3. MẠNG RS485
3.1 Giới thiệu chuẩn RS485
Các nhà sản xuất máy tính đã chuẩn hoá giao tiếp cho cổng nối tiếp(cổng COM) là chuẩn RS-232. Vào năm 1962 Hiệp hội các nhà Công Nghiệp Điện Tử (EIA) đã cho ban hành chuẩn RS-232 áp dụng cho cổng nối tiếp. Các chữ RS được viết tắt từ Recommended Standard (Tiêu chuẩn được đề nghị). Ghép nối qua cổng nối tiếp theo chuẩn RS-232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính giữa các máy tính với nhau. Qua cổng nối tiếp có ghép nối chuột, modem, bộ biến đổi AD, các thiết bị đo lường, ghép hai máy tính…Số lượng và chủng loại các thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp đứng hàng đầu trong số các khả năng ghép nối với máy tính.
Page 56
Tuy nhiên chuẩn RS-232 chỉ cho phép ghép nối một-một, do đó không thể áp dụng cho mạng cần thiết kế. Việc chọn một chuẩn truyền thông khác là cần thiết, và sử dụng Chuẩn RS- 485 là chọn lựa hợp lí.
Mạng sử dụng chuẩn RS-485 rất đa dạng: ta có thể ghép nối các PC với nhau, hoặc giữa PC với các Vi xử lí, hoặc bất kì thiết bi truyền thông nối tiếp bất đồng bộ nào. Khi so sánh với Ethernet và những giao diện truyền thông theo những chuẩn khác thì giao diện RS-485 đơn giản và giá thành thấp hơn nhiều.
Đối với một mạng Multi-network thực sự gồm nhiều mạch phát và nhận cùng nối vào một đường dây bus chung, mỗi node đều co thể phát và nhận data thì RS485 đáp ứng cho yêu cầu này. Chuẩn RS-485 cho phép 32 mạch truyền và nhận cùng nối vào đường dây bus (với bộ lặp Repeater tự động và các bộ truyền nhận trở kháng cao,giới hạnh này có thể mở rộng lên đến 256 node mạng). Bên cạnh đó RS-485 còn có thể chịu được các xung đột data và các điều kiện lỗi trên đường truyền.
Một số ưu điểm của RS-485:
Giá thành thấp:
Các bộ điều khiển Driver và bộ nhận Receiver không đắt và chỉ yêu cầu cung cấp nguồn đơn +5V để tạo ra mức điện áp vi sai tối thiểu 1.5V ở ngõ ra vi sai.
Khả năng nối mạng :
RS485 là một giao diện đa điểm, thay vì giới hạn ở hai đơn vị, RS-485 là giao diện có thể cung cấp cho việc kết nối có nhiều bộ truyền và nhận. Với bộ nhận có trở kháng cao kết hợp với bộ repeater, RS-485 có thể cho kết nối lên đến 256 node.
Khả năng kết nối:
RS-485 có thể truyền xa 1200m, tốc độ lên đến 10Mbps.Nhưng 2 thông số này không xảy ra cùng lúc. Khi tốc độ truyền tăng thì tốc độ baud giảm. Ví dụ: khi tốc độ là 90Kbps thì khoảng cách là 1200m, 1Mbps thì khoảng cách là 120m, còn tốc độ 10Mbps thì khoảng cách lá 15m.
Sở dĩ, RS-485 có thể truyền trên một khoảng cách lớn là do chúng sử dụng đường truyền cân bằng. Mỗi một tín hiệu sẽ truyền trên một cặp dây, với mức điện áp trên một dây là điện áp bù (trái dâú ) với điện áp trên dây kia. Receiver sẽ đáp ứng phần hiệu giữa các mức điện áp, được minh hoạ ở hình dưới:
Page 57
Hình III. 19.Đường truyền cân bằng.
Hình III. 20.Đường truyền không cân bằng.
Một thuật ngữ khác của đường truyền tín hiệu dạng này là vi sai tín hiệu.
