CÁC CHUẨN GIAO TIẾP
5.2 CHUẨN GIAO TIẾP RS-232D (EIA 530)
Chuẩn giao tiếp RS-232 của EIA ủược phỏt hành lần ủầu tiờn vào năm 1962, ủến năm 1969 ra ủời thế hệ thứ 3 là chuẩn RS-232C, hiện thời cũng cũn ủược dựng rộng rói và năm 1987 RS-232D xuất hiện. RS-232D cú thể xem là cải tiến của RS-232C, cú hai ủiểm khác biệt giữa hai chuẩn này là:
- RS-232D xỏc ủịnh nối cỏp riờng biệt cho nú trong khi RS-232C thỡ cú thể dựng nhiều loại ủầu nối khỏc nhau (trong thực tế RS-232C ủó sử dụng nối cỏp mà hiện nay là chuẩn của RS-232D)
- RS-232D cú thờm 3 mạch ủể thực hiện tỏc vụ test mà RS-232C khụng cú.
RS-232D ủược sử dụng rộng rói cho cỏc chức năng kết nối, ủặc biệt trong cỏc kết nối giữa cỏc thiết bị DTE và cỏc modem õm tần (voice grade modem) ủể dựng trong hệ thống viễn thông công cộng.
Dưới ủõy là cỏc ủặc tớnh quan trọng của RS-232D :
5.2.1 Ðặc tính cơ . 5.2.2 éặc tớnh ủiện .
5.2.3 Chức năng .
5.2.4 Các IC kích phát và thu của RS-232D .
5.2.1 Ðặc tính cơ :
éặc tớnh cơ liờn hệ ủến kết nối vật lý giữa DTE và DCE. éõy là qui ủịnh về dõy và ủầu nối. éối với RS-232D ủầu nối là loại DB-25, ủược mụ tả ở (H 5.3).
(H 5.3) 5.2.2 éặc tớnh ủiện :
éặc tớnh ủiện xỏc ủịnh tớn hiệu giữa DTE và DCE. Tớn hiệu số ủược dựng trong mọi trao ủổi. Mức ủiện ỏp logic của RS-232D nằm trong khoảng ±15V.
* Cỏc ủường dữ liệu sử dụng logic õm: logic 1 tương ứng với ủiện ỏp trong khoảng (- 5V , -15V); logic 0 chiếm khoảng (+5V, +15V).
* Cỏc ủường ủiều khiển sử dụng logic dương: từ +5V ủến +15V tương ứng với ủiều kiện ON (hay TRUE) và từ -5V ủến -15V tương ứng với ủiều kiện OFF (hay FALSE)
Ở chuẩn giao tiếp này, mức nhiễu ủược giới hạn là 2V. Do ủú ngưỡng nhỏ nhất của ngó vào là ±3V. éiện ỏp lớn nhất trờn ủường dõy khi khụng tải là ±25V.
Một số ủặc ủiểm về ủiện khỏc :
* éiện trở tải RL cú giỏ trị trong khoảng từ 3 kΩ ủến 7 kΩ
* Ðiện dung tải CL không quá 2500 pF
* éể ngăn chận sự dao ủộng, tốc ủộ thay ủổi ủiện ỏp (slew rate) khụng ủược vượt quỏ 30V/às
* Thời gian chuyển mức tín hiệu từ ON sang OFF hay ngược lại:
- éối với cỏc ủường ủiều khiển, khụng ủược vượt quỏ 1ms.
- éối với cỏc ủường dữ liệu khụng ủược vượt quỏ 4% thời gian của một bớt hoặc 1ms.
* Tốc ủộ truyền dữ liệu là 20 kbps và khụng quỏ 15m.
5.2.3 Chức năng :
Túm tắt chức năng của RS-232D cho ở bảng 5.1 . Những mạch trao ủổi nhúm thành các loại:
- Dữ liệu - Ðiều khiển - Ðịnh thời và - Ðất.
RS-232D có có thể truyền song công hoặc bán song công.
