Giao thức truyền thông nối tiếp Rs232: khái niệm cơ bản, hoạt động và thông số kỹ thuật

Một trong những giao thức truyền thông lâu đời nhất nhưng phổ biến được sử dụng trong các ngành công nghiệp và sản phẩm thương mại là RS232 Communication Protoco l. Thuật ngữ RS232 là viết tắt của "Tiêu chuẩn khuyến nghị 232" và nó là một loại giao tiếp nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu thông thường trong khoảng cách trung bình. Nó được giới thiệu vào những năm 1960 và đã được tìm thấy trong nhiều ứng dụng như máy in máy tính, thiết bị tự động hóa nhà máy, v.v. Ngày nay có rất nhiều giao thức truyền thông hiện đại như RS485, SPI, I2C, CAN, v.v. bạn có thể xem qua nếu quan tâm. Trong bài viết này, chúng ta sẽ hiểu những điều cơ bản về Giao thức RS232 và cách thức hoạt động của nó.

Giao tiếp nối tiếp là gì?

Trong viễn thông, quá trình gửi dữ liệu tuần tự qua bus máy tính được gọi là giao tiếp nối tiếp, có nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền từng bit. Trong khi giao tiếp song song, dữ liệu được truyền theo byte (8 bit) hoặc ký tự trên một số đường dữ liệu hoặc bus tại một thời điểm. Giao tiếp nối tiếp chậm hơn giao tiếp song song nhưng được sử dụng để truyền dữ liệu dài do chi phí thấp hơn và các lý do thực tế.

Ví dụ để hiểu:

Giao tiếp nối tiếp - bạn đang bắn mục tiêu bằng súng máy, trong đó từng viên đạn đi tới mục tiêu.

Giao tiếp song song - bạn đang bắn mục tiêu bằng súng ngắn, nơi có nhiều viên đạn đạt được cùng một lúc.

Các phương thức truyền dữ liệu trong giao tiếp nối tiếp:

Truyền dữ liệu không đồng bộ - Chế độ trong đó các bit dữ liệu không được đồng bộ hóa bằng xung đồng hồ. Xung đồng hồ là tín hiệu dùng để đồng bộ hóa hoạt động trong hệ thống điện tử.
Truyền dữ liệu đồng bộ - Chế độ trong đó các bit dữ liệu được đồng bộ hóa bằng xung đồng hồ.

Đặc điểm của Giao tiếp nối tiếp:

Tốc độ truyền được sử dụng để đo tốc độ truyền. Nó được mô tả là số bit đi qua trong một giây. Ví dụ, nếu tốc độ truyền là 200 thì 200 bit mỗi giây được truyền. Trong đường dây điện thoại, tốc độ baud sẽ là 14400, 28800 và 33600.
Stop Bit được sử dụng cho một gói duy nhất để dừng truyền được ký hiệu là “T”. Một số giá trị điển hình là 1, 1,5 & 2 bit.
Bit chẵn lẻ là hình thức kiểm tra lỗi đơn giản nhất. Có bốn loại, tức là, chẵn lẻ, đánh dấu và khoảng cách. Ví dụ: Nếu 011 là một số thì bit chẵn lẻ = 0, tức là parity chẵn và parity = 1, tức là parity lẻ.

RS232 là gì?

RS232C “Tiêu chuẩn đề xuất 232C” là phiên bản gần đây của chân chuẩn 25 trong khi RS232D có 22 chân. Trong loại D đực của PC mới có 9 chân.

RS232 là một giao thức tiêu chuẩn được sử dụng cho giao tiếp nối tiếp, nó được sử dụng để kết nối máy tính và các thiết bị ngoại vi của nó để cho phép trao đổi dữ liệu nối tiếp giữa chúng. Vì nó lấy điện áp cho đường dẫn được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị. Nó được sử dụng trong giao tiếp nối tiếp lên đến 50 feet với tốc độ 1.492kbps. Như EIA định nghĩa, RS232 được sử dụng để kết nối Thiết bị truyền dữ liệu (DTE) và Thiết bị truyền dữ liệu (DCE).

Bộ truyền và nhận dữ liệu không đồng bộ đa năng (UART) được sử dụng kết nối với RS232 để truyền dữ liệu giữa máy in và máy tính. Các bộ vi điều khiển không thể xử lý các loại mức điện áp như vậy, các đầu nối được kết nối giữa các tín hiệu RS232. Các đầu nối này được gọi là Đầu nối DB-9 như một cổng nối tiếp và chúng thuộc hai loại đầu nối Nam (DTE) & đầu nối Nữ (DCE).

