Giao Thức Truyền Thông Nối Tiếp - Phần Ba: RS-232

Trong loạt bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét một số loại Giao Thức Truyền Thông Nối Tiếp khác nhau có sẵn để truyền dữ liệu giữa các thiết bị. Các bài viết sẽ đề cập đến một số giao thức và tiêu chuẩn phổ biến nhất đang được sử dụng ngày nay, và cuối loạt bài này, chúng tôi sẽ tổng kết và so sánh ưu và nhược điểm của từng loại. Chúng tôi hy vọng thông tin này sẽ hữu ích cho bạn vào lần sau khi bạn cần triển khai một bus truyền thông nối tiếp trong thiết kế của mình, giúp bạn chọn lựa phương án phù hợp nhất cho mạch của bạn.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét tiêu chuẩn giao thức cũ RS-232.

RS-232, viết tắt của Recommended Standard 232, là một tiêu chuẩn giao thức thiết bị điện tử được sử dụng cho truyền dữ liệu giữa các thiết bị điện tử, được tạo ra vào năm 1960. Một thời gian, RS-232 là định dạng truyền dữ liệu được sử dụng phổ biến nhất và chủ yếu được triển khai sử dụng kết nối D-sub 9 chân tiêu chuẩn (DB-9). Tiêu chuẩn này ngày nay vẫn thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử khác nhau, bao gồm máy tính, tự động hóa và thiết bị y tế.

Cáp DB-9 Cổ Điển, Nguồn Hình Ảnh: https://www.digikey.co.uk/product-detail/en/assmann-wsw-components/AK131-2/AE1379-ND/930165

RS-232 sử dụng điện áp dương để truyền tín hiệu mức logic thấp (0) và điện áp âm để truyền tín hiệu mức logic cao (1).

Ví dụ về tín hiệu RS-232

Nguyên tắc giao tiếp của RS-232 rất đơn giản. Thiết bị gửi lưu trữ dữ liệu trong bộ đệm của mình sau đó gửi dữ liệu qua cáp (hoặc đường dẫn PCB), và thiết bị nhận sau đó lưu trữ dữ liệu này trong bộ đệm của mình. Sau đó, thiết bị nhận có thể đọc dữ liệu đã được lưu trong bộ đệm.

Để tránh gửi thông tin khi không có thiết bị nhận được kết nối, các chân DTR (Data Transmit Ready) và DSR (Data Set Ready) được sử dụng. Khi các chân này được kết nối, và điện áp đúng được thiết lập trên chúng bởi thiết bị nhận, thì thiết bị gửi sẽ biết rằng thiết bị nhận đã được kết nối và sẵn sàng.

Nếu bên gửi truyền dữ liệu quá nhanh và bên nhận không thể đọc dữ liệu từ bộ đệm của mình đủ nhanh, bộ đệm sẽ tràn và dữ liệu sẽ bị mất. Hai chân khác đã được thêm vào bên gửi và một chân vào bên nhận để ngăn chặn tình huống này. Từ phía bên gửi, chân được ghi nhãn là RTS (Yêu cầu gửi), và từ phía bên nhận, nó được ghi nhãn là CTS (Sẵn sàng để gửi). Bên nhận thông báo cho bên gửi khi bộ đệm của nó đầy bằng cách kéo điện áp của chân này xuống. Điều này nói với bên gửi không gửi thêm thông tin nào cho đến khi bên nhận sẵn sàng. Điều này được biết đến là kiểm soát luồng phần cứng.

Cũng có thêm hai chân nữa dành cho các ứng dụng điện thoại mà hiện nay chủ yếu là lỗi thời. Một là DCD (Phát hiện tín hiệu dữ liệu), thông báo cho modem rằng một tín hiệu tương tự đang được nhận, và cái kia là RI (Chỉ báo chuông) cho biết điện thoại đang reo. Chúng hiện nay hầu như không được sử dụng.

Kết nối cuối cùng là SG hoặc Mặt đất tín hiệu, đây là điểm tham chiếu điện áp mặt đất cho các thiết bị giao tiếp.

Có hai loại thiết bị giao tiếp RS-232: DTE (Thiết bị Đầu cuối Dữ liệu) và DCE (Thiết bị Giao tiếp Dữ liệu). Ví dụ về DTE bao gồm máy tính, PLC, hoặc các thiết bị khác gửi lệnh. Ví dụ về DCE là modem, camera, máy in, và thiết bị tự động hóa chung.

Hai thiết bị DTE hoặc hai thiết bị DCE không thể truyền thông tin cho nhau. Phải có một DTE gửi lệnh để thiết lập giao tiếp giữa các thiết bị và một DCE để thực hiện các lệnh này.

RS-232 cũng có thể được sử dụng để giao tiếp giữa các máy tính bằng cách sử dụng modem, như được hiển thị dưới đây:

Thay thế, có thể sử dụng dây Null Modem, loại bỏ nhu cầu về modem

Tuy nhiên, để loại bỏ nhu cầu về dây DSR và RTS, các gói dữ liệu từ phía người nhận phải được gửi để chỉ ra khi nào dữ liệu có thể được gửi và khi nào không thể. Các gói được đặt thành XON để gợi ý rằng dữ liệu có thể được gửi và XOFF để gợi ý rằng dữ liệu không thể được gửi. Điều này được biết đến như là kiểm soát luồng phần mềm.

Nhược điểm chính khi sử dụng RS-232 là tốc độ truyền thông của nó tương đối chậm so với các giao thức truyền thông nối tiếp khác. Nó chỉ có thể đạt tốc độ đáng tin cậy lên đến 128 kbps trong nhiều ứng dụng. Nhược điểm khác là chiều dài tối đa của cáp mà nó có thể hoạt động đáng tin cậy chỉ là 15 mét. Sự cản trở của dây và vòng điện áp trở thành vấn đề với các cáp có khoảng cách dài hơn.

Mặc dù RS-232 hiện nay không còn được sử dụng phổ biến trong các thiết bị mới do có các giao thức truyền thông hiện đại khác, nhưng các thiết bị cũ thường được tìm thấy. Dù vậy, ngay cả các bo mạch chủ máy tính hiện đại và công nghệ cao nhất vẫn thường có một cổng COM, cho phép sử dụng RS-232 nếu bạn cần. Vẫn còn một lượng lớn thiết bị trên thị trường hơn 10 năm tuổi, bao gồm các thiết bị như máy in, thiết bị tự động hóa công nghiệp, v.v., cần được lập trình và bảo dưỡng khi sử dụng. Vì vậy, RS-232 là thiết yếu. May mắn thay, có rất nhiều bộ chuyển đổi như RS-232 sang USB, có nghĩa là chúng ta vẫn có thể dễ dàng giao tiếp với các thiết bị này.

Tóm tắt

Bài viết này đã xem xét một số tính năng tiêu chuẩn của giao thức RS-232 cũ và thảo luận về một số ưu điểm cũng như chi tiết triển khai của nó. Trong bài viết tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét một số giao thức truyền thông nối tiếp thay thế có sẵn. Bạn có bỏ lỡ điều gì không? Hãy xem lại các bài viết trước trong loạt bài này: Giao Thức Truyền Thông Nối Tiếp - Giới Thiệu và Giao Thức Truyền Thông Nối Tiếp - Phần Hai: UART.

Bạn có muốn tìm hiểu thêm về cách Altium Designer® có thể giúp bạn với thiết kế PCB tiếp theo của mình không? Hãy nói chuyện với một chuyên gia tại Altium.