RS232 và cách sử dụng

1. Tổng quan về RS232

RS232 là kiểu dạng tín hiệu kết hợp DTE (data terminal equipment) giống như thiết bị đầu cuối của máy tính và DCE (data communication equipment hoặc data circuit-terminating equipment) chẳng hạn như modem. RS232 được sử dụng phổ biến trong các phương thức truyền nối tiếp của máy tính và vẫn được sử dụng trong các thiết bị truyền thông công nghiệp theo phương thức truyền nối tiếp.

Hình 1. Khái quát về RS-232.

Khi so sánh RS-232 với các thiết bị khác như RS422, RS485 hoặc Ethernet. RS232 có tốc độ thấp hơn, chiều dài cáp ngắn, điện áp lớn, đầu nối tiêu chuẩn lớn, không có khả năng đa điểm và khả năng đa phông hạn chế. Tuy nhiên, nhờ tính đơn giản và phổ biến trong quá khứ mà RS232 vẫn được sử dụng – đặc biệt là trong các máy công nghiệp, thiết bị mạng và dụng cụ khoa học. RS232 nơi kết nối dữ liệu có dây tấm ngắn, điểm – điểm, tốc độ thấp là hoàn toàn phù hợp.

2. RS232 là gì?

Trong quá trình phát triển thì có rất nhiều dòng theo chuẩn EIA (như RS232 (1960), RS232A (1963), RS232B (1965), RS232C (1969), …) nhưng có 2 dòng thông dụng RS232B và RS232C. Nhưng lại trong 2 dòng đó thì RS232C hiện vẫn còn dùng và còn sống sót trong quá trình phát triển các chuẩn giao tiếp hơn như RS422 hay RS485, Ethernet,… Và tồn tại dưới tên gọi là chuẩn RS232.

Hình 2. Hình ảnh RS-232.

RS232 là một hình thức giao tiếp nối tiếp hay người ta gọi là kết nối nối tiếp, chẳng hạn như kết nối modem, trên nhiều máy tính (với máy tính thì hoạt động như DTE).

RS232 dùng để kết nối các thiết bị ngoại vi, thiết bị công nghiệp (như PLC).

RS232 lúc trước sử dụng cáp 25 chân, hiện nay sử dụng cáp DB9 9 chân tiêu chuẩn hay còn gọi là cổng COM.

RS232 truyền tín hiệu bằng điện áp dương cho nhị phân 0 và điện áp thấp cho nhị phân 1. Và truyền với nguyên tắc DTE và DCE.

3. Các phương thức truyền của chuẩn RS232

Có 2 phương thức truyền đó là truyền nối tiếp và truyền song song. Nhưng hiện tại thì truyền nối tiếp đang dần thay thế cho phương pháp truyền song song bởi vì chi phí giá thành rẻ, và không phù hợp cho việc truyền tải đi xa.

Truyền nối tiếp là truyền theo từng bit một bằng một cặp dây.

Hình 3. Phương thức truyền nối tiếp.

Truyền song song sẽ truyền theo kiểu song song 8 bit hoặc ký tự hoặc bus tại 1 thời điểm.

Hình 4. Phương thức truyền song song.

Truyền dữ liệu không đồ bộ là chế độ trong đó các bit dữ liệu không được đồng bộ hóa bởi xung đồng hồ. Xung đồng hồ là tín hiệu được sử dụng để đồng bộ hóa hoạt động trong một hệ thống điện tử.

Truyền dữ liệu đồng bộ là chế độ trong đó các bit dữ liệu được đồng bộ hóa bởi xung đồng hồ.

4. Cấu tạo cổng của chuẩn giao tiếp RS232

Cổng RS232 trên thị trường có 2 loại cổng DB9 có 9 chân hay còn gọi là cổng COM và loại còn lại sử dụng 25 chân. Tùy vào dòng máy mà chúng ta có sự chọn lựa cho phù hợp. Nhưng hiện tại thì DB9 9 chân được chế tạo để thuận tiện cho các thiết bị kết nối với nhau.

Hình 5.Cấu tạo cổng DB9.

Hình 6. Cấu tạo cổng RS-232 25 chân.

Bảng 1. Chức năng các chân cổng RS-232 có 9 chân và 25 chân.

D25	D9	Tín hiệu	Hướng truyền	Mô tả
1	–	–	–	Protected groud: nối đất bảo vệ
2	3	TxD	DTE→DCE	Transmitter Data: dữ liệu truyền
3	2	RxD	DCE→DTE	Received Data: dữ liệu nhận
4	7	RTS	DTE→DCE	Request To Send: DTE yêu cầu truyền dữ liệu
5	8	CTS	DCE→DTE	Clear To Send: DCE sẵn sàng nhận dữ liệu
6	6	DSR	DCE→DTE	Data Set Ready: DTE sẵn sàng làm việc
7	5	GND	–	Ground: nối đất (0V)
8	1	DCD	DCE→DTE	Data Carier Detect: DCE phát hiện sóng mang
20	4	DTR	DTE→DCE	Data Terminal Ready: DTE sẵn sàng làm việc
22	9	RI	DCE→DTE	Ring Indicator: báo chuông
23	–	DSRD	DCE→DTE	Data Signal Rate Detector: dò tốc độ truyền
24	–	TSET	DTE→DCE	Transmitter Signal Eletment Timing: Tín hiệu  định thời truyền đi từ DTE
15	–	TSET	DCE→DTE	Transmitter Signal Eletment Timing: Tín hiệu  định thời truyền từ DCE để truyền dữ liệu
17	–	RSET	DCE→DTE	Receiver Signal Element Timing: Tín hiệu định thời truyền từ DCE để truyền dữ liệu
18	–	LL	DCE→DTE	Local Loopback: Kiểm tra cổng
21	–	RL	DCE→DTE	Remote Loopback: Tạo ra bởi DCE khi tín hiệu nhận từ DCE lỗi
14	–	STxD	DTE→DCE	Dât truyền thứ cấp
16	–	SRxD	DCE→DTE	Dữ liệu đã nhận thứ cấp
19	–	SRTS	DTE→DCE	Yêu cầu phụ để gửi
13	–	SCTS	DCE→DTE	Xóa phụ để gửi
12	–	SDSRD	DCE→DTE	Bộ dò tín hiệu đường dây nhận thứ cấp
25	–	TM		Chê độ kiểm tra
9	–			Dành riêng cho chế độ test
10	–			Dành riêng cho chế độ test
11				Không dùng

