Chương 4. Các bộ điều khiển dựa trên vi xử lý và vi điện tử

4.6 Truyền thông số

Truyền thông giữa các hệ cơ điện tử đóng một vai trò quan trọng khi thực hiện các ứng dụng, cả các cấu hình cố định và linh hoạt (một ô tô, một hệ thống hi-fi, một dây chuyền sản xuất cố định và một thiết bị linh hoạt, một mạng pico không dây của các thiết bị máy tính ngoại vi). Rõ ràng rằng truyền thông số phụ thuộc vào mục đích của các nhà thiết kế với số lượng dữ liệu cần truyền, khoảng cách giữa các hệ thống, và các yêu cầu về độ tin cậy và an toàn của dữ liệu.

Tín hiệu được biểu diễn bởi sự thay đổi của biên độ, tần số, hay pha. Nó được thực hiện bởi sự thay đổi điện áp/dòng điện trong các dây kim loại hoặc bởi các sóng điện từ, cả trong truyền vô tuyến và truyền tia hồng ngoại (hoặc “không dây” cho các khoảng cách ngắn hoặc cáp quang cho các khoảng cách khá dài). Tốc độ dữ liệu và độ rộng dải thay đổi từ 300 b/s (máy telex), 3,4 kHz (điện thoại), 144 kb/s (ISDN) đến hàng chục Mb/s (ADSL) trên một dây kim loại (đường thuê bao), lên tới 100 Mb/s trên cáp xoắn (LAN), khoảng 30 – 100 MHz trên một kênh vi sóng, 1 GHz trên 1 cáp đồng trục (mạng cáp liên tỉnh, cáp TV), và lên tới hàng chục Gb/s cho một cáp quang (mạng xương sống).

Việc truyền dữ liệu dùng các phương pháp phức tạp như điều chế số, nén dữ liệu, và bảo vệ dữ liệu chống lại việc mất mát do nhiễu, méo tín hiệu và đứt mạch. Các giao thức chuẩn đa lớp (mô hình tham chiếu 7 lớp ISO/OSI hay nhóm các giao thức 4 lớp dùng cho Internet bao gồm cả giao thức TCP/IP nổi tiếng), “phần cứng đến đâu, phần mềm thực hiện đến đó”, thuận tiện cho việc giao tiếp giữa các hệ thống truyền thông. Chúng không chỉ đặt kết nối trên một tốc độ chấp nhận được, kiểm tra việc truyền dữ liệu, định dạng và nén dữ liệu, mà còn có thể tạo sự thông suốt truyền thông cho một ứng dụng. Ví dụ, không có sự khác nhau có thể thấy giữa các nguồn dữ liệu từ xa và địa phương. Một ví dụ về khái niệm truyền thông đa lớp được minh họa trên hình 4.6.

HÌNH 4.6 Ví dụ về truyền thông đa lớp

Phụ thuộc vào số lượng người dùng, truyền thông được thực hiện theo kiểu điểm tới điểm (RS – 232C từ cổng PC COM tới một thiết bị), điểm tới nhiều điểm (các kênh, các mạng), hoặc thậm chí như một đài phát (radio). Dữ liệu được truyền bằng cách dùng kết nối kiểu chuyển mạch (mạng điện thoại) hoặc chuyển mạch dạng gói (mạng máy tính, ATM). Truyền hai chiều có thể là song công hoàn toàn (điện thoại, RS – 232C) hoặc bán song công (hầu hết các mạng số). Liên quan tới kiểu kết nối, một kết nối hình sao hay một kết nối hình cây dùng một thiết bị (“chủ”) quản lý truyền thông tại nút chính. Một kết nối vòng thường yêu cầu phương pháp Token Passing và một truyền thông bus được điều khiển bởi các phương pháp khác nhau như phương pháp chung Master-Slave, với hoặc không với Token Passing, hoặc dùng một truy cập không xác định (CSMA/CD trong Ethernet).

Một cổng LPT PC, SCSI cho các thiết bị ngoại vi của máy tính, và GPIB (IEEE-488) cho các thiết bị dùng truyền thông song song (thường 8 bit) cho phép các khoảng cách ngắn (cỡ mét). RS-232C, RS-485, I²C, SPI, USB, và fireware (IEEE-1394) tương ứng với truyền thông nối tiếp, một vài trong số đó có thể dùng cho khoảng cách dài (tới 1 km). Truyền thông nối tiếp có thể thực hiện không đồng bộ bằng cách dùng các bit bắt đầu và kết thúc trong khung truyền hoặc đồng bộ bằng cách dùng bit đồng bộ kèm theo, nếu cần thiết. Cả mức điện áp đơn cực và lưỡng cực đều được dùng để điều khiển hoặc các đường không cân bằng (LPT, GPIB đối với RS-232C) hoặc các đường cáp xoắn cân bằng (CAN đối với RS-422, RS-485).