_________________________________________________Chương 5 Các chuẩn giao
tiếp V - 1
¡ CHƯƠNG 5
các chuẩn giao tiếp
GIAO TIẾP DÙNG DÒNG ĐIỆN VÒNG 20 mA
CHUẨN GIAO TIẾP RS232D
Đăc tính cơ
Đặc tính điện
Chức năng
CHUẨN GIAO TIẾP RS449, 422A & 423A
___________________________________________________________________________
____
Vấn đề kết nối các thiết bị truyền thông sẽ trở nên hỗn loạn một khi có rất nhiều thiết
bị của nhiều hãng sản xuất khác nhau được phép kết nối vào hệ thống thông tin quốc gia.
Thấy trước điều đó, Hiệp Hội Kỹ Nghệ Điện Tử (EIA) đã cho ra đời các chuẩn giao tiếp để
chuẩn hóa việc kết nối các thiết bị nói trên.
Khi máy tính (DTE) và các thiết bị truyền dữ liệu (DCE) khác được đặt trong cùng
một tòa nhà, chúng có thể được nối với nhau một cách kinh tế bằng những dây truyền hoặc
những mạch giao tiếp nối tiếp hoạt động ở băng tần cơ bản (dải nền).
Trong trường hợp trở kháng ra và tín hiệu TTL của UART không thích hợp để phát
trực tiếp lên đường dây, ta phải dùng mạch kích phát và thu, những mạch này cho phép sử
dụng các mức điện áp hoặc dòng điện lớn hơn tiêu chuẩn của IC số.
Chương này sẽ bàn đến một số chuẩn giao tiếp của EIA thỏa mãn các giao thức tầng
1, tức các tiêu chuẩn liên hệ đến tính năng vật lý của đường truyền, các đặc tính điện của tín
hiệu và cách sử dụng các bộ kết nối và các chân ra.
5.1 Giao tiếp dùng dòng điện vòng 20 mA
Dòng điện vòng đầu tiên được dùng để truyền tín hiệu nhị phân bất đồng bộ giữa máy
tính và máy viễn ấn (teleprinter, TTY). Trong cách truyền này, mức 1 được biểu thị bởi dòng
điện vòng 20 mA và mức 0 bởi dòng điện 0 mA. Như vậy thông tin được truyền đi chính là sự
tắt mở của dòng điện.
Hệ thống là một vòng kín gồm một nguồn dòng tạo ra dòng điện không đổi 20 mA, bộ
phận đóng ngắt (current switch) được đặt ở máy phát và bộ phận dò ra dòng điện này (current
detect) ở máy thu.
Khi hệ thống không có tín hiệu để truyền, người ta giám sát sự liên tục của hệ thống
dựa vào sự hiện hữu của dòng điện 20 mA này. Đây chính là lý do tại sao trong các hệ thống
sau này người ta đưa bit 1 lên đường truyền khi hệ thống nghỉ.
(H 5.1) là một hệ thống dùng dòng điện vòng với bộ phận đóng ngắt là các relay.
Ở phần phát, giả sử dữ liệu đến từ ngã TxD của UART là bit 1, transistor dẫn làm
đóng relay phát, dòng điện 20 mA chạy qua phần thu và đóng relay thu, đưa ngã ra lên cao
(sau khi qua cổng đảo), tín hiệu này được truyền đến UART trên đường RxD. Nếu tín hiệu
phát là bit 0 trên đường TxD, do không có dòng điện chạy qua, các relay phát và thu đều hở ,
ta được bit 0 trên đường RxD.
_________________________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền
dữ liệu
_________________________________________________Chương 5 Các chuẩn giao
tiếp V - 2
(H 5.1)
Điều kiện hoạt động hữu hiệu của hệ thống dùng dòng điện vòng là phải có một sự
cách ly tốt giữa dòng điện vòng và mạch thu. Ngoài ra để bảo đảm giá trị của nguồn dòng
không bị ánh hưởng bởi đường dây trở kháng ra của máy phát phải rất lớn so với trở kháng
đường dây.
Ngày nay, ghép nối quang thường được sử dụng như là một phương tiện cách ly rất
tốt. Sự tắt mở của dòng điện được biến thành sự tắt mở của chùm tia sáng được dò ra bởi
transistor quang. (H 5.2) mô tả một hệ thống dùng dòng điện vòng ghép nối quang.
