Tổng Quan Về Giao Tiếp RS232 - Bkaii

Vấn đề giao tiếp giữa PC và vi điều khiển đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ thống điều khiển, đo lường và tự động hóa công nghiệp. Một trong những phương pháp phổ biến nhất là ghép nối thiết bị thông qua cổng nối tiếp RS232. Đây là chuẩn giao tiếp nối tiếp kiểu bất đồng bộ (asynchronous), thường cho phép kết nối điểm – điểm giữa tối đa 2 thiết bị. Khoảng cách truyền tiêu chuẩn của RS232 dao động từ 12,5m đến 15m (có thể lên tới ~25m trong điều kiện lý tưởng), với tốc độ truyền phổ biến từ 9.6 kbps đến 115.2 kbps. Giao tiếp nối tiếp nghĩa là tại một thời điểm chỉ có một bit dữ liệu được truyền trên đường dây.

📌 Bài viết này thuộc Series: Giải phẫu Modbus – Từ cơ bản đến chuyên sâu

• Khái niệm cơ bản về giao tiếp truyền thông RS485
• Sự khác nhau giữa RS232 và RS485
• Sự khác nhau giữa truyền thông RS485 và RS422

Chuẩn RS232 từng có hai phiên bản phổ biến là RS232B và RS232C. Hiện nay RS232C là phiên bản được sử dụng rộng rãi và thường được gọi ngắn gọn là chuẩn RS232. Trên máy tính, cổng RS232 được gọi là cổng COM (Communication Port) và thường xuất hiện dưới dạng đầu nối DB9 hoặc DB25. Chuẩn này từng được dùng rất phổ biến để kết nối chuột, modem, thiết bị đo lường, PLC và các thiết bị công nghiệp khác. Việc thiết kế mạch giao tiếp RS232 tương đối đơn giản, đặc biệt khi sử dụng chế độ truyền không đồng bộ với tốc độ thấp.

Ưu điểm của giao diện nối tiếp RS232:

• Cấu trúc phần cứng đơn giản, dễ thiết kế và triển khai
• Tương thích rộng với nhiều thiết bị công nghiệp cũ và hiện tại
• Độ ổn định cao trong khoảng cách truyền ngắn
• Có thể cấp nguồn mức thấp cho một số mạch ngoại vi thông qua đường tín hiệu điều khiển.

Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232?

• 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

Các mức điện áp đường truyền

RS232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Do đó ngay từ đầu tiên ra đời nó đã mang vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vẫn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả các mức logic 0 và 1. Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở kháng tải được đấu vào bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát.Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như sau:+ Mức logic 0 : +3V , +12V+ Mức logic 1 : -12V, -3VCác mức điện áp trong phạm vi từ -3V đến 3V là trạng thái chuyển tuyến. Chính vì từ - 3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong một thơì gian ngắn hợp lý. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các thiết bị tham gia và của cả đường truyền. Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ với tốc độ 19,2 kBd .

Cổng RS232 trên PC

Hầu hết các máy tính cá nhân hiện nay đều được trang bị ít nhất là 1 cổng Com hay cổng nối tiếp RS232. Số lượng cổng Com có thể lên tới 4 tùy từng loại main máy tính. Khi đó các cổng Com đó được đánh dấu là Com 1, Com 2, Com 3...Trên đó có 2 loại đầu nối được sử dụng cho cổng nối tiếp RS232 loại 9 chân (DB9) hoặc 25 chân (DB25). Tuy hai loại đầu nối này có cùng song song nhưng hai loại đầu nối này được phân biệt bởi cổng đực (DB9) và cổng cái (DB25)Ta xét sơ đồ chân cổng Com 9 chân:

Trên là các kí hiệu chân và hình dạng của cổng DB9

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 chuôngCòn DB25 bây giờ hầu hết các main mới ra đều không có cổng này nữa. Nên tôi không đề cập đến ở đây.

Quá trình dữ liệu:

a) Quá trình truyền dữ liệuTruyền 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 the . 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.

b) Tốc độ BaudĐây 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 tôc 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 nhấtMột 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 19200Khi 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.

c) Bit chẵn lẻ hay Parity bitĐây 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.

📌 Bài tiếp theo thuộc Series: Chuẩn RS485 là gì? Nguyên lý, đặc điểm và ứng dụng thực tế

BKAII xin giới thiệu tới các bạn các dòng sản phẩm liên quan tới cổng truyền thông RS232:

• Bộ chuyển đổi RS232 sang RS485/RS422
• Bộ chuyển đổi RS232 sang USB
• Bộ chuyển đổi RS232 sang Ethernet
• Bộ chuyển đổi RS232 sang wifi
• Modem GPRS/3G có cổng RS232 để thu thập dữ liệu từ xa

"BKAII - Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá RẺ nhất!"