Thông số kỹ thuật Điện

Hãy để chúng tôi thảo luận về các thông số kỹ thuật điện của RS232 được đưa ra dưới đây:

Mức điện áp: RS232 cũng được sử dụng như mức đất và mức 5V. Nhị phân 0 hoạt động với điện áp lên đến + 5V đến + 15Vdc. Nó được gọi là 'ON' hoặc khoảng cách (mức điện áp cao) trong khi Binary 1 hoạt động với điện áp lên đến -5V đến -15Vdc. Nó được gọi là 'TẮT' hoặc đánh dấu (mức điện áp thấp).
Mức điện áp tín hiệu nhận: Nhị phân 0 hoạt động trên điện áp tín hiệu nhận được lên đến + 3V đến +13 Vdc & Nhị phân 1 hoạt động với điện áp lên đến -3V đến -13 Vdc.
Trở kháng đường truyền: Trở kháng của dây lên đến 3 ôm đến 7 ôm và chiều dài cáp tối đa là 15 mét, nhưng chiều dài tối đa mới về điện dung trên một đơn vị chiều dài.
Điện áp hoạt động: Điện áp hoạt động sẽ là 250v AC tối đa.
Xếp hạng hiện tại: Xếp hạng hiện tại sẽ là tối đa 3 Amps.
Điện áp chịu được điện môi: 1000 VAC min.
Tốc độ quay: Tốc độ thay đổi mức tín hiệu được gọi là Tốc độ quay. Với tốc độ quay vòng của nó lên đến 30 V / micro giây và tốc độ bit tối đa sẽ là 20 kbps.

RS232 hoạt động như thế nào?

RS232 hoạt động trên giao tiếp hai chiều trao đổi dữ liệu với nhau. Có hai thiết bị được kết nối với nhau, Thiết bị truyền dữ liệu (DTE) & Thiết bị truyền dữ liệu (DCE) có các chân như TXD, RXD và RTS & CTS. Bây giờ, từ nguồn DTE, RTS tạo ra yêu cầu gửi dữ liệu. Sau đó, từ phía bên kia DCE, CTS, xóa đường dẫn nhận dữ liệu. Sau khi xóa một đường dẫn, nó sẽ đưa ra tín hiệu đến RTS của nguồn DTE để gửi tín hiệu. Sau đó, các bit được truyền từ DTE đến DCE. Bây giờ một lần nữa từ DCEnguồn, yêu cầu có thể được tạo bởi RTS và CTS của các nguồn DTE xóa đường dẫn nhận dữ liệu và đưa ra tín hiệu để gửi dữ liệu. Đây là toàn bộ quá trình truyền dữ liệu diễn ra.

TXD	HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
RXD	NGƯỜI NHẬN
RTS	YÊU CẦU ĐỂ GỬI
CTS	XÓA ĐỂ GỬI
GND	ĐẤT

Ví dụ: Các tín hiệu được đặt thành logic 1, tức là, -12V. Việc truyền dữ liệu bắt đầu từ bit tiếp theo và để thông báo điều này, DTE gửi bit bắt đầu đến DCE. Bit bắt đầu luôn là '0', tức là +12 V & 5 đến 9 ký tự tiếp theo là các bit dữ liệu. Nếu chúng ta sử dụng bit chẵn lẻ, thì dữ liệu 8 bit có thể được truyền trong khi nếu không sử dụng bit chẵn lẻ, thì 9 bit sẽ được truyền. Các bit dừng được gửi bởi máy phát có giá trị là 1, 1,5 hoặc 2 bit sau khi truyền dữ liệu.

Đặc điểm kỹ thuật cơ khí

Về thông số kỹ thuật cơ khí, chúng ta phải nghiên cứu về hai loại đầu nối đó là DB-25 và DB-9. Trong DB-25, có sẵn 25 chân được sử dụng cho nhiều ứng dụng, nhưng một số ứng dụng không sử dụng toàn bộ 25 chân. Vì vậy, đầu nối 9 chân được tạo ra để thuận tiện cho các thiết bị và thiết bị.

