay PC qua một bộ (đầu) kết nối cái, và điểm cuối của còn lại của nó được kết nối tới modem là một bộ (đầu) kết nối đực.
Mô tả tín hiệu 9-pin DTE
25-pin
DECLAREE Chú ý
Carrier Detect (CD) 1 8 From Modem
Receive Data (RD) 2 3 From Modem
Transmit Data (TD) 3 2 From
Terminal/Computer
Data Terminal Ready(DTR) 4 20 From
Terminal/Computer
Cáp modem Null
Khi bạn cần kết nối hai thiết bị với DTE hay DECLAREE, ví dụ như kết nối hai PC với nhau, thì trong trường hợp này bạn cần phải sử dụng tới cáp có chân kết nối được mô tả như hình dưới (25 tới 25). Cáp này được gọi là cáp modem Null.
D-Sub 1 D-Sub 2
Receive Data (RD) 3 2 Transmit Data
Transmit Data 2 3 Receive Data
Data Terminal Ready 20 6+8 Data Set Ready +
Carrier Detect
System Ground 7 7 System Ground
Data Set Ready +
Carrier Detect 6+8 20
Data Terminal Ready
Request to Send 4 5 Clear to Send
Clear to Send 5 4 Request to Send
Bảng 16 Kết nối loại 25 chân với 25 chân chuẩn RS232
Mô tả tín hiệu Chân Mô tả tín hiệu
Recieve Data 2 3 Transmit Data
Transmit Data 3 2 Recieve Data
Data Terminal Ready 4 6+1 Data Set Ready +
Carrier Detect
System Ground 5 5 System Ground
Data Set Ready + 6+1 4 Data Terminal Ready
Data Set Ready (DSR) 6 6 From Modem
Request to Send (RTS) 7 4 From
Terminal/Computer
Clear to Send (CTS) 8 5 From Modem
Ring Indicator (RI) 9 22 From Modem
Carrier Detect
Request to Send 7 8 Clear to Send
Clear to Send 8 7 Request to Send
Bảng 17 Kết nối loại 9 chân với 9 chân chuẩn RS232
9 pin 25 pin
Recieve Data 2 2 Transmit Data
Transmit Data 3 3 Recieve Data
Data
Terminal Ready 4 6+8
Data Set Ready +Carrier Detect
System Ground 5 7 System Ground
DataSet Ready+Carrier
Detect
6+1 20 Data Terminal Ready
Request to Send 7 5 Clear to Send
Clear to Send 8 4 Request to Send
Bảng 18 Kết nối loại 9 chân với 25 chân chuẩn RS232 3.3.1.7 Thủ tục truyền nhận
Thủ tục phát tin TxD
- Thiết bị đầu cuối (hay máy vi tính) gởi tín hiệu DTR (Data Terminal Ready - Sự sẵn sàng của thiết bị đầu cuối có số liệu) mức thấp cho Modem báo nó sẵn sàng.
- Modem gởi trả lời thiết bị đầu cuối (TBĐC) bằng tín hiệu DSR (Data Set Ready) mức thấp. Thông thường, modem được đóng mạch nguồn nuôi bởi DTR và báo hiệu đã đóng mạch bởi DSR.
- Nếu thiết bị đầu cuối có một ký tự (Character) sẵn sàng gởi đi, nó gởi RTS (Request To Send - yêu cầu gởi) mức thấp cho Modem.
- Modem gởi tín hiệu CD (Carrier Detect - phát hiện sóng mang) cho TBĐC để báo rằng nó đã liên lạc được với máy vi tính.
- Khi Modem đã hoàn toàn sẵn sàng phát số liệu lên đường dây, nó phát xung nhịp (Modem Clock) và tín hiệu CTR (Clear To Send) tới thiết bị đầu cuối. - TBĐC gởi các ký tự số liệu (SUD) TxD cho Modem.
- Khi thiết bị đầu cuối gởi xong số liệu, nó nâng mức RTS lên cao báo cho Modem là đã phát xong .
- Modem trả lời thiết bị đầu cuối bằng cách kết thúc tín hiệu CTS về mức cao, báo đã hoàn thành việc truyền tin TxD.
Thủ tục nhận tin RxD
Khi một thiết bị đầu cuối nhận tin nối tiếp từ đường dây, trình tự diễn ra như sau:
- TBĐC thu gởi DTR mức thấp cho modem báo sẵn sàng. - Modem thu giữ trả lời bởi DSR.
- Modem thu nhận tín hiệu CD từ đường dây và kích thích phát tín hiệu nhịp
modem (Modem Clock) cho tín hiệu thu.
- TBĐC phát tín hiệu RTS mức thấp cho modem biết là sẵn sàng thu.
- Modem nhận tín hiệu RTS và phát CTS mức thấp cho thiết bị đầu cuối thu biết modem sẵn sàng nhận tin.
- Modem nhận tín hiệu TxD đã điều chế ở trên đường dây đưa vào bộ giải điều chế và truyền chuỗi tín hiệu RxD cho thiết bị đầu cuối thu.
- Khi thu xong, TBĐC thu nâng RTS lên cao báo cho modem biết việc thu một lời tin đã xong.
- Modem thu nâng mức CTS lên cao để báo đã kết thúc việc thu các tín hiệu RxD.
3.3.4 Giao tiếp điện thoại với máy tính qua USB Modem 3.3.2.5 Giới thiệu
Trong đề tài này sử dụng việc kết nối Mobile với máy tính thông qua chức năng USB Modem của Mobile Motorola. USB Modem có chức năng kết nối Internet cho một chiếc máy tính giống như ADSL Modem. Nhưng đề tài sẽ không dùng USB Modem vào mục đích kết nối với Internet mà sử dụng với mục đích là tạo ra một cổng COM nối tiếp để truy xuất và điều khiển Mobile với máy tính thông qua tập lệnh AT. Lúc này Mobile sẽ có chức năng như một GSM Modem, cho phép lập trình để điều khiển việc gửi nhận tin nhắn SMS thông qua tập lệnh AT. Hầu hết các điện thoại hỗ trợ tập lệnh AT đều đã tích hợp GSM Modem trong phần cứng của máy. Muốn sử dụng chức năng USB Modem của Mobile thì cần phải cài đặt Driver cho việc giao tiếp của Mobile với máy tính. Driver đấy được cung cấp bởi hãng sản xuất ra Mobile. Khi đã cài đặt Driver cho máy tính thì sẽ nhận được một cổng COM, cổng COM này là mặc định và phải kiểm tra để biết được đây là COM mấy. Điều này rất quan trọng để truy xuất giao tiếp giữa Mobile và máy tính . Vì trong đề tài sử dụng Mobile đã có sẵn là Motorola A1200 nên việc trình bày sẽ hướng theo quy định của hãng Motorola. Đối
