Serial Port (RS-232/422/485) là gì? Những điều cần biết về cổng nối tiếp!

Serial Port là gì?

Serial Port (hay cổng nối tiếp) là một trong những cổng kết nối bên ngoài phổ biến nhất của máy tính trong những năm trước đây. Hiện tại các hệ thống mới đang dần loại bỏ hoàn toàn cổng nối tiếp để chuyển sang cổng USB, tuy nhiên hầu hết các modem vẫn sử dụng cổng nối tiếp.

Serial Port hoạt động như thế nào?

Tất cả các hệ điều hành máy tính đang được sử dụng ngày nay đều hỗ trợ cổng nối tiếp (Serial port), vì cổng nối tiếp đã có từ nhiều thập kỷ. Cổng song song (Parallel port) là một phát minh gần đây hơn và nhanh hơn nhiều so với cổng nối tiếp. Cổng USB chỉ mới ra đời gần đây và có khả năng sẽ thay thế hoàn toàn cả cổng nối tiếp và cổng song song trong những năm tới.

Tên ” Serial” xuất phát từ thực tế là một cổng nối tiếp “tuần tự hóa” dữ liệu. Tức là, nó lấy một byte dữ liệu và truyền 8 bit trong byte một lần. Ưu điểm cổng nối tiếp là chỉ cần một dây để truyền 8 bit (trong khi cổng song song cần 8 dây). Điểm bất lợi là thời gian truyền dữ liệu lâu hơn gấp 8 lần so với nếu có 8 dây. Cổng nối tiếp giúp giảm chi phí cáp và làm cho cáp nhỏ hơn.

Trước mỗi byte dữ liệu, cổng nối tiếp sẽ gửi một bit bắt đầu có giá trị bằng 0. Sau mỗi byte dữ liệu, nó sẽ gửi một bit dừng để báo hiệu rằng chuyển byte đã hoàn tất. Nó cũng có thể gửi một bit chẵn lẻ.

Cổng nối tiếp, còn được gọi là cổng COM “communication” có khả năng giao tiếp hai chiều . Giao tiếp hai chiều cho phép mỗi thiết bị nhận dữ liệu cũng như truyền dữ liệu. Các thiết bị nối tiếp sử dụng các chân khác nhau để nhận và truyền dữ liệu – sử dụng các chân giống nhau sẽ hạn chế giao tiếp ở chế độ bán song công , có nghĩa là thông tin chỉ có thể truyền theo một hướng tại một thời điểm. Sử dụng các chân khác nhau cho phép giao tiếp song công , trong đó thông tin có thể truyền theo cả hai hướng cùng một lúc.

Các cổng nối tiếp dựa vào chip điều khiển đặc biệt UART để hoạt động. Chip UART nhận đầu ra song song của bus hệ thống của máy tính và biến nó thành dạng nối tiếp để truyền qua cổng nối tiếp. Để hoạt động nhanh hơn, hầu hết các chip UART đều có bộ đệm tích hợp từ 16 đến 64 kb. Bộ đệm này cho phép chip lưu vào bộ đệm dữ liệu đến từ bus hệ thống trong khi nó đang xử lý dữ liệu đi ra cổng nối tiếp. Trong khi hầu hết các cổng nối tiếp tiêu chuẩn có tốc độ truyền tối đa là 115 Kbps (kilobit / giây), các cổng nối tiếp tốc độ cao, chẳng hạn như ESP và Super ESP có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu 460 Kbps.

Kết nối cổng nối tiếp (Serial Port)

Đầu nối bên ngoài cho cổng nối tiếp có thể là 9 chân hoặc 25 chân. Ban đầu, công dụng chính của cổng nối tiếp là để kết nối modem với máy tính.

9 Chân kết nối cổng nối tiếp

1. Data Carrier Detect: xác định xem modem có được kết nối với cáp và đang hoạt động hay không.
2. Receive Data: máy tính nhận thông tin được gửi từ modem.
3. Transmit Data: máy tính gửi thông tin đến modem.
4. Data Terminal Ready: máy tính thông báo cho modem rằng nó đã sẵn sàng để giao tiếp.
5. Signal Ground: chân nối đất.
6. Data Set Ready: modem báo cho máy tính biết rằng nó đã sẵn sàng để giao tiếp.
7. Request To Send: máy tính hỏi modem có thể gửi thông tin không.
8. Clear To Send: modem cho máy tính biết rằng nó có thể gửi thông tin.
9. Ring Indicator: khi giao tiếp đã được thực hiện, máy tính sẽ nhận tín hiệu (được gửi từ modem) và thông báo được hiển thị.