(H 5.2)
Ở phần phát, giả sử dữ liệu đến từ ngã TxD của UART là bit 1, các transistor dẫn,
dòng điện 20 mA chạy qua phần thu làm led phát sáng, transistor ghép quang dẫn đưa ngã ra
lên cao (sau khi qua cổng đảo), tín hiệu này được truyền đến UART trên đường RxD. Nếu tín
hiệu phát là bit 0 trên đường TxD, do không có dòng điện chạy qua, led không phát sáng,
transistor ghép quang ngưng ta được bit 0 trên đường RxD.
Hệ thống dùng dòng điện vòng chỉ sử dụng cho khoảng cách nhỏ hơn 500m. Để
truyền khoảng cách xa hơn 500m, người ta dùng modem mà chúng ta sẽ bàn đến trong một
chương khác.
5.2 CHUẩN GIAO TIếP RS-232D (EIA 530)
Chuẩn giao tiếp RS-232 của EIA được phát hành lần đầu tiên vào năm 1962, đến năm
1969 ra đời thế hệ thứ 3 là chuẩn RS-232C, hiện thời cũng còn được dùng rộng rãi và năm
1987 RS-232D xuất hiện. RS-232D có thể xem là cải tiến của RS-232C, có hai điểm khác biệt
giữa hai chuẩn này là
- RS-232D xác định nối cáp riêng biệt cho nó trong khi RS-232C thì có thể dùng nhiều
loại đầu nối khác nhau (trong thực tế RS-232C đã sử dụng nối cáp mà hiện nay là chuẩn của
RS-232D)
- RS-232D có thêm 3 mạch để thực hiện tác vụ test mà RS-232C không có.
_________________________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền
dữ liệu
_________________________________________________Chương 5 Các chuẩn giao
tiếp V - 3
RS-232D được sử dụng rộng rãi cho các chức năng kết nối, đặc biệt trong các kết nối
giữa các thiết bị DTE và các modem âm tần (voice grade modem) để dùng trong hệ thống
viễn thông công cộng.
Dưới đây là các đặc tính quan trọng của RS-232D :
5.2.1 Đặc tính cơ
Đặc tính cơ liên hệ đến kết nối vật lý giữa DTE và DCE. Đây là qui định về dây và
đầu nối. Đối với RS-232D đầu nối là loại DB-25, được mô tả ở (H 5.3).
(H 5.3)
5.2.2 Đặc tính điện
Đặc tính điện xác định tín hiệu giữa DTE và DCE. 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: logic 1 tương ứng với điện áp trong khoảng (-
5V , -15V); 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 RL có giá trị trong khoảng từ 3 kΩ đến 7 kΩ
* Điện dung tải CL 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.
5.2.3 Chức năng
Tóm tắt chức năng của RS-232D cho ở bảng 5.1 . Những mạch trao đổi nhóm thành
các loại:
- Dữ liệu - Điều khiển - Định thời và - Đất.
RS-232D có có thể truyền song công hoặc bán song công.
Khi đề cập tới chức năng của RS-232 nói chung, chúng ta không phân biệt giữa chân,
đường dây và tín hiệu vì một chân luôn luôn nối với một đường dây và chỉ sử dụng cho loại
tín hiệu duy nhất.
Có 14 đường điều khiển: 8 đường đầu tiên trong bảng liên hệ đến việc truyền dữ liệu
của kênh sơ cấp, 6 trong các đường này được dùng để truyền bất đồng bộ (CA, CB, CC, CD,
CE, CF). Để truyền đồng bộ ngoài 6 đường này ta thêm vào 2 đường điều khiển (CG,CH).
