Đo lường và điều khiển bằng máy tính CHƯƠNG 4. GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP Mục tiêu của bài: - Trình bày được nhiệm vụ và chức năng của cổng RS232; - Trình bày được phương thức truyền dữ liệu qua cổng RS232; - Thực hiện được việc truyền dữ liệu qua cổng RS232Cơ bản và ghép nối về I. Cơ bản và ghép nối về chuẩn giao tiếp cổng Com RS232 RS là chữ viết tắt của Recommended Standard (Tiêu chuẩn khuyến nghị). Các số 232/422/485 phía sau chữ “RS” là một phần của danh sách tuần tự các tiêu chuẩn EIA.
So Sánh 3 chuẩn truyền thông RS232, RS422 và RS485 là các tiêu chuẩn truyền thông giao tiếp nối tiếp được phát triển và phát hành bởi hiệp hội các ngành công nghiệp điện tử (EIA). RS232 được phát hành vào năm 1962 và đặt tên EIA-232-E là một tiêu chuẩn công nghiệp nhằm đảm bảo khả năng kết nối tương thích giữa các sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau. RS422 được phát triển từ RS232. Để cải thiện những thiếu sót của giao tiếp RS232 là khoảng cách ngắn và tốc độ thấp, RS422 được cải tiến với tín hiệu giao tiếp truyền thông cân bằng giúp tăng tốc độ truyền lên 10 Mb / giây và khoảng cách truyền lên 4000 ft (ở tốc độ dưới 100 kb / s).
Nó cũng cho phép tối đa 10 máy thu được kết nối trên một bus cân bằng. RS422 là một đặc trưng truyền dẫn cân bằng một chiều cho truyền một máy và tiếp nhận nhiều máy. Nó được đặt tên theo tiêu chuẩn TIA / EIA-422-A. Để mở rộng phạm vi ứng dụng, EIA đã phát triển tiêu chuẩn RS485 dựa trên RS422 vào năm 1983 đặt tên là TIA / EIA-485-A, bổ sung khả năng giao tiếp hai điểm, đa điểm, nghĩa là cho phép nhiều máy phát kết nối với cùng một bus và thêm máy phát.
RS232: Là một chuẩn truyền thông được phát triển bởi “Electronic Industry Association” và “Telecommunications Industry Association” (EIA/TIA). RS232 là chuẩn truyền thông phổ biến nhất một thời, thường được gọi tắt là RS232 hoặc RS-232 thay vì EIA/TIA-232- E. Chuẩn này chỉ đề cập đến việc truyền dữ liệu nối tiếp giữa một host (DTE-Data Terminal Equipment) và một ngoại vi (DCE-Data Circuit-Terminating Equipment). Phiên bản đầu tiên của RS232 được phát hành vào năm 1962, và các mức logic được định nghĩa khác với logic TTL.
Ở ngõ ra của một mạch điều khiển, mức cao (tương ứng với logic 0) là một điện áp từ +5 đến +15 V, còn mức thấp (tương ứng với logic 1) là một điện áp từ -5 đến -15 V. Tại ngõ vào của một bộ thu, mức cao được định nghĩa là từ +3 đến +15 V (gọi là space), và mức thấp được định nghĩa là từ -3 đến -15 V (gọi là mark). Có 2 phiên bản RS232 được sử dụng trong thời gian dài nhất là RS232B và RS232C. Tuy nhiên, hiện nay chúng ta chỉ thấy xuất hiện phiên bản RS232C và thường được gọi với tên ngắn là RS232.
Trong phần cứng máy tính, thường có 1 hoặc 2 cổng RS232C và được gọi là cổng COM. Cổng COM này thường được chia thành 2 loại là 9 chân hoặc 25 chân tùy theo đời máy, hay main máy tính (tuy nhiên hiện tại thì chúng ta thấy nhiều loại 9 chân hơn). 1/ Đặc điểm của RS232 - Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao - Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện. Nguyễn Trường Sanh 49 Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua công nối tiếp - Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới (logic 0 và 1) là +-12V.
Hiện nay đang được cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 ôm – 7000 ôm. - Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ +-3V đến 12V. - Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps ( ngày nay có thể lớn hơn). - Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF.
- Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 ôm nhưng phải nhỏ hơn 7000 ôm - Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m. - Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn hay dùng: 9600, 19200, 28800, 38400…. 56600, 115200 bps Để giảm nguy cơ bị nhiễu giữa các tín hiệu kế cận, tốc độ thay đổi (slew rate) được giới hạn tối đa là 30 V/μs, và tốc độ cũng được giới hạn tối đa là 20 kbps (kilobit per second) (giới hạn này hiện đã được nâng lên nhiều lần). Trở kháng của mạch điều khiển được chỉ định là từ 3 đến 7 kΩ.