Khi thực hiện trao đổi thông tin ở tốc độ cao, hoặc qua một khoảng cách lớn trong môi trường thực, phương pháp đơn cực (single-ended) thường không thích hợp. Việc truyền dẫn dữ liệu vi sai (hay tín hiệu vi sai cân bằng) cho kết quả tốt hơn trong phần lớn trường hợp. Tín hiệu vi sai có thể loại bỏ ảnh hưởng do sự thay đổi khi nối đất và giảm nhiễu có thể xuất hiện như điện áp chung trên mạng. Khi đường dây qua môi trường nhiễu, nhiễu tác động lên hai dây là như nhau. Vì Receiver nhận tín hiệu bằng cách lấy chênh lệch áp giữa hai đường dây (vi sai), nên nhiễu được tự động triệt tiêu. Ngược lại, RS-232 dùng dây bất cân bằng hay đơn cực, bộ nhận đáp ứng theo sự khác biệt mức điện áp tín hiệu và đường dây đất dùng chung (một giao diện bất cân bằng có thể có nhiều dây đất nhưng tất cả đều được nối lại với nhau). Do đó tín hiệu nhận được ở Receiver là tín hiệu từ bộ Transmitter cộng với nhiễu và sụt áp trên đường dây, điều này có thể làm cho dữ liệu mà Receiver đọc được bị sai lệch.
Một thuận lợi khác trên đường dây cân bằng là chúng tránh được (trong một giới hạnh nào đó) sự chênh lệch điện thế trên dây đất giữa bộ truyền và bộ nhận. Trong một liên kết dài, điện thế đất giữa bộ truyền và bộ nhận có thể chênh lệch nhau. Đối vối đường dây bất cân bằng, điều này có thể làm bộ nhận đọc sai tín hiệu vào, nhưng đối với đường dây cân bằng, sự chênh lệch này không ảnh hưởng gì bởi bộ nhận chỉ phân biệt mức logic trên đầu vào dựa vào sự khác biệt giữa hai dây tín hiệu.
Page 58
Trên thực tế các linh kiện RS-485 chỉ chịu được sự chênh lệch điện áp giữa các đất trong giới hạn chỉ định trong Datasheet. Một cách khác để khử hoặc giảm vấn đề điện áp đất này là cách ly đường kết nối để điện thế đất của bộ truyền và bộ nhận không bị ảnh hưởng lẫn nhau.
Vì có khả năng chống nhiễu tốt như vậy nên chuẩn RS-485 có khả năng truyền dữ liệu trên một khoảng cách xa. Chuẩn TIA/EIA-485 gọi hai đường dây vi sai là A và B. Tại bộ truyền tín hiệu vào có mức logic TTL cao sẽ làm cho mức áp trên dây A dương hơn trên dây B, và mức logic thấp sẽ làm cho điện áp trên dây B dương hơn dây A. Tại bộ nhận, nếu mức áp trên dây A dương hơn dây B thì mức logic TTL sẽ xuất ra là cao, ngược lại là thấp.Tại bộ nhận RS-485, tầm vi sai đầu vào A và B chỉ cần trên 0.2V (tức 200mV). Nếu áp tại A lớn hơn B 0.2V thì bộ nhận sẽ hiểu đây là mức logic 1, ngược lại sẽ hiểu là mức logic 0. Nếu chênh lệch giữa A và B nhỏ hơn 0.2V, mức logic sẽ không được xác định. Sự khác nhau về yêu cầu điện áp tại bộ truyền và bộ nhận tạo ra độ giới hạn nhiễu khoảng 1.3V, tín hiệu vi sai có thể méo dạng hoặc có xung nhiễu bằng 1.3V và tạo bộ nhận vẫn nhận được đúng mức logic. Giới hạn nhiễu này tuy nhỏ hơn so với RS-232 nhưng ta nên nhớ rằng tín hiệu vi sai của RS-485 đã được triệt tiêu phần lớn nhiễu từ khi mới bắt đầu.