Khi ủề cập tới chức năng của RS-232 núi chung, chỳng ta khụng phõn biệt giữa chõn, ủường dõy và tớn hiệu vỡ một chõn luụn luụn nối với một ủường dõy và chỉ sử dụng cho loại tín hiệu duy nhất.
Cú 14 ủường ủiều khiển: 8 ủường ủầu tiờn trong bảng liờn hệ ủến việc truyền dữ liệu của kờnh sơ cấp, 6 trong cỏc ủường này ủược dựng ủể truyền bất ủồng bộ (CA, CB, CC, CD, CE, CF). éể truyền ủồng bộ ngoài 6 ủường này ta thờm vào 2 ủường ủiều khiển (CG,CH).
Bảng 5.1 Các tín hiệu của RS 232D :
pin/nhãn Tên Chiều truyền Tên khác và viết tắt
2/BA 3/BB 14/SBA 16/SBB
4/CA 5/CB 6/CC 20/CD 22/CE 8/CF 21/CG 23/CH 19/SCA 13/SCB 12/SCF 21/RL 18/LL 25/TM 15/DB 24/DA 17/DD 7/AB 1
Tín hiệu dữ liệu Transmitted Data Received Data
Secondary trans. Data Secondary Rece. Data Tớn hiệu ủiều khiển Request to send Clear to send DCE Ready DTE Ready Ring Indicator
Received Line Signal Detector
Signal quality Detector Data Signal rate select Secondary Request to send
Secondary clear to send Secondary RLSD Remote loop back 1 Local loop back 2 Test mode 3 Timing signals
Transmission Sig.Ele.
timing
Transmit Sig. Ele. timing Receiver Sig. Element timing
Ground/Shield Signal Ground Protect Ground
DTE → DCE DCE → DTE DTE → DCE DCE → DTE
DTE → DCE DCE → DTE DCE → DTE DTE → DCE DCE → DTE DCE → DTE DCE → DTE DTE → DCE DTE → DCE DCE → DTE DCE → DTE DTE → DCE DTE → DCE DCE → DTE
DCE → DTE DTE → DCE DCE → DTE
N/A N/A
Send data (TD,SD) (RD)
New Synch (NS)
Divided Clock Transmit (DCT)
(RS,RTS) (CS, CTS)
Data set Ready, Modem Ready (DSR)
Data Terminal Ready (DTR) (RI)
(RLSD, Carrier on detect, COD)
(SQ) (SS)
Local mode (LM)-Asynch.
modem
Serial clock transmit (SCT) Serial clock transmit External (SCTE)
Serial clock Receive (SCR)
Common Return Shield
Ghi chú:
(1) Trong RS 232C là mạch CG . (2), (3) không có trong RS 232C .
Dưới ủõy là chức năng của cỏc tớn hiệu (chõn, ủường dõy)
@ Nhóm dữ liệu:
- Transmitted Data (2): Dữ liệu nối tiếp phỏt bởi DTE tới DCE trờn ủường dõy này.
Dữ liệu ủược lấy mẫu khi cú sự chuyển trạng thỏi từ ON xuống OFF của dường dõy Transmitter Signal Element timing (15). Dữ liệu chỉ ủược phỏt khi cỏc chõn RTS, CTS và DSR ở trạng thái ON.
- Received Data (3) : Dữ liệu ủó giải ủiều chế gửi từ DCE (modem) tới DTE. Nếu khụng cú tớn hiệu ủến (RLSD OFF) , tớn hiệu mark ủược tạo ra bờn trong modem sẽ ủược gửi lờn ủường dõy này.
- Secondary Transmitted Data (14): Giống pin 2 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
- Secondary Received Data (16): Giống pin 3 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
@ Nhúm tớn hiệu ủiều khiển:
- Request To Send (4): DTE yêu cầu phát
* Khi vận hành theo chế ủộ ngắt súng mang (switched carrier operation), ủiều kiện ON của mạch này báo cho DCE phát biết là DTE muốn phát dữ liệu.
* Khi vận hành theo chế ủộ súng mang liờn tục (contiuous carrier operation), do súng mang ủược phỏt liờn tục nờn ủiều kiện ON của mạch này cú tỏc dụng tạo thời trể (ủó ủược chọn trước) giữa RTS và CTS.