Bây giờ, ở đây chúng ta đang thảo luận về đầu nối chân DB-9 được sử dụng để kết nối giữa bộ vi điều khiển và đầu nối. Đây là hai loại: Đầu nối Nam (DTE) & Đầu nối Nữ (DCE). Có 5 chân ở hàng trên và 4 chân ở hàng dưới. Nó thường được gọi là đầu nối DE-9 hoặc D-type.

Cấu trúc chân của đầu nối DB-9:

Mô tả pin Đầu nối DB-9:

Số PIN	Tên ghim	Ghim Mô tả
1	CD (Phát hiện sóng mang)	Tín hiệu đến từ DCE
2	RD (Nhận dữ liệu)	Nhận dữ liệu đến từ DTE
3	TD (Truyền dữ liệu)	Gửi dữ liệu đi tới DCE
4	DTR (Sẵn sàng cho thiết bị đầu cuối dữ liệu)	Tín hiệu bắt tay đi
5	GND (Tín hiệu mặt đất)	Điện áp tham chiếu chung
6	DSR (Sẵn sàng cho tập dữ liệu)	Tín hiệu bắt tay đến
7	RTS (Yêu cầu gửi)	Tín hiệu đi để kiểm soát luồng
số 8	CTS (Xóa để gửi)	Tín hiệu đến để kiểm soát luồng
9	RI (Chỉ báo vòng)	Tín hiệu đến từ DCE

Bắt tay là gì?

Bắt tay là quá trình được sử dụng để chuyển tín hiệu từ DTE sang DCE để tạo kết nối trước khi truyền dữ liệu thực tế. Việc nhắn tin giữa người phát và người nhận có thể được thực hiện bằng cách bắt tay.

Có 3 loại quy trình bắt tay được đặt tên là: -

Không bắt tay:

Nếu không có sự bắt tay, thì DCE sẽ đọc dữ liệu đã nhận được trong khi DTE truyền dữ liệu tiếp theo. Tất cả dữ liệu nhận được được lưu trữ trong một vị trí bộ nhớ được gọi là bộ đệm của máy thu. Bộ đệm này chỉ có thể lưu trữ một bit nên máy thu phải đọc bộ đệm bộ nhớ trước khi bit tiếp theo đến. Nếu máy thu không thể đọc bit được lưu trữ trong bộ đệm và bit tiếp theo đến thì bit đã lưu trữ sẽ bị mất.

Như được hiển thị trong sơ đồ dưới đây, một máy thu không thể đọc bit ^thứ 4 cho đến khi bit ^thứ 5 đến và kết quả là việc ghi đè bit ^thứ 4 lên bit ^thứ 5 và bit ^thứ 4 bị mất.

Bắt tay phần cứng:

Nó sử dụng các cổng nối tiếp cụ thể, tức là RTS & CTS để điều khiển luồng dữ liệu.
Trong quá trình này, máy phát yêu cầu máy thu đã sẵn sàng nhận dữ liệu sau đó máy thu kiểm tra bộ đệm xem nó trống hay không, nếu trống thì nó sẽ đưa ra tín hiệu cho máy phát rằng tôi đã sẵn sàng nhận dữ liệu.
Máy thu đưa ra tín hiệu để máy phát không gửi bất kỳ dữ liệu nào trong khi dữ liệu đã nhận không thể đọc được.
Quá trình làm việc của nó giống như mô tả ở trên trong bắt tay.

Bắt tay phần mềm:

Trong quá trình này, có hai hình thức, tức là X-ON & X-OFF. Ở đây, 'X' là máy phát.
X-ON là phần mà nó tiếp tục truyền dữ liệu.
X-OFF là phần mà nó tạm dừng truyền dữ liệu.
Nó được sử dụng để kiểm soát luồng dữ liệu và ngăn ngừa mất mát trong quá trình truyền.

Các ứng dụng của Giao tiếp RS232

Giao tiếp nối tiếp RS232 được sử dụng trong các PC thế hệ cũ để kết nối các thiết bị ngoại vi như chuột, máy in, modem, v.v.
Ngày nay, RS232 được thay thế bằng USB tiên tiến.
Nó cũng được sử dụng trong máy PLC, máy CNC và bộ điều khiển servo vì nó rẻ hơn rất nhiều.
Nó vẫn được sử dụng bởi một số bảng vi điều khiển, máy in hóa đơn, hệ thống điểm bán hàng (PoS), v.v.