25 Chân kết nối cổng nối tiếp

1. Not Used: không được sử dụng
2. Transmit Data: máy tính gửi thông tin đến modem.
3. Receive Data: máy tính nhận thông tin được gửi từ modem.
4. Request To Send: máy tính hỏi modem có thể gửi thông tin không.
5. Clear To Send: modem cho máy tính biết rằng nó có thể gửi thông tin.
6. Data Set Ready: modem báo cho máy tính biết rằng nó đã sẵn sàng để giao tiếp.
7. Signal Ground: chân nối đất.
8. Received Line Signal Detector: xác định xem modem có được kết nối với cáp và đang hoạt động hay không.
9. Not Used: Transmit Current Loop Return (+)
10. Not Used
11. Not Used: Transmit Current Loop Data (-)
12. Not Used
13. Not Used
14. Not Used
15. Not Used
16. Not Used
17. Not Used
18. Not Used: Receive Current Loop Data (+)
19. Not Used
20. Data Terminal Ready: máy tính thông báo cho modem rằng nó đã sẵn sàng để giao tiếp.
21. Not Used
22. Ring Indicator: khi giao tiếp đã được thực hiện, máy tính sẽ nhận tín hiệu (được gửi từ modem) và thông báo được hiển thị.
23. Not Used
24. Not Used
25. Not Used: Receive Current Loop Return (-)

Điện áp được truyền qua các chân có thể ở một trong hai trạng thái, Bật hoặc Tắt. Bật (giá trị nhị phân “1”) có nghĩa là chân đang truyền tín hiệu từ -3 đến -25 V, trong khi Tắt (giá trị nhị phân “0”) có nghĩa là nó đang truyền tín hiệu giữa +3 và +25 V.

Cáp kết nối chuyển dữ liệu Serial

1, DB-9 <=> DB-9: bạn sử dụng cách kết nối này khi cần cáp có đầu nối DB-9 ở mỗi đầu:

2, DB-9 <=> DB-25: bạn sử dụng cách kết nối này khi cần cáp có một đầu nối DB-9 và một đầu nối DB-25 ở hai đầu:

3, DB-25 <=> DB-25: bạn sử dụng cách kết nối này khi cần cáp có đầu nối DB-25 ở mỗi đầu:

Luồng điều khiển

Một khía cạnh quan trọng của truyền thông nối tiếp là khái niệm về luồng điều khiển. Đây là khả năng của một thiết bị thông báo cho thiết bị khác ngừng gửi dữ liệu trong một thời gian. Các lệnh Request to Send (RTS), Clear To Send (CTS), Data Terminal Ready (DTR) và Data Set Ready (DSR) được sử dụng để bật điều khiển luồng.

Hãy xem một ví dụ về cách hoạt động của điều khiển luồng: bạn có một modem giao tiếp ở tốc độ 56 Kbps. Kết nối nối tiếp giữa máy tính và modem của bạn truyền ở tốc độ 115 Kbps, nhanh hơn gấp đôi. Điều này có nghĩa là modem nhận được nhiều dữ liệu đến từ máy tính hơn là nó có thể truyền qua đường dây cáp. Ngay cả khi modem có bộ đệm 128K để lưu trữ dữ liệu, nó vẫn sẽ nhanh hết dung lượng bộ đệm và không thể hoạt động bình thường với tất cả dữ liệu được truyền trực tuyến.

Với điều khiển luồng, modem có thể dừng luồng dữ liệu từ máy tính trước khi nó vượt quá bộ đệm của modem. Máy tính liên tục gửi tín hiệu trên chân Request to Send và kiểm tra tín hiệu trên chân Clear to Send. Nếu không có phản hồi Clear to Send, máy tính sẽ ngừng gửi dữ liệu. Điều này cho phép modem giữ cho luồng dữ liệu hoạt động trơn tru.

Các loại cổng nối tiếp phổ biến

Có vô số loại giao diện truyền thông dữ liệu, mỗi loại được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể dựa trên các tham số và cấu trúc giao thức được yêu cầu. Trong đó, có thể kể đến các giao diện truyền thông dữ liệu nối tiếp như: CAN, RS-232, RS-422, RS-485, I2C, I2S, LIN, SPI và SMBus. Tuy nhiên, trong các cổng nối tiếp “Serial port” trên ta có thể thấy rằng RS-232, RS-422 và RS-485 là loại phổ biến hơn cả (hiện tại đang tập chung phát triển RS-485 hơn).

Trên đây, MC&TT đã chia sẻ cho các bạn những kiến thức tổng quan về Serial Port (hay cổng nối tiếp). Hy vọng rằng, với những nội dung chia sẻ phía trên sẽ giúp ích được cho các bạn. Xin cảm ơn!