Tải dung tối đa của đường truyền cũng được giới hạn là 2500 pF, và như vậy tùy thuộc vào loại cáp mà chiều dài tối đa có thể được xác định từ điện dung trên đơn vị chiều dài của cáp. 2/ Chức năng chân RS232 Như đã nêu ở trên, RS232 phân ra 2 số chân chính là 9 chân (DB9) và 25 chân (DB25); tuy nhiên với các dòng máy hiện đại ngày nay thì loại DB25 không thấy xuất hiện nữa, cho nên chúng ta sẽ tập chung và tìm hiểu loại DB9. Các tín hiệu RS-232 được định nghĩa tại DTE, theo bảng sau (chỉ nói đến các tín hiệu của đầu nối 9 chân): Chân số Chức năng Chiều thông tin 1 Data Carrier Detect (DCD) Từ DCE 2 Receive Data Line (RD) Từ DCE 3 Transmit Data Line (TD) Đến DCE 4 Data Terminal Ready (DTR) Đến DCE 5 Ground 6 Data Set Ready (DSR) Từ DCE 7 Request To Send (RTS) Đến DCE 8 Clear To Send (CTS) Từ DCE 9 Ring Indicate (RI) Từ DCE - Chân 1 : Data Carrier Detect (DCD) : Phát tín hiệu mang dữ liệu - Chân 2: Receive Data (RxD) : Nhận dữ liệu - Chân 3 : Transmit Data (TxD) : Truyền dữ liệu Nguyễn Trường Sanh 50 Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Chân 4 : Data Termial Ready (DTR) : Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu - Chân 5 : Singal Ground ( SG) : Mass của tín hiệu - Chân 6 : Data Set Ready (DSR) : Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu - Chân 7 : Request to Send : yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu - Chân 8 : Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi, bộ nhận đặt đường này lên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu - Chân 9 : Ring Indicate (RI) : Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông Các hệ thống logic hiện nay chủ yếu sử dụng các chuẩn logic TTL hay CMOS, do đó khi cần giao tiếp bằng chuẩn RS-232 sẽ phải dùng các mạch điều khiển và thu (RS- 232 driver và receiver, hay RS-232 transceiver) để chuyển đổi giữa TTL/CMOS và RS- 232 vật lý. Các bộ transceiver hiện nay thường có sẵn các bơm điện tích (charge pump) để tạo ra các mức áp RS-232 vật lý (phổ biến là +12 V và -12 V) từ một điện áp nguồn đơn cực giá trị nhỏ (5 V hay 3.
Vì chuẩn RS-232 chỉ dành cho giao tiếp giữa DTE và DCE, do đó khi hai máy tính (là các DTE) cần giao tiếp với nhau thông qua chuẩn RS-232 thì cần phải có các DCE (chẳng hạn như modem) làm trung gian. Các DCE này là các ngoại vi nên có thể giao tiếp trực tiếp với nhau thông qua một chuẩn nào đó. RS422 Là một chuẩn truyền thông cũng được phát triển bởi “Electronic Industry Association” và “Telecommunications Industry Association” (EIA/TIA); thường được gọi tắt là RS422 hay RS-422 thay vì EIA/TIA-422. Chuẩn này chỉ đề cập đến việc truyền dữ liệu nối tiếp giữa một host (DTE-Data Terminal Equipment) và một ngoại vi (DCE- Data Circuit-Terminating Equipment).
Chuẩn truyền thông RS-422 là một chuẩn truyền thông nối tiếp (serial). RS-422 hỗ trợ truyền thông tốc độ cao và khoảng cách truyền dữ liệu dài. Mỗi tín hiệu được truyền trên một cặp dây ( 2 dây) và đó là sự khác biệt với các chuẩn truyền thông khác RS-422 là một cơ chế vận chuyển phổ biến cho các bộ mở rộng RS-232. Chúng bao gồm các cổng RS-232 ở hai đầu của kết nối RS-422.
Với khoảng cách 40 feet ( tương đương 12m) thì tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 100 Kilobytes trên giây. Một điện trở 120 – Ohm được mắc nối tiếp ở cuối đường truyền để ngăn chặn tín hiệu phản xạ và giao thoa. RS422 thường được sử dụng giữa một cặp thu phát này và một cặp thu phát khác. Tuy nhiên, ở mỗi đầu ra, có thể truyền tới tối đa 10 đầu nhận.
Chuẩn này bao gồm máy thu vi sai, trình điều khiển vi sai và tốc độ dữ liệu cao tới 10 Megabits mỗi giây ở tốc độ 12 mét (40 ft).Vì chất lượng tín hiệu suy giảm theo chiều dài cáp, tốc độ dữ liệu tối đa giảm khi chiều dài cáp tăng. Nguyễn Trường Sanh 51 Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 30.RS422 1/ Thông số kỹ thuật chuẩn RS422 - Tiêu chuẩn : TIA/DTE-422 - Phương tiện vật lý : Cáp xoắn đôi - Cấu trúc mạng : liên kết điểm – điểm , liên kết điểm đa – đa điểm - Khoảng cách truyền tối đa : 1200m (4000 ft) - Tốc độ truyền tối đa : 100KBS -10MBS - Mức điện áp : – 6V đến + 6V (điện áp chênh lệch cực) - Tín hiệu khả dụng : Tx +, Tx-, Rx +, Rx- (Full duplex) 2/ Thông số kỹ thuật chuẩn RS422A - 1 Driver up to 10 Receivers - Chiều dài đường truyền và tốc độ tối đa: - 40 Feet = 12m 10 Mbits/sec - 400 Feet = 122m 1 Mbits/sec - 4000 Feet = 1219m 100 kbits/sec 3/ Ưu nhược điểm RS422 RS-422 tương tự như giao thức RS-232 và có thể được thiết lập theo cùng một cách, tuy nhiên, nó vẫn có một vài ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Đặc biệt là ở vấn đề bạn cần mua PC hỗ trợ cổng RS422 hoặc ít nhất là bộ chuyển đổi RS422 sang RS232, vì PC thường không sử dụng tiêu chuẩn RS422 này. Tốc độ truyền của RS-422 nhanh hơn và có khả năng đa điểm.
Ngoài ra, bạn có thể thấy rằng có ít thiết bị hỗ trợ RS422 hơn. 4/ Ứng dụng của RS422 RS-422 sử dụng rộng rãi nhất là trên các máy tính Macintosh đời đầu.