- Clear To Send (5): DCE gần báo cho DTE là nó sẵn sàng truyền tín hiệu * Khi vận hành theo chế ủộ ngắt súng mang, mạch này lờn ON 48,5 ms sau khi modem nhận tớn hiệu RTS (ủõy là thời gian mỏy thu dựng ủể kiểm tra (training) chuỗi dữ liệu) và có nghĩa là DCE sẵn sàng truyền tín hiệu.
* Khi vận hành theo chế ủộ súng mang liờn tục, modem sẽ ủưa ủường dõy này lờn ON sau một thời trể xỏc ủịnh kể từ lỳc nhận ủược tớn hiệu RTS.
- DCE Ready (6): DCE gần báo cho DTE là nó sẵn sàng phát và thu tín hiệu, nó khụng ở chế ủộ TEST. Trạng thỏi ON của ủường dõy khụng cú nghĩa là một kờnh truyền tin ủó ủược thiết lập với ủài xa.
- DTE Ready (20): DTE sẵn sàng vận hành.
- Ring Indicator (22): DCE bỏo cho DTE gần là nú ủó nhận ủược tớn hiệu chuụng.
- Received Line Signal Detector (8): Chân này lên ON 45 ms sau khi DCE nhận tín hiệu sóng mang (hay 41 ms sau khi chân SQ lên ON), trong khoảng thời gian này modem thu kiểm tra (training) chuỗi dữ liệu tới và ủiều chỉnh mạch ủiều hợp cõn bằng (adaptive equalizer) ủồng thời ủi vào chế ủộ ủồng bộ với súng mang thu. Mạch này phải lờn ON trước khi dữ liệu cú thể nhận ủược bởi mạch RD.
- Signal Quality Detector (21): Mạch này bỏo cú nhận ủược súng mang hay khụng.
Mạch lờn ON khi nhận ủược súng mang liờn tục trong 4 ms hay lõu hơn và OFF sau khi mất sóng mang 2ms. Với các modem thế hệ mới, mạch này còn có chức năng báo khi tín hiệu nhận ủược xấu dưới một ngưỡng nào ủú ủể hệ thống cú thể thay ủổi vận tốc truyền cho phự hợp.
- Data Signal Rate Select (23): éược yờu cầu khi thay ủổi vận tốc truyền. Hoặc DTE hoặc DCE có trách nhiệm chọn vận tốc.
- Secondary Request To Send (19): Giống pin 4 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
- Secondary Clear To Send (13): Giống pin 5 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
- Secondary RLSD (12): Giống pin 8 nhưng dành cho kênh thứ cấp.
@ Nhúm tớn hiệu ủịnh thời dựng trong chế ủộ ủồng bộ:
- Transmission Signal Element Timing (15): Mạch này cung cấp tín hiệu thời gian (từ dao ủộng nội trong modem) cho việc phỏt dữ liệu từ DTE tới modem. Dữ liệu gửi tới modem khi cú sự chuyển trạng thỏi từ OFF sang ON của ủường dõy này và ủược lấy mẫu bởi modem
khi trạng thỏi chuyển từ ON sang OFF. Tớn hiệu trờn ủường dõy này ủược tạo ra bởi dao ủộng nội trong modem.
- Transmit Signal Element Timing (24): Modem nhận tín hiệu thời gian từ bên ngoài, cấp bởi DTE (éồng bộ từ bờn ngoài). Dữ liệu ra trờn mạch TD vẫn ủược kiểm soỏt bởi tín hiệu từ modem trên pin 15.
- Receiver Signal Element Timing (17): Tớn hiệu ủịnh thời cho DTE thu. Sự chuyển trạng thỏi từ ON sang OFF ủỏnh dấu ủiểm giữa của tớn hiệu trờn mạch RD.
@ Nhúm tớn hiệu ủất:
- Signal Ground (7): Thiết lập mass chung, ủiểm tham khảo cho cỏc ủiện thế ủường dây.
- Protect Ground (1): Nối với sườn máy và mass bên ngoài (DCE hoặc DTE chứ khụng cả hai). Cỏch ly với Signal Ground bởi ủiện trở 100Ω bờn trong.