Bảng 5.1 Các tín hiệu của RS 232D
pin/nhảnTên Chiều truyềnTên khác và viết tắt
_________________________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền
dữ liệu
_________________________________________________Chương 5 Các chuẩn giao
tiếp V - 4
2/BA
3/BB
14/SBA
16/SBB
4/CA
5/CB
6/CC
20/CD
22/CE
8/CF
21/CG
23/CH
19/SCA
13/SCB
12/SCF
21/RL
18/LL
25/TM
15/DB
24/DA
17/DD
7/AB
1
Tín hiệu dữ liệu
Transmitted Data
Received Data
Secondary trans. Data
Secondary Rece. Data
Tín hiệu điều khiển
Request to send
Clear to send
DCE Ready
DTE Ready
Ring Indicator
Received Line Signal Detector
Signal quality Detector
Data Signal rate select
Secondary Request to send
Secondary clear to send
Secondary RLSD
Remote loop back 1
Local loop back 2
Test mode 3
Timing signals
Transmission Sig.Ele. timing
Transmit Sig. Ele. timing
Receiver Sig. Element timing
Ground/Shield
Signal Ground
Protect Ground
DTE → DCE
DCE → DTE
DTE → DCE
DCE → DTE
DTE → DCE
DCE → DTE
DCE → DTE
DTE → DCE
DCE → DTE
DCE → DTE
DCE → DTE
DTE → DCE
DTE → DCE
DCE → DTE
DCE → DTE
DTE → DCE
DTE → DCE
DCE → DTE
DCE → DTE
DTE → DCE
DCE → DTE
N/A
N/A
Send data (TD,SD)
(RD)
New Synch (NS)
Divided Clock Transmit (DCT)
(RS,RTS)
(CS, CTS)
Data set Ready, Modem Ready (DSR)
Data Terminal Ready (DTR)
(RI)
(RLSD, Carrier on detect, COD)
(SQ)
(SS)
Local mode (LM)-Asynch. modem
Serial clock transmit (SCT)
Serial clock transmit External (SCTE)
Serial clock Receive (SCR)
Common Return
Shield
Ghi chú:
(1) Trong RS 232C là mạch CG .
(2), (3) không có trong RS 232C
Dưới đây là chức năng của các tín hiệu (chân, đường dây)
@ Nhóm dữ liệu:
- Transmitted Data (2): Dữ liệu nối tiếp phát bởi DTE tới DCE trên đường dây này.
Dữ liệu được lấy mẫu khi có sự chuyển trạng thái từ ON xuống OFF của dường dây
Transmitter Signal Element Timing (15). Dữ liệu chỉ được phát khi các chân RTS, CTS và
DSR ở trạng thái ON.
- Received Data (3) : Dữ liệu đã giải điều chế gửi từ DCE (modem) tới DTE. Nếu
không có tín hiệu đến (RLSD OFF) , tín hiệu mark được tạo ra bên trong modem sẽ được gửi
lên đường dây này.
- Secondary Transmitted Data(14): Giống pin 2 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
- Secondary Received Data (16): Giống pin 3 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
@ Nhóm tín hiệu điều khiển:
- Request To Send (4): DTE yêu cầu phát
* Khi vận hành theo chế độ ngắt sóng mang (switched carrier operation), điều kiện
ON của mạch này báo cho DCE phát biết là DTE muốn phát dữ liệu.
* Khi vận hành theo chế độ sóng mang liên tục (contiuous carrier operation), do sóng
mang được phát liên tục nên điều kiện ON của mạch này có tác dụng tạo thời trễ (đã được
chọn trước) giữa RTS và CTS.
- Clear To Send (5): DCE gần báo cho DTE là nó sẵn sàng truyền tín hiệu
* Khi vận hành theo chế độ ngắt sóng mang, mạch này lên ON 48,5 ms sau khi
modem nhận tín hiệu RTS (đây là thời gian máy thu dùng để kiểm tra (training) chuỗi dữ liệu)
và có nghĩa là DCE sẵn sàng truyền tín hiệu.
_________________________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền
dữ liệu
_________________________________________________Chương 5 Các chuẩn giao
tiếp V - 5
* Khi vận hành theo chế độ sóng mang liên tục, modem sẽ đưa đường dây này lên
ON sau một thời trễ xác định kể từ lúc nhận được tín hiệu RTS.
- DCE Ready (6): DCE gần báo cho DTE là nó sẵn sàng phát và thu tín hiệu, nó
không ở chế độ TEST. Trạng thái ON của đường dây không có nghĩa là một kênh truyền tin
đã được thiết lập với đài xa.
- DTE Ready (20): DTE sẵn sàng vận hành.
- Ring Indicator (22): DCE báo cho DTE gần là nó đã nhận được tín hiệu chuông.
- Received Line Signal Detector (8): Chân này lên ON 45 ms sau khi DCE nhận tín
hiệu sóng mang (hay 41 ms sau khi chân SQ (signal quality detect) lên ON), trong khoảng
thời gian này modem thu kiểm tra (training) chuỗi dữ liệu tới và điều chỉnh mạch điều hợp
cân bằng (adaptive equalizer) đồng thời đi vào chế độ đồng bộ với sóng mang thu. Mạch này
phải lên ON trước khi dữ liệu có thể nhận được bởi mạch RD.
- Signal Quality Detector (21): Mạch này báo có nhận được sóng mang hay không.
Mạch lên ON khi nhận được sóng mang liên tục trong 4 ms hay lâu hơn và OFF sau khi mất
sóng mang 2ms. Với các modem thế hệ mới, mạch này còn có chức năng báo khi tín hiệu
nhận được xấu dưới một ngưỡng nào đó để hệ thống có thể thay đổi vận tốc truyền cho phù
hợp.
- Data Signal Rate Select (23): Được yêu cầu khi thay đổi vận tốc truyền. Hoặc
DTE hoặc DCE có trách nhiệm chọn vận tốc.
- Secondary Request To Send (19): Giống pin 4 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
- Secondary Clear To Send (13): Giống pin 5 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
- Secondary RLSD (12): Giống pin 8 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
@ Nhóm tín hiệu định thời dùng trong chế độ đồng bộ:
- Transmission Signal Element Timing (15): Mạch này cung cấp tín hiệu thời gian
(từ dao động nội trong modem) cho việc phát dữ liệu từ DTE tới modem. Dữ liệu gửi tới
modem khi có sự chuyển trạng thái từ OFF sang ON của đường dây này và được lấy mẫu bởi
modem khi trạng thái chuyển từ ON sang OFF. Tín hiệu trên đường dây này được tạo ra bởi
dao động nội trong modem.
- Transmit Signal Element Timing (24): Modem nhận tín hiệu thời gian từ bên
ngoài, cấp bởi DTE (Đồng bộ từ bên ngoài). Dữ liệu ra trên mạch TD vẫn được kiểm soát bởi
tín hiệu từ modem trên pin 15.
- Receiver Signal Element Timing (17): Tín hiệu định thời cho DTE thu. Sự chuyển
trạng thái từ ON sang OFF đánh dấu điểm giữa của tín hiệu trên mạch RD
@ Nhóm tín hiệu đất:
- Signal Ground (7): Thiết lập mass chung, điểm tham khảo cho các điện thế đường
dây.
- Protect Ground (1): Nối với sườn máy và mass bên ngoài (DCE hoặc DTE chứ
không cả hai). Cách ly với Signal Ground bởi điện trở 100Ω bên trong.
- Pin 9 & 10 dự phòng cho Data set testing.
- Pin 11 không sử dụng cho chuẩn EIA nhưng có thể sử dụng với tên Equalizer Mode
(EM): khi chân RLSD ON và chân (11) này OFF có nghĩa là tín hiệu nhận được xấu (xác suất
lỗi lớn), modem sẽ retrain tín hiệu tới và nếu chân này ON thì tín hiệu nhận được tốt. Tín hiệu
chân này dùng điều khiển mạch adaptive equalizer trong modem.
- Pin 14 (New Synch): không sử dụng cho chuẩn EIA. Mạch này được dùng cho DCE
ở trạm sơ cấp trong hệ thống nhiều điểm. Trong hệ thống này sự đồng bộ của máy thu (sơ
cấp) với nhiều máy phát thứ cấp cần được thực hiện nhanh. Thường máy thu hay duy trì thông
tin về thời gian của bản tin sau khi bản tin đã chấm dứt, điều này ảnh hưởng đến sự đồng bộ
khi nhận bản tin kế tiếp. Trạng thái ON được câp vào chân này bởi DTE trong khoảng thời
gian 1 ms nhưng không dài hơn khoảng cách hai bản tin để loại bỏ thông tin về thời gian
trước khi nhận bản tin của trạm thứ cấp khác.
_________________________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền
dữ liệu