5. Chuẩn giao tiếp RS232 là gì? Hoạt động như thế nào?

RS232 hoạt động theo các ghép 2 loại: DTE với DCE bằng cách trao đổi dữ liệu 2 chiều với nhau. DCE là các thiết bị trung gian như MODEM còn DTE là các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển,… Việc trao đổi tín hiệu thông thường qua 2 chân RxD (nhận) và TxD (truyền).

Hình 7. Truyền nhận DCE và DTE.

Nguồn DTE, RTS tạo 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 cho RTS của nguồn DTE để gửi tín hiệu. Sau đó, các bit được truyền từ DTE đến DCE. Bây giờ một lần nữa từ nguồn DCE, yêu cầu có thể được tạo bởi RTS và CTS của nguồn DTE sẽ xóa đường dẫn nhận dữ liệu và đưa ra tín hiệu để gửi dữ liệu.

Hình 8. Hoạt động của giao tiếp RS232.

6. Cấu hình của cổng RS232 như thế nào?

• Cấp điện áp: RS232 cũng được sử dụng như mức nối đất & 5V. Nhị phân 0 hoạt động với điện áp +5V đến +15Vdc, được gọi là “ON” (mức điện áp cao) trong khi nhị phân 1 hoạt động với điện áp -5V đến -15Vdc. Nó được gọi là “OFF” (mức điện áp thấp).

Bảng 2. Mức điện áp và logic RS-232.

Mạch dữ liệu	Mạch điều khiển	Vôn
0 (dấu cách)	Khẳng định	+3 đến + 15V
1 (dấu)	Deasserted	-15 đến -3V

• Mức điện áp tín hiệu nhận được: Nhị phân 0 hoạt động trên các điện áp tín hiệu nhận được +3V đến +13 VDC & mức nhị phân 1 hoạt động với điện áp -3V đến -13 VDC.
• Trở kháng đường truyền: Trở kháng của dây lên tới 3 – 7 ohms và chiều dài cáp tối đa là 15 mét, nhưng nằm trong giới hạn về điện dung trên mỗi đơn vị chiều dài.
• Điện áp hoạt động: Tối đa 250VAC.
• Dòng định mức: Tối đa 3 Amps.
• Cách điện: 1000 VAC.
• Tốc độ xoay: Tốc độ thay đổi của các mức tín hiệu được gọi là tốc độ xoay. Với tốc độ xoay lên tới 30V/ms và tốc độ bit tối đa sẽ là 20 kbps.
• 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.

7. Cách dùng RS232 như thế nào?

Dùng RS232 để kết nối giao tiếp PLC với các module khác hoặc thậm chí PLC khác hoặc biến tần hoặc PC với các thiết bị ngoại vi. Ví dụ như: giao diện người vận hành hoặc HMI, máy tính, bộ điều khiển động cơ hoặc driver, robot hoặc hệ thống truyền thông…

Hình 9. RS-232 kết nối với các thiết bị.

8. Ưu điểm RS232

• RS232 phổ biến, dễ kiếm và chi phí rẻ.
• Tương thích nhiều thiết bị.
• Kết nối giao tiếp đơn giản.
• Tốc độ truyền khá nhanh.
• Khả năng chống nhiễu tốt.
• Có thể tháo lắp nóng.
• Có thể cấp nguồn cho thiết bị luôn.

9. Hạn chế RS232

• Một là tốc độ truyền dữ liệu. Dữ liệu có thể được chuyển ở mức khoảng 20 kilobyte mỗi giây. Đó là khá chậm so với những gì mọi người đang sử dụng cho đến nay.
• Khả năng kết nối với các thiết bị ít hơn so với các cổng truyền thông RS422, RS485,..
• Một vấn đề khác với RS232 là chiều dài tối đa của cáp là khoảng 15 mét. Điện trở dây và sụt điện áp trở thành một vấn đề với cáp dài hơn thế này. Đây là một lý do khiến RS232 không được sử dụng nhiều để kéo đi xa.

10. Các ứng dụng sử dụng giao thức 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, … Ngày nay, RS232 được thay thế bằng USB tiên tiến.

Hình 10. Dùng RS-232 qua Adapter để duy trì đường truyền dài.

RS-232 cũng được sử dụng trong các máy PLC, máy CNC và bộ điều khiển servo vì chi phí rẻ.

Nó vẫn được sử dụng bởi một số bảng vi điều khiển, máy in hóa đơn, hệ thống điểm bán hàng (PoS),…