- Pin 9 & 10 dự phòng cho Data set testing.
- Pin 11 không sử dụng cho chuẩn EIA nhưng có thể sử dụng với tên Equalizer Mode (EM): khi chõn RLSD ON và chõn này OFF cú nghĩa là tớn hiệu nhận ủược xấu (xỏc suất lỗi lớn), modem sẽ retrain tớn hiệu tới và nếu chõn này ON thỡ tớn hiệu nhận ủược tốt. Tớn hiệu chõn này dựng ủiều khiển mạch adaptive equalizer trong modem.
- Pin 14 (New Synch): khụng sử dụng cho chuẩn EIA. Mạch này ủược dựng cho DCE ở trạm sơ cấp trong hệ thống nhiều ủiểm. Trong hệ thống này sự ủồng bộ của mỏy thu (sơ cấp) với nhiều mỏy phỏt thứ cấp cần ủược thực hiện nhanh. Thường mỏy thu hay duy trỡ thụng tin về thời gian của bản tin sau khi bản tin ủó chấm dứt, ủiều này ảnh hưởng ủến sự ủồng bộ khi nhận bản tin kế tiếp. Trạng thỏi ON ủược cõùp vào chõn này bởi DTE trong khoảng thời gian 1 ms nhưng khụng dài hơn khoảng cỏch hai bản tin ủể loại bỏ thụng tin về thời gian trước khi nhận bản tin của trạm thứ cấp khác.
@ Nhúm tớn hiệu ủiều khiển liờn hệ ủến việc test vũng. Những mạch này cho phộp DTE lệnh cho DCE thực hiện việc test vòng (H 5.4). Những mạch này chỉ có giá trị khi các modem hay cỏc DCE khỏc cú mạch test vũng , ủõy là một tớnh chất mà hầu hết cỏc modem hiện nay ủều cú.
- Remote Loop Back (21): Thiết lập DCE xa cho vòng kiểm tra - Local Loop Back (18): Thiết lập DCE cho vòng kiểm tra từ DTE - Test Mode (25): Chỉ DCE gần ủang ở ủiều kiện kiểm tra
* Thực hiện test vòng:
- Ðể kiểm tra vòng nội bộ, ngã ra của modem máy phát nối với ngã vào của modem mỏy thu, ngắt modem khỏi ủường phỏt. Một dũng dữ liệu phỏt sinh bởi thiết bị của người sử dụng (vd mỏy tớnh) ủược gửi tới modem và vũng trở về thiết bị của người sử dụng (H 5.4a).
- éể kiểm tra từ xa, modem gần ủược nối với ủường truyền bỡnh thường, modem xa ngắt khỏi DTE, ngã ra của bộ phận phát của modem xa nối vào ngã vào của bộ phận thu của modem này và ngã ra của bộ phận thu ở modem xa nối vào ngã vào của bộ phận thu của modem gần ủể hỡnh thành một vũng kiểm tra (H 5.4b).
DT E
←
→
Transmitte r
Receiver
←
DT E
←
→
Transmitte r
Receiver
←
→
Transmitte r
Receiver
←
(a) (H 5.4) (b)
Bảng 5.2 cho biết cỏch thiết lập cỏc mạch liờn hệ ủến vũng kiểm tra
Bảng 5.2 Loopback Circuit Settings for RS-232D
Local loopback Remote Loopback Circuit Condition Circuit Local
Interface
Remote Interface DCE Ready
Local Loopback Remote Loopback Test Mode
ON ON OFF
ON
DCE Ready Local Loopback RemoteLoopback Test Mode
ON OFF
ON ON
OFF OFF OFF ON
Dưới ủõy là vài thớ dụ cho thấy việc thực hiện một tỏc vụ cụ thể
1.- Thủ tục bắt tay truyền bỏn song cụng giữa hai ủiểm : (H 5.5) cho thấy cỏc ủường dữ liệu và cỏc ủường ủiều khiển ủược nối với nhau như thế nào ủể thực hiện một tỏc vụ truyền bất ủồng bộ bỏn song cụng giữa một Terminal (DTE) và một mỏy tớnh (DTE), cú sử dụng modem (DCE). Kết nối giữa các DTE và DCE dĩ nhiên là các chuẩn RS-232.
Modem của mỏy tớnh vận hành theo chế ủộ ngắt súng mang.
Giả sử máy tính muốn phát tín hiệu cho Terminal.
Hai ủường ủiều khiển DSR và DTR ủều ở ON.
(H 5.5)
Trước nhất mỏy tớnh mở ON chõn RTS ủể yờu cầu phỏt, khi Modem gần dũ ra tớn hiệu này nú bắt ủầu phỏt súng mang tới Terminal. Ở phớa Terminal, 4 ms sau khi nhận ủược
súng mang, chõn SQ ủược ủưa lờn ON ủể hiệu lực húa sự thu tớn hiệu này và modem Terminal (xa) bắt ủầu kiểm tra (training) trờn súng mang này, sau khi training xong (41 ms) chõn RLSD (CD) lờn ON. Trong lỳc ủú ở mỏy tớnh, 48 ms sau khi nhận tớn hiệu RTS, modem mỏy tớnh mở ON chõn CTS ủể bỏo cho mỏy tớnh rằng nú bắt ủầu phỏt dữ liệu, lỳc này mỏy tớnh bắt ủầu phỏt dữ liệu ra ủường truyền TD ủến ủiều chế súng mang ở modem và tớn hiệu cuối cựng ủược phỏt ủi trờn ủường dõy ủiện thoại.
Ở bộ phận thu, modem Terminal giải ủiều chế súng mang tới, biến ủổi trở lại thành tớn hiệu số dạng nối tiếp và gửi tớn hiệu này tới Terminal ủể giải mó.
Khi mỏy tớnh hoàn tất việc phỏt dữ liệu nú ủưa chõn RTS xuống OFF. Khi modem của mỏy tớnh dũ ra tớn hiệu này nú ủưa chõn CTS xuống OFF và ngưng phỏt súng mang.
Ở bộ phận thu, 2 ms sau khi mất sóng mang, chân SQ xuống OFF và chân RLSD xuống OFF theo sau tức thời. Bộ phận tạo tín hiệu mark trong modem Terminal tạo ra chuỗi tớn hiệu mark trờn ủường RD ủưa Terminal vào trạng thỏi nghỉ.
Lưu ý là sự giải ủiều chế ở mỏy thu khụng xảy ra tức thời nờn cỏc bớt cuối cựng phỏt bởi mỏy tớnh cú thể sẽ bị mất, ủể trỏnh ủiều này, người ta dựng 2 ms trể từ khi mất súng mang cho ủến khi chõn RLSD xuống OFF.
- Mặc dự chuẩn RS-232 ủược dựng ủể kết nối giữa modem và thiết bị ủầu cuối nhưng ủụi khi nú cũng ủược sử dụng ủể nối hai ủầu cuối với nhau, hoặc một mỏy tớnh và một mỏy in mà không sử dụng các modem.
Trong những trường hợp như vậy, cỏc ủường TD và RD phải ủược nối chộo nhau và cỏc ủường ủiều khiển cần thiết phải ở TRUE hoặc phải ủược trỏo ủổi thớch hợp bờn trong cỏp nối. Sự nụiỳ cỏp của RS-232 mà cú sự trỏo ủổi ủường dõy gọi là modem rỗng (null modem).
Sơ ủồ kết nối mẫu cho ở (H 5.6)
(H 5.6)
2.- Mụ tả hoạt ủộng của một hệ thống thu phỏt qua giản ủồ thời gian của cỏc tớn hiệu trờn cỏc chõn RS-232D. Hệ thống truyền cú một số ủặc ủiểm sau ủõy:
@ Thời trể RTS/CTS:
- 40ms ngắt sóng mang.
- 20ms thời trể chọn trước cho vận hành theo chế ủộ súng mang liờn tục.
@ RLSD
- Lờn ON 10 ms sau khi nhận súng mang tương tự. éể ủơn giản, thời gian này bao gồm thời gian SQ
- Xuống OFF 0 ms sau khi mất sóng mang (bao gồm thời gian SQ).
