Rs232

1. LBI - Microsoft
LBI - Microsoft
Chuẩn truyền tín hiệu (RS232, RS485)
Re: chuẩn RS485
Mạng RS485:
Việc truyền nhận giữa PC và các kit Vi xử lí, giữa các Vi xử lí với nhau được thực hiện thông
qua mạng theo chuẩn RS485. Dưới đây xin trình bày kỉ về lí do tại sao lại chọn chuẩn RS-
485 cho mạng trên và một số vấn đề cần lưu ý khi sử dụng chuẩn RS-485.
Ta dùng cổng nối tiếp (cổng COM ) để thực hiện giao tiếp giữa PC với các Kit Vi xử lí. 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.
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:
RS-485 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
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

2. LBI - Microsoft
LBI - Microsoft
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.
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.
5.1.1.Mạng truyền nhận RS-485.
Mạng RS-485 được thiết kế dựa trên giao thức chủ –tớ, hoạt động dựa vào chân điều khiển
RTS. Chân RTS có nhiệm vụ cho một node của mạng được phép truyền hoặc nhận. Điều này
làm cho mạng có thể dễ dàng tránh được sự xung đột đường truyền.
5.1.1.1.Mạch chuyển đổi RS-232 sang RS-485.
Rò ràng là cổng Com của PC thực hiện truyền dữ liệu theo chuẩn RS-232, do đó ta phải thực
hiện một mạch chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485.
Mạch chuyển đổi này phải thoã mãn các yêu cầu sau:
- Đáp ứng nhanh
- Hoạt động tin cậy
- Đơn giản, giá thành rẻ
Mạch thiết kế được dựa trên hai IC cơn bản là MAX 232 và SN75176B. Max 232 là IC của
hãng Maxim dùng để chuyển đổi tín hiệu từ chuẩn RS-232 sang TTL và ngược lại. SN75176B
dùng (của hãng Texas Intrument ) để chuyển đổi tín hiệu từ RS-485 sang TTL và cũng như
từ TTL sang RS-485. Ta có thể thay Max 232 bằng HIN 232CP, thay SN75176B bằng Max
485, LTC 485 hay DS3695.
Khi sử dụng Max 232 cần lưu ý các đặc điểm sau: vì nó thực hiện chuyển đổi giữa chuẩn
RS-232 sang TTL cho nên áp ở đầu vào sẽ bị đổi mức ở đầu ra.Ví dụ: áp ra chân 14 là +12V
thì chân 11 (ngõ vào của chân 14) áp sẽ là 0V, ngược lại nếu tại chân 14 áp là -12V thì tại
chân 11 là +5V.
Nguyên lý hoạt động của mạch:
- Tín hiệu RS-232 từ cổng Com của PC (chân 2,3,7) được đưa vào ngõ vào và ra RS-232 của
Max 232 (chân 14,8 và 13), ngõ ra và ngõ vào TTL của Max 232 (chân 11,9 và 12) sẽ được
đưa vào ngõ vào và ra TTL của SN75176B. Ngõ ra của SN75176B (chân 6 và 7) sẽ là tín
hiệu ở dạng thức RS-485.

3. LBI - Microsoft
LBI - Microsoft
- Khi truyền dữ liệu thì đưa chân RTS lên mức cao, chân RE và DE của SN75176B sẽ ở mức
cao. RE ở mức cao sẽ cấm nhận, DE tích cực mức cao, do đó mạng ở trạng thái truyền tín
hiệu.
- Khi nhận dữ liệu thì đưa chân RTS xuống mức thấp, chân DE ở mức thấp sẽ cấm truyền,
RE ở mức thấp sẽ cho phép nhận.
Với hoạt động của mạch chuyển đổi như trên thì mạng này chỉ truyền dữ liệu theo kiểu half-
duplex.
Điều khiển truyền nhận được thực hiện bằng chân RTS. Như vậy, khi PC cần truyền data, nó
sẽ kích chân RTS sao cho chân số 3 của SN75176B lên nức cao và bắt đầu thực hiện truyền
dữ liệu. Thực hiện truyền dữ liệu xong,chân số 2 của SN75176B sẽ được đưa xuống mức
thấp để chờ các tín hiệu trả về từ các Slave. Công việc sẽ được tiếp tục như vậy cho đến
khio kết thúc quá trình truyền nhận.
Tuy nhiên do tính chất và hoạt động của Max 232 và chuẩn RS-232, khi chân 7 của cổng
Com (chân RTS ) ở mức cao thì chân 12 của Max 232 lại ở mức thấp, Truyền nhận nối tiếp
theo chuẩn UART, các đường truyền TXD và RXD luôn ở bit 1 (5V theo chuẩn TTL). Đến khi
có tín hiệu được truyền thì đường truyền được hạ xuống bit 0 ( 0V theo chuẩn TTL) để bắt
đầu bit START. Chuẩn RS-232 qui định bit 1 là mức áp thấp từ -3V đến -12V, bit 0 là mức
áp cao từ +3V đến +12V. Chuẩn TTL lại qui định ngược lại, bit 1 là mức áp cao ( tối đa
+5V), bit 0 là mức áp thấp (thấp nhất là 0V). Do đó ở đây ta qui ước mức cao là áp dương
+5V hay +12V, mức thấp là áp âm -12V hay 0V.
Trong thực tế, việc điều khiển việc truyền nhận dữ liệu thường được thực hiện bằng chân
RTS hoặc CTS. Do đó chân 7(RTS )và chân 8(CTS)của cổng Com được nối với nhau để nhằm
mục đích làm cho mạch thêm sinh động khi sử dụng. Khi truyền chân RTS chân số 7 của
cổng Com lên mức cao, khi nhận thì RTS lại xuống mức thấp.
Trong khi mạch không thực hiện truyền nhận thì chân 9 (là chân thực hiện việc truyền dữ
liệu ở dạng TTL), chân 10 (là chân thực hiện việc nhận dữ liệu ) và chân 11 của Max 232 ở
mức cao (+5V) nên chân 14 của Max 232 lại ở mức thấp vì vậy Led D4 được phân cực
ngược nên không sáng. Led D5 phụ thuộc vào chân RTS lúc đó, nếu RTS ở mức cao thì D5
sáng, RTS ở mức thấp thì D5 tắt.
Khi thực hiện truyền, RTS được kích lên mức cao nên chân 12 của Max 232 xuống mức thấp
(0V).Trong khi đó, chân 14 vẫn mang áp âm (do chân 11 luôn ở mức cao), điều này làm cho
Led D4 bị phân cực ngược nên không sáng. Lúc này dữ liệu vẫn chưa được truyền nên chân
9 vẫn ở mức cao và Led D5 sáng. Khi dữ liệu đang được truyền, chân 9 luôn ở mức cao tại
bất cứ bit 1 nào, do đó Led D5 được dùng để chỉ ra rằng tại node này của mạng đang ở
trong trạng thái đang truyền dữ liệu.
Khi thực hiện nhận, RTS được đưa xuống mức thấp nên chân 12 của Max 232 lên mức cao
(+5V). Trong khi đó, chân 9 lại ở mức cao và chân 14 mang áp âm (do chân 11 luôn ở mức
cao), điều này làm Led D4 và cả Led D5 bị phân cực ngược nên không sáng. Lúc này dữ liệu
vẫn chưa được truyền đến nên chân 22 luôn ở mức cao nên cả hai Led vẫn chưa sáng. Khi
dữ liệu đang được nhận, chân 11 luôn ở mức thấp tại bất cứ bit 0 nào, lúc đó chân 14 sẽ ở
mức cao (+12V). Chênh lệch áp giữa hai đầu D4 (giữa 12V và 5V) làm D4 sáng. Do đó Led
D4 được dùng để chỉ rằng node này của mạng trong trạng thái đang nhận dữ liệu.
Như đã nói ở trên, khi RTS (chân số 7 của cổng Com) ở mức cao thì chân 12 của Max 232 ở
mức thấp, do đó việc chuyển đổi để chân 12 của Max 232 thành mức cao là cần thiết để
thuận lợi cho việc lập trình điều khiển. Trong mạch thực hiện (mạch thi công ), khi chân RTS
ở mức cao (+12V) thì D2 và D1 đều dẫn. Lúc đó áp ở anode của D1 sẽ bằng áp ở cathode
và bằng Vcc=5V. Do đóĠ/DE ở mức cao (5V). Khi RTS ở mức thấp thì D1 và D2 không dẫn,
trong khi đó D3 dẫn làm cho áp ởĠ/DE bằng 0V (GND).
SN75176B
RS-485
TRANSCEIVER
SN75176B thực hiện việc chuyển đổi từ RS-485 sang TTL và ngược lại, cho nên việc chuyển
đổi từ TTL sang RS-485 và ngược lại rất đơn giản.

4. LBI - Microsoft
LBI - Microsoft
Như ở hình bên, chân 6 và 7 là 2 chân mang dữ liệu theo chuẩn RS-485. Chân 1 và 4 mang
dữ liệu theo chuẩn TTL. Khi truyền dữ liệu TTL từ chân 4 (TXD) được chuyển đổi thành dạng
RS-485 và truyền đi ở chân 6 và 7. Khi nhận dữ liệu từ chân 6 và 7 được chuyển đổi thành
TTL và đưa vào chân 1. Chân 2 Ĩ) là chân điều khiển việc nhận dữ liệu.Ġ tích cực mức thấp.
Chân 3 (DE) là chân điều khiển việc truyền dữ liệu, DE tích cực mức c ao.
5.1.2. Mạng RS-485:
Mạng RS-485 được thiết kế hoạt động theo nguyên tắc Master-Slave(chủ -tớ ). Một trạm
chủ (Master) có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truy nhập bus cho các trạm tớ
Slave. Các trạm tớ (Slave) đóng vai trò bị động, chỉ có quyền truy nhập bus và gởi tín hiệu
đi khi có yêu cầu. Trạm chủ dùng phương pháp hỏi vòng tuần tự theo chu kì để kiểm soát
toàn bộ hoạt động của cả hệ thống.
Vì hoạt động diễn ra theo chu kì nên trạm chủ có trách nhiệm chủ động yêu cầu chủ động
yêu cầu dữ liệu từ trạm tớ và sau đó chuyển sang trạm tớ khác.
Phương pháp này có ưu điểm là việc kết nối các trạm tớ đơn giản,đỡ tốn kém bởi gần như
toàn bộ công việc điều khiển giao tiếp đều tập trung tại trạm chủ. Tuy nhiên, phương pháp
này có hiệu suất đường truyền thấp. Mặc dù vậy với yêu cầu trao đổi dữ liệu của đề tài thì
mô hình này là đủ hợp lí.
Mặc dù tín hiệu được xác định bằng điện áp chênh lệch giữa hai dây dẫn A và B, không có
liên quan đến đất, hệ thống RS-485 vẫn cần một đường dây nối chung đất cho các trạm với
nhau. Đất này đơn thuần là điểm mass, nó không cần phải nối xuống đất thực sự. Một sai
lầm thường gặp là chỉ dùng hai dây để nối hai trạm. Nếu ngõ ra A và B là thực sự cân bằng,
dòng trên dây A sẽ đối ngược với dây B, nên triệt tiêu lẫn nhau. Nhưng trong thực tế, sự cân
bằng hoàn hảo là không tồn tại. Trong trường hợp như vậy, dòng tín hiệu sẽ tìm cách quay
ngược trở lại nguồn phát, bức xạ nhiễu ra môi trường xung quanh làm ảnh hưởng đến tính
tương thích điện từ của hệ thống. Việc nối đất sẽ tao ra một đường thoát có trở kháng nhỏ
tại một vị trí xác định, nhờ vậy giảm thiểu tác hại gây nhiễu.
Do tốc độ truyền thông và chiều dài dây dẫn có thể khác nhau rất nhiều trong các ứng
dụng, mạng RS-485 cần sử dụng trở đầu cuối tại hai đầu dây R5,R6. Sử dụng trở đầu cuối
có tác dụng chống các hiệu ứng phụ trong truyền dẫn tín hiệu, ví dụ sự phản xạ tín hiệu.
Trở đầu cuối được sử dụng có giá trị bằng trở kháng đặc tính của cáp truyền, thường được
chọn từ 10İ đến 12İ. Một sai lầm thường gây tác hại nghiêm trọng là dùng tải đầu cuối tại
mỗi trạm. Ví dụ đối với một mạng có 10 trạm thì trở kháng tạo ra do các trở đầu cuối mắc
song song sẽ là 1IJ. Trong trường hợp này hậu quả gây ra là dòng qua các trở đầu cuối sẽ
lấn áp, các tín hiệu mang thông tin tới các bộ thu sẽ suy yếu mạnh dẫn đến sai lệch hoàn
toàn.
Có nhiều phương pháp chặn đầu cuối. Ngoài việc dùng một trở nối hai chân A và B (gọi là
chặn song song), ta cũng có thể dùng một tụ C mắc nối tiếp với một điện trở (gọi là chặn
RC). Mạch RC này cho phép khắc phục nhược điểm của việc dùng điện trở nói trên. Trong
lúc tín hiệu ở giai đoạn quá độ, thụ C ngắn mạch và trở R sẽ chặn đầu cuối. Khi tụ C ngưng
dẫn thì sẽ ngăn chặn dòng một chiều, do đó sẽ không có sự giảm tải gây ra do mạch chặn
đầu cuối. Tuy nhiên hiệu ứng thông thấp của mạch RC làm giới hạn tốc độ truyền của mạch.
Các điện trở phân cực nhằm mục đích giữ cho đường truyền luôn ở một trạng thái khi đường
truyền rỗi. Như trên sơ đồ, chân A được kéo lên nguồn và chân B được đưa xuống mass,
đường truyền luôn ở trạng thái bit 1, để hệ thống có thể nhận dạng bit START một cách
chính xác.