Truyền dữ liệu qua Modem trên mạng thông tin

Truyền dữ liệu qua Modem trên mạng thông tin

Mục lục

Lời Nói Đầu 2

Chương I Hệ thống thông tin truyền số liệu 3

5

1.1 Tổ chức của hệ thông tin truyền số liệu 3

1.1.1 Khái quát về hệ thống truyền tin số 3

1.1.2 Các phương pháp truyền tin số 5

1.1.3 Truyền số liệu qua mạng điên thoại và hệ thống thông tin vô tuyến 7

1.1.4 Mạng ghép kênh và hệ thống nối mạch số, mạng chuyển đổi mạch công cộng, mạng chuyển đổi gói 8

1.1.5 Lỗi trong truyền số liệu 13

1.2 Các phương thức điều chế và giải điều chế tín hiệu 16

1.2.1 Điều chế và giải điều chế biên độ 16

1.2.2 Điều chế và giải điều chế tần số 17

1.2.3 Điều chế và giải điều chế pha 20

1.2.4 Điều chế và giải điều biên độ cầu phương 23

Chương II Thiết bị Modem 25

2.1 Nguyên tắc làm việc của thiết bị Modem 25

2.2 Các giao thức của Modem 25

2.2.1 Các giao thức điều khiển dòng dữ liệu 26

2.2.2 Các giao thức truyền file 27

2.2.3 Các giao thức MNP 30

2.3 Ghép nối Modem với hệ truyền số liệu 31

2.3.1 Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của hệ vi xử lý 32

2.3.2 Một số chuẩn ghép nối thiết bị 34

Chương III Xây dựng chương trình điều khiển Modem 38

3.1 Thuật toán điều khiển 38

3.1.1 Thuật toán phát Xmodem 38

3.1.2 Thuật toán thu Xmodem 39

3.2 Chương trình 42

3.2.1 Chương trình điều khiển cổng Com 46

3.2.2 Chương trình chính 63

1

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

Trong thời đại hiện nay, sự bùng nổ của cuộc cách mạng khoa học kỹthuật- công nghệ, đặc biệt với những thành tựu trong các lĩnh vực điện tử, tinhọc, tự động hoá v v đã mở ra những khả năng to lớn trong sự nghiệp côngnghiệp hoá- hiện đại hóa Việc áp dụng nhanh chóng các thành tựu của khoahọc công nghệ, để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả của các lĩnh vựcsản xuất, đã trở nên bức xúc hơn bao giờ hết

Nhịp độ cuộc sống hiện đại, tính phức tạp và độ giao lưu nhanh chóngtrong đời sống kinh tế của đất nước ta đã làm tăng nhu cầu các loại hình thôngtin của các tổ chức quốc gia và các ngành kinh tế quốc dân Việc tổ chức nềnsản xuất hiện đại chỉ có hiệu quả khi có các hệ thống điều khiển nhằm thuthập truyền đưa và xử lý tin tức thông qua các phương tiện truyền tin

Đề tài nghiên cứu của tôi là truyền dữ liệu qua Modem trên mạng thôngtin Cụ thể là xây dựng chương trình thu và phát dữ liệu qua Modem

Trên cơ sở những yêu cầu, nhiệm vụ của đề tài sẽ được thực hiện vớinhững nội dung sau:

Chương I: Hệ thống thông tin truyền số liệu Chương này trình bày nhữngnội dung cơ bản về cách tổ chức của hệ thông tin truyền số liệu như thế nào,cách điều chế và giải điều chế

Chương II: Thiết bị Modem Chương này đưa ra các nguyên tắc làm việc,các giao thức của Modem và cách nối ghép Modem với hệ truyền số liệu nhưthế nào

Chương III: Xây dựng chương trình điều khiển Modem Chương này trìnhbày thuật toán và chương trình thu, phát thông tin qua Modem.

CHƯƠNG I

1.1 Tổ chức của hệ thống thông tin truyền số liệu.

1.1.1 Khái quát về hệ thống truyền tin số.

Hệ thống truyền tin số có thể được mô tả theo sơ đồ khối như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền tin số

* DTE (Data Terminal Equipment : Thiết bị đầu cuối số liệu)

Là tập hợp nguồn tin số, các mạch logic biến đổi, các bộ nhận tin Các kýhiệu tin tức trước khi truyền được