@ Trạm sơ cấp vận hành theo chế ủộ súng mang liờn tục
@ Trạm thứ cấp vận hành theo chế ủộ ngắt súng mang.
@ Trạm sơ cấp sẽ gửi bản tin dài 150 ms cho trạm thứ cấp.
@ Thời trể truyền (từ modem sơ cấp ủến modem thứ cấp và ngược lại) = 30 ms
@ Thời gian trả lời trể của thứ cấp = 100 ms (turnaround time: thời gian từ lúc nhận ủược bản tin ủến lỳc trả lời). Thời gian này bao gồm:
- Thời gian nhận bản tin, thực hiện kiểm tra và quyết ủịnh nội dung trả lời.
- Thời trể RTS/CTS.
@ Trạm thứ cấp trả lời bản tin dài 20 ms.
@ Trạm sơ cấp và thứ cấp mở mỏy ở thời ủiểm 0 ms.
@ Trạm sơ cấp mở RTS ON ở t=20 ms.
Trờn giản ủồ thời gian do súng mang phỏt và thu truyền trờn ủường dõy ủiện thoại nên không thể hiện trên RS-232.
t=0 Trạm sơ cấp mở mỏy và phỏt ngay súng mang (vỡ vận hành theo chế ủộ súng mang liên tục)
t=30 Vỡ thời trể truyền là 30 ms nờn trạm thứ cấp nhận súng mang ở thời ủiểm này.
t=40 10 ms sau khi RLSD lên ON. Ðây là khoảng thời gian dành cho modem thứ cấp dò ra sóng mang và training nó.
t=20 DTE sơ cấp mở RTS ON
t=40 20 ms sau DTE nhận tớn hiệu CTS ON từ modem gần. DTE sơ cấp bắt ủầu phỏt tớn hiệu. éường TD lờn cao chỉ thời gian dữ liệu ủược phỏt, tớn hiệu trờn dường TD là cỏc bit 1 và 0.
t=70 Do thời trể truyền, trạm thứ cấp nhận tín hiệu 30 ms sau khi trạm sơ cấp phát. Ý nghĩa mức cao của ủường RD giống như TD. Khi khụng cú dữ liệu trờn RD thỡ ủường này nhận bit 1 phỏt từ modem. éể trỏnh nhầm lẫn, ủiều này khụng thể hiện trờn giản ủồ.
t=190 Trạm sơ cấp hoàn tất việc phỏt bản tin dài 150 ms, nú ủưa RTS xuống OFF.
t=220 30 ms sau trạm thứ cấp nhận ủược mẫu tin cuối cựng.
(H 5.7)
t=320 100 ms dành cho trạm thứ cấp turnaround. Tại thời ủiểm này trạm thứ cấp mở RTS ON ủể phỏt ngay súng mang cho trạm sơ cấp.
t=350 Modem sơ cấp nhận ủược súng mang thứ cấp sau thời trể truyền .
t=360 Sau 10 ms ủể dũ và training súng mang, trạm thứ cấp mở RLSD ON. 40 ms sau khi modem thứ cấp nhận RTS ON từ DTE thứ cấp, nó mở CTS ON và DTE thứ cấp bắt ủầu phỏt dữ liệu
t=390 30 ms sau trạm khi thứ cấp phỏt dữ liệu, trạm sơ cấp bắt ủầu nhận dữ liệu.
t=380 Trạm thứ cấp hoàn tất việc phỏt dữ liệu và ủưa RTS xuống OFF. Modem ủưa CTS xuống OFF theo và ngưng phát sóng mang. Lưu ý là trạm sơ cấp vẫn phát sóng mang liên tục.
t=410 30 ms sau khi trạm thứ cấp ngưng phát, trạm sơ cấp nhận mẫu tin cuối cùng. modem sơ cấp ủưa RLSD xuống OFF ngay tức khắc vỡ khụng cú thời trể cho tớn hiệu này.
Trong giao thức Bisynch bản tin luụn kết thỳc bởi ủuụi FFH, thời gian này ủủ ủể