Chuẩn giao tiếp truyền thông RS232, RS422, RS485

Chuẩn giao tiếp truyền thông RS232, RS422, RS485

1. Khái quát chung (Chuẩn giao tiếp truyền thông RS232, RS422, RS485)

• 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.
• Ngoài ra, một trong số những khái niệm cơ bản của kỹ thuật truyền thông là sự khác nhau giữa đơn công (simplex) và song công (duplex).

1-1. Đơn công (simplex) là gì?

• Đơn công có thể được xem như truyền thông “đường một chiều”. Dữ liệu chỉ truyền đi trên 1 hướng. Tức là, một thiết bị có thể là một máy thu hoặc là một máy phát mà thôi. Một ví dụ dễ hiểu về truyền đơn công là một trạm vô tuyến và cái radio ở nhà bạn. Thông tin chỉ truyền đi 1 chiều, trạm vô tuyến là máy phát và radio là máy thu. Đơn công gần như không được sử dụng trong truyền thông máy tính bởi vì không có cách nào để kiểm tra khi nào nhận dữ liệu. Tuy nhiên, truyền thông đơn công lại rất hiệu quả trong việc truyền một lượng lớn thông tin đến một số lượng lớn máy thu.

1-2. Song công (duplex) là gì?

• Truyền song công khắc phục được hạn chế của truyền đơn công bằng việc cho phép các thiết bị hoạt động như các bộ thu phát. Dữ liệu truyền trên cả 2 hướng do đó cho phép chứng thực và điều khiển việc truyền nhận dữ liệu. Khi dữ liệu truyền trên cả 2 hướng thì được gọi là truyền song công.
• Các thiết bị song công hoàn toàn có thể phát và thu dữ liệu tại cùng một thời điểm. RS232 là một ví dụ điển hình của truyền song công hoàn toàn. Có 2 đường dây tín hiệu thu và phát độc lập nhau cho phép dữ liệu truyền trên cả 2 hướng một cách đồng thời. Các thiết bị RS422 cũng hoạt động song công hoàn toàn.
• Các thiết bị bán song công cho phép thu và phát trên cả 2 hướng, nhưng không cùng 1 thời điểm. Về bản chất, tại một thời điểm chỉ có một thiết bị có thể phát trong khi tất cả các thiết bị bán song công thu. Các thiết bị hoạt động như những bộ thu phát, nhưng việc thu và phát không đồng thời. RS485 hoạt động theo kiểu bán song công.

2. RS232

2-1. RS232 là gì?

• 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).

2-2. Hình thành và phát triển

• 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).

2-3. Đặc điểm kĩ thuật chuẩn giao tiếp truyền thông 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.
• 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 Ohm – 7000 Ohm.
• 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 Ohm nhưng phải nhỏ hơn 7000 Ohm
• 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 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.

2-4. Chức năng chân kết nối

• 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 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, 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.

2-5. Quá trình truyền dữ liệu

• Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ. Do vậy nên tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền (1 kí tự). Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp theo . Bit này luôn bắt đầu bằng mức 0.. Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits data) được gửi dưới dạng mã ASCII (có thể là 5,6,7 hay 8 bit dữ liệu). Sau đó là một Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng – bit stop có thể là 1, 1,5 hay 2 bit dừng.

2-6. Tốc độ truyền dữ liệu

• Đây là một tham số đặc trưng của RS232. Tham số này chính là đặc trưng cho quá trình truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 là tốc độ truyền nhận dữ liệu hay còn gọi là tốc độ bit. Tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1 giây hay số bit truyền được trong thời gian 1 giây. Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên phát và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau ( Tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính phải chung nhau 1 tốc độ truyền bit)
• Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ Baud. Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả bit được truyền còn tốc độ bit thì phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền.Vì một phần tử báo hiệu sự mã hóa một bit nên khi đó hai tốc độ bit và tốc độ baud là phải đồng nhất.
• Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200 … Trong thiết bị họ thường dùng tốc độ là 19200
• Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 thì yêu cầu khi sử dụng chuẩn là thời gian chuyển mức logic không vượt quá 4% thời gian truyền 1 bit. Do vậy, nếu tốc độ bit càng cao thì thời gian truyền 1 bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ. Điều này làm giới hạn tốc Baud và khoảng cách truyền.

2-7. Bit chẵn lẻ (Parity bit)

• Đây là bit kiểm tra lỗi trên đường truyền. Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi khi truyền dữ liệu là bổ xung thêm dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa một số lỗi trong quá trình truyền . Do đó trong chuẩn RS232 sử dụng một kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ.
• Một bit chẵn lẻ được bổ sung vào dữ liệu được truyền để ch thấy số lượng các bit “1” được gửi trong một khung truyền là chẵn hay lẻ.
• Một Parity bit chỉ có thể tìm ra một số lẻ các lỗi chả hạn như 1,3,,5,7,9… Nếu như một bit chẵn được mắc lỗi thì Parity bit sẽ trùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi vì thế không phát hiện ra lỗi. Do đó trong kỹ thuật mã hóa lỗi này không được sử dụng trong trường hợp có khả năng một vài bit bị mắc lỗi.

3. RS422 là gì?

• 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).

3-1. Thông số kĩ thuật chuẩn giao tiếp truyền thông 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)

3-2. Cấu hình chuẩn RS422

• 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
• 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.
• 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.

3-3. Ưu nhược điểm chuẩn giao tiếp truyền thông 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. Một số ưu điểm là:
• Chạy đường dài – Thường được hỗ trợ lên đến 500 feet và với các bộ lặp, thậm chí có thể đạt được khoảng cách xa hơn. Multi-Drop – Thông thường, có thể kết nối tối đa 32 thiết bị trên mỗi cổng và thậm chí nhiều hơn bằng cách sử dụng các bộ lặp.
• Chống ồn – Vì nó sử dụng cặp truyền và nhận FLOATING riêng biệt (bốn dây), nó cung cấp khả năng chống ồn tốt hơn so với RS232.
• Multi-Drop – Thông thường, có thể kết nối tối đa 32 thiết bị trên mỗi cổng và thậm chí nhiều hơn bằng cách sử dụng các bộ lặp. Các thiết bị được phân biệt bởi các địa chỉ duy nhất được gán cho từng thiết bị. Ví dụ: nếu bạn có 5 thiết bị được gắn vào một cổng, chúng sẽ được xử lý từ đơn vị 1 đến 5. Nếu bạn muốn liên lạc với đơn vị số 1, bạn gửi lệnh đến đơn vị số 1.

3-4. Ứng dụng chuẩn RS422

• RS-422 sử dụng rộng rãi nhất là trên các máy tính Macintosh đời đầu. Điều này đã được thực hiện trong một đầu nối nhiều chân có đủ chân để hỗ trợ phần lớn các chân RS-232 phổ biến; các mẫu đầu tiên sử dụng đầu nối D 9 chân, nhưng điều này nhanh chóng được thay thế bằng đầu nối mini-DIN-8. Các cổng có thể được đặt ở chế độ RS-232.
• Trước khi sử dụng các hệ thống phát và chỉnh sửa dựa trên đĩa cứng, các hệ thống tự động hóa phát sóng và các cơ sở chỉnh sửa tuyến tính hậu sản xuất đã sử dụng RS-422A để điều khiển từ xa các đầu phát / máy ghi âm trong phòng máy trung tâm.
• Khi cần truyền thông ở tốc độ cao và khoảng cách lớn như trong điều kiện nhà xưởng thực tiễn, phương pháp truyền chuẩn RS- 232 không đáp ứng nỗi những yêu cầu Kỹ Thuật đặt ra như độ tin cậy truyền thông theo kiểu sai biệt tín hiệu sai biệt đường truyền cân bằng – Balanced Lines tỏ ra hiệu quả hơn trong hầu hết các ứng dụng vì vậy người ta sử dụng RS 422 là chuẩn được thiết kế với tốc độ cao và khoảng cách truyền dẫn lớn hơn rất nhiều so với chuẩn RS-232.

4. RS485 là gì? (Chuẩn giao tiếp truyền thông RS232, RS422, RS485)

• RS485 là một chuẩn truyền thông được xây dựng trên nền tảng chuẩn RS422. Điểm khác biệt chính là RS485 cho phép tối đa 32 cặp thu phát có mặt trên đường truyền cùng lúc. Tương tự, RS485 cũng cần một trở kháng 120 Ohm ở cuối đường truyền để ngăn chặn tín hiệu phản xạ và giao thua. Nếu có nhiều hơn một thiết bị cần truyền dữ liệu, thì đường RTS được sử dụng như một đường điều khiển, cho phép truyền dữ liệu.

4-1. Thông số kĩ thuật chuẩn giao tiếp truyền thông RS485

• Up to 32 Driver/Receiver Pairs
• Chiều dài đường truyền và tốc độ tối đa cho phép:
  • 40 Feet = 12m 10 Mbits/sec
  • 400 Feet = 122m 1 Mbits/sec
  • 4000 Feet = 1219m 100 kbits/sec

5. Phân biệt chuẩn giao tiếp truyền thông RS232, RS422, RS485

• Trong trường hợp, các bạn đang có hai thiết muốn truyền thông giao tiếp với nhau, tuy nhiên lại khác chuẩn truyền thông thì các bạn cần sử dụng các bộ chuyển đổi tương thích. Hiện nay, trên thị trường có cung cấp đầy đủ các bộ chuyển đổi cho các bạn có thể lựa chọn. Ví dụ để chuyển đổi các cổng truyền thông RS232, RS422 và RS485

• • CÔNG TY CỔ PHẦN GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA TRÍ VIỆT
  • • Địa Chỉ Hồ Chí Minh: 36/6 đường số 4, khu phố 5, phường An Lạc A, quận Bình Tân, thành phố Hồ Chí Minh.
    • Địa Chỉ Hà Nội: 41/M2, KĐT mới Yên Hòa, phường Yên Hòa, quận Cầu Giấy, thành phố Hà Nội
    • DĐ: 0984868617
    • Email: trivietautomation.info@gmail.com
    • MST: 0316876097
    • Website: www.triviettech.com.vn – www.sineedrive.vn
    • Giờ làm việc: T2 – CN / 7:30 AM – 5:00 PM