by
Giới thiệu chung
RS 232 là một giao thức truyền thông tiêu chuẩn chủ yếu được sử dụng cho giao tiếp nối tiếp giữa hai thiết bị. Nó được EIA (Electronic Industries Association - Hiệp hội công nghiệp điện tử) giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1960 với mục đích cung cấp một lộ trình cho việc kết nối một thiết bị với các thiết bị ngoại vi khác cho sự giao tiếp kỹ thuật số hoàn hảo.
Sự ra đời của USB đã làm giảm đáng kể nhu cầu của giao thức RS232, nhưng chúng ta vẫn không thể loại bỏ tầm quan trọng của nó trong một số ứng dụng công nghiệp nơi Bộ điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controllers) và các thiết bị điều khiển bằng máy tính (CNC - Computerized Numerical Control Equipments) được lập trình riêng sử dụng đầu nối RS 232 là một giao diện giữa DTE (Data terminal equipment - Thiết bị đầu cuối dữ liệu) và DCE (Data communication equipment - Thiết bị truyền dữ liệu).
RS 232, gần đây được biết đến như là TIA 232, là một giao thức tiêu chuẩn được đề xuất để truyền dữ liệu nối tiếp giữa các thiết bị điện tử. Nó chủ yếu hoạt động trên ba tín hiệu đường truyền: transmission line, receive line và ground.
Transmission line (đường truyền) chủ yếu được sử dụng để gửi dữ liệu nối tiếp từ một đầu và đường nhận (receive line) chấp nhận dữ liệu từ đầu kia trong khi đó đường ground được sử dụng chung cho các thiết bị.
Ban đầu, rất khó để đưa ra giao thức rõ ràng để gửi dữ liệu từ đầu này sang đầu kia. Điều này dẫn đến sự ra đời của giao thức RS 232, làm sống lại ngành công nghiệp truyền thông với mục đích chính là giữ cả hai đầu của thiết bị kết nối dưới cùng một mái nhà nơi chúng có thể chấp nhận, hiểu và giao tiếp trong cùng một ngôn ngữ.
RS 232 chủ yếu được phân loại thành hai hệ thống: DTE và DCE.
RS 232 là một giao thức truyền thông tiêu chuẩn chủ yếu được sử dụng cho giao tiếp nối tiếp giữa hai thiết bị. Nó được EIA (Electronic Industries Association - Hiệp hội công nghiệp điện tử) giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1960 với mục đích cung cấp một lộ trình cho việc kết nối một thiết bị với các thiết bị ngoại vi khác cho sự giao tiếp kỹ thuật số hoàn hảo.
Sự ra đời của USB đã làm giảm đáng kể nhu cầu của giao thức RS232, nhưng chúng ta vẫn không thể loại bỏ tầm quan trọng của nó trong một số ứng dụng công nghiệp nơi Bộ điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controllers) và các thiết bị điều khiển bằng máy tính (CNC - Computerized Numerical Control Equipments) được lập trình riêng sử dụng đầu nối RS 232 là một giao diện giữa DTE (Data terminal equipment - Thiết bị đầu cuối dữ liệu) và DCE (Data communication equipment - Thiết bị truyền dữ liệu).
RS 232, gần đây được biết đến như là TIA 232, là một giao thức tiêu chuẩn được đề xuất để truyền dữ liệu nối tiếp giữa các thiết bị điện tử. Nó chủ yếu hoạt động trên ba tín hiệu đường truyền: transmission line, receive line và ground.
Transmission line (đường truyền) chủ yếu được sử dụng để gửi dữ liệu nối tiếp từ một đầu và đường nhận (receive line) chấp nhận dữ liệu từ đầu kia trong khi đó đường ground được sử dụng chung cho các thiết bị.
Ban đầu, rất khó để đưa ra giao thức rõ ràng để gửi dữ liệu từ đầu này sang đầu kia. Điều này dẫn đến sự ra đời của giao thức RS 232, làm sống lại ngành công nghiệp truyền thông với mục đích chính là giữ cả hai đầu của thiết bị kết nối dưới cùng một mái nhà nơi chúng có thể chấp nhận, hiểu và giao tiếp trong cùng một ngôn ngữ.
RS 232 chủ yếu được phân loại thành hai hệ thống: DTE và DCE.
DTE là một thiết bị đầu cuối dữ liệu như một máy tính mà xử lý giao tiếp với một số chức năng điều khiển và đóng vai trò chính của trạm. Tương tự, DCE là một thiết bị đầu cuối mạch dữ liệu được đặt ở đầu kia của trạm và hiểu dữ liệu được truyền từ thiết bị DCE.
Hệ thống DTE kết hợp các đầu nối DB đực (male DB connector) trong khi đó hệ thống DCE đi kèm với các đầu nối DB cái (female DB connector).
Dữ liệu RS232 có bản chất hai cực, biểu thị trạng thái “ON hay 0-state (SPACE)” nếu điện áp trong khoảng 3 đến 12 V và “OFF” hay 1-state (MARK) nếu điện áp nằm trong khoảng - 3 đến -12 V.
Điều quan trọng cần lưu ý là, hầu hết các công ty đã định hình lại cấu trúc bên trong của các máy tính gần đây, nơi chúng vẫn chỉ trạng thái OFF ở mức điện áp bằng 0, trong khi bỏ qua điện áp âm. Tương tự, trạng thái “ON” không nhất thiết phải phụ thuộc vào mức điện áp cao nhất và có thể đạt được với điện áp thấp hơn chỉ xung quanh khoảng 5V.
Giao tiếp nối tiếp chủ yếu dựa trên các điều kiện logic và truyền một lần một bit trong luồng của các số 1 và 0 mà ở đầu kia cuối cùng được chuyển đổi trở lại thành bit. Có tám bit trong một byte.
Thời lượng mà tín hiệu được yêu cầu ở lại trong một trạng thái cụ thể phụ thuộc vào tốc độ truyền (baud rate). Giao tiếp được thực hiện trong giao thức RS 232 được đo bằng baud - số các bit được truyền mỗi giây, tức là 1000 baud chỉ 1000 bit mỗi giây.
Có các tham số khác phải được thiết lập trước khi truyền dữ liệu: Độ dài của byte (Length of the byte), Parity (tính chẵn lẻ) và độ lớn của các stop bit.
Độ dài của tín hiệu có thể được đặt ở bất cứ đâu từ 5 đến 8 bit.
Tham số thứ hai rất quan trọng. Partiy chủ yếu đi kèm với năm tùy chọn: Even, Odd, Mark, Space, None
Even chỉ ra bit dữ liệu cuối cùng được truyền sẽ là logic 1 nếu nó chứa 1 số chẵn các bit 0. Tương tự, Odd sẽ cho thấy rằng dữ liệu được truyền được gọi là logic 1 nếu nó đi kèm với số lẻ các bít 0. MARK và SPACE sẽ thể hiện rằng bit dữ liệu được truyền cuối cùng sẽ lần lượt là logic 1 và 0. Tham số cuối cùng là số stop bit và giá trị của nó được đặt là 1 hoặc 2.
Khả năng truyền tải
RS-232 có thể thực hiện truyền ở tốc độ dữ liệu lên đến 20 Kbps với khả năng phạm vi khoảng cách khoảng 50 ft ~ 15m. Tất cả phụ thuộc vào điện dung của dây. Dây có điện dung thấp có thể truyền dữ liệu lên đến 1000 ft~300m trong khi dây có điện dung cao có thể truyền dữ liệu ở khoảng cách thấp hơn.
Như đã đề cập trước đó, nhiều máy tính đã không còn đi kèm theo cổng RS 232, do đó chúng ta cần thêm bộ chuyển đổi USB-to RS 232 ra bên ngoài để chúng tương thích với các thiết bị ngoại vi RS 232.
Mặc dù việc sử dụng RS 232 trở nên lỗi thời, chúng vẫn được sử dụng trong kết nối dữ liệu có dây tốc độ thấp và thiết bị mạng điểm-điểm với khả năng phạm vi ngắn.
Quá trình giao tiếp
Giao tiếp chỉ đơn giản dựa trên giao thức truyền và nhận và tổng cộng có 9 chân được tham gia để thực hiện việc truyền hoàn chỉnh. Hình dưới đây cho thấy cách dữ liệu được truyền qua thiết bị đầu cuối.
Sự giao tiếp chủ yếu được đặt ra giữa các thiết bị đầu cuối DTE và DCE qua thỏa thuận chung để truyền dữ liệu cần thiết. Chân RTS cho thấy mong muốn gửi dữ liệu đến một thiết bị đầu cuối khác. Khi nó ON, nó cho biết thiết bị đầu cuối DTE đã sẵn sàng để truyền dữ liệu. Dữ liệu sẽ được truyền dần qua đường truyền mà không có bất kỳ cản trở nào nếu chân CTS từ đầu kia được kích hoạt và cấp quyền cho DTE để truyền dữ liệu.
Chân CD biểu thị trạng thái hiện tại của chân RTS. Nếu chân CD vẫn OFF, nó sẽ hiển thị đầu cuối DTE chưa sẵn sàng để gửi dữ liệu qua kênh. Tương tự, nếu bật ON sẽ hiển thị DTE mong muốn gửi dữ liệu và tìm kiếm sự cho phép từ đầu bên kia.
Sau khi được cấp phép, hai chân khác RD và TD sẽ đi vào hoạt động trong đó ban đầu được sử dụng để nhận dữ liệu từ thiết bị đầu cuối DCE và sau đó được sử dụng để chuyển dữ liệu từ DTE sang DCE.
Chân DTR phải được ON trước khi cả hai thiết bị đầu cuối sẵn sàng giao tiếp với nhau. Trên thực tế, DTR (Data Terminal Ready) sẽ chỉ ra rằng toàn bộ sự sắp xếp từ cả hai thiết bị đều phù hợp và tương thích với giao thức được yêu cầu cho việc truyền dữ liệu. Nó phục vụ như một tín hiệu đi trước (go-ahead signal) cho việc truyền thông giao tiếp.
Connector Pinout
Hình dưới đây cho thấy cấu hình pin của loại connector (đầu nối) DB 25.
Hình dưới đây cho thấy cấu hình pin của loại connector (đầu nối) DB-9.
Còn DB25 bây giờ hầu hết các main mới ra đều không có cổng này nữa nên sẽ không đề cập cụ thể hơn ở đây.
Hệ thống DTE kết hợp các đầu nối DB đực (male DB connector) trong khi đó hệ thống DCE đi kèm với các đầu nối DB cái (female DB connector).
Dữ liệu RS232 có bản chất hai cực, biểu thị trạng thái “ON hay 0-state (SPACE)” nếu điện áp trong khoảng 3 đến 12 V và “OFF” hay 1-state (MARK) nếu điện áp nằm trong khoảng - 3 đến -12 V.
Điều quan trọng cần lưu ý là, hầu hết các công ty đã định hình lại cấu trúc bên trong của các máy tính gần đây, nơi chúng vẫn chỉ trạng thái OFF ở mức điện áp bằng 0, trong khi bỏ qua điện áp âm. Tương tự, trạng thái “ON” không nhất thiết phải phụ thuộc vào mức điện áp cao nhất và có thể đạt được với điện áp thấp hơn chỉ xung quanh khoảng 5V.
Thời lượng mà tín hiệu được yêu cầu ở lại trong một trạng thái cụ thể phụ thuộc vào tốc độ truyền (baud rate). Giao tiếp được thực hiện trong giao thức RS 232 được đo bằng baud - số các bit được truyền mỗi giây, tức là 1000 baud chỉ 1000 bit mỗi giây.
Có các tham số khác phải được thiết lập trước khi truyền dữ liệu: Độ dài của byte (Length of the byte), Parity (tính chẵn lẻ) và độ lớn của các stop bit.
Độ dài của tín hiệu có thể được đặt ở bất cứ đâu từ 5 đến 8 bit.
Tham số thứ hai rất quan trọng. Partiy chủ yếu đi kèm với năm tùy chọn: Even, Odd, Mark, Space, None
Even chỉ ra bit dữ liệu cuối cùng được truyền sẽ là logic 1 nếu nó chứa 1 số chẵn các bit 0. Tương tự, Odd sẽ cho thấy rằng dữ liệu được truyền được gọi là logic 1 nếu nó đi kèm với số lẻ các bít 0. MARK và SPACE sẽ thể hiện rằng bit dữ liệu được truyền cuối cùng sẽ lần lượt là logic 1 và 0. Tham số cuối cùng là số stop bit và giá trị của nó được đặt là 1 hoặc 2.
Khả năng truyền tải
RS-232 có thể thực hiện truyền ở tốc độ dữ liệu lên đến 20 Kbps với khả năng phạm vi khoảng cách khoảng 50 ft ~ 15m. Tất cả phụ thuộc vào điện dung của dây. Dây có điện dung thấp có thể truyền dữ liệu lên đến 1000 ft~300m trong khi dây có điện dung cao có thể truyền dữ liệu ở khoảng cách thấp hơn.
Như đã đề cập trước đó, nhiều máy tính đã không còn đi kèm theo cổng RS 232, do đó chúng ta cần thêm bộ chuyển đổi USB-to RS 232 ra bên ngoài để chúng tương thích với các thiết bị ngoại vi RS 232.
Mặc dù việc sử dụng RS 232 trở nên lỗi thời, chúng vẫn được sử dụng trong kết nối dữ liệu có dây tốc độ thấp và thiết bị mạng điểm-điểm với khả năng phạm vi ngắn.
Quá trình giao tiếp
Giao tiếp chỉ đơn giản dựa trên giao thức truyền và nhận và tổng cộng có 9 chân được tham gia để thực hiện việc truyền hoàn chỉnh. Hình dưới đây cho thấy cách dữ liệu được truyền qua thiết bị đầu cuối.
Chân CD biểu thị trạng thái hiện tại của chân RTS. Nếu chân CD vẫn OFF, nó sẽ hiển thị đầu cuối DTE chưa sẵn sàng để gửi dữ liệu qua kênh. Tương tự, nếu bật ON sẽ hiển thị DTE mong muốn gửi dữ liệu và tìm kiếm sự cho phép từ đầu bên kia.
Sau khi được cấp phép, hai chân khác RD và TD sẽ đi vào hoạt động trong đó ban đầu được sử dụng để nhận dữ liệu từ thiết bị đầu cuối DCE và sau đó được sử dụng để chuyển dữ liệu từ DTE sang DCE.
Chân DTR phải được ON trước khi cả hai thiết bị đầu cuối sẵn sàng giao tiếp với nhau. Trên thực tế, DTR (Data Terminal Ready) sẽ chỉ ra rằng toàn bộ sự sắp xếp từ cả hai thiết bị đều phù hợp và tương thích với giao thức được yêu cầu cho việc truyền dữ liệu. Nó phục vụ như một tín hiệu đi trước (go-ahead signal) cho việc truyền thông giao tiếp.
Connector Pinout
Hình dưới đây cho thấy cấu hình pin của loại connector (đầu nối) DB 25.
Các đầu nối DB-9 và DB-25 cung cấp chất lượng và độ tin cậy vượt trội cho một số ứng dụng nối tiếp và song song (IEEE 1284).
Chức năng của các chân như sau:
+ 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
+ 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,bô truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu
+ chân 8 : Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi ,bô 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
+ 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
+ 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,bô truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu
+ chân 8 : Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi ,bô 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
Còn DB25 bây giờ hầu hết các main mới ra đều không có cổng này nữa nên sẽ không đề cập cụ thể hơn ở đây.
Các loại truyền thông nối tiếp
Có hai loại giao tiếp nối tiếp chính: Half Duplex và Full Duplex
Half Duplex (giao tiếp bán công) chỉ truyền thông tin theo một hướng. Nó đi kèm với hai đường trong đó một là đường dữ liệu và đường kia là tín hiệu đất (signal ground). Trong giao tiếp này, thiết bị đầu cuối có khả năng gửi hoặc nhận dữ liệu, nhưng không phải cùng một lúc. Phương pháp này là một phương pháp cũ và không còn được thực hành nữa.
Full Duplex (giao tiếp song công) hoàn toàn có thể truyền và nhận dữ liệu theo cả hai hướng, yêu cầu ba đường chính: đường truyền dữ liệu, đường nhận dữ liệu và tín hiệu đất(signal ground).
Các ứng dụng
Trước khi USB ra đời, các cổng RS-232 là bộ phận để liên lạc dữ liệu giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi khác. Tuy nhiên, chúng vẫn thành công trong việc tìm đường trong nhiều ứng dụng khoa học và công nghệ. Hãy cùng xem.
- Trong trường hợp không có bất kỳ kết nối mạng nào, các cổng RS232 được sử dụng để giao tiếp trong các hệ thống không đầu (headless system).
- Các cổng này đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết lập giao tiếp giữa máy tính và các hệ thống nhúng.
- Một số Bộ điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controllers) không thể được lập trình mà không có giao thức RS232.
- Nhiều hệ thống điều khiển số điện toán hóa (Computerized Numerical Control Systems) được trang bị cổng RS232.
- Ngoài các cổng DB9 và DB25, đôi khi giao diện hai dây là đủ khi việc truyền dữ liệu chỉ được thực hiện theo một hướng. Một số bộ thu GPS và cân bưu chính kỹ thuật số (Digital Postal Scale) hoạt động theo nguyên tắc này.
Tương tự, hai đường RTS và CTS nữa được bao gồm trong phiên bản 5 dây theo nhu cầu kỹ thuật khi yêu cầu truyền dữ liệu hai chiều với điều khiển luồng phần cứng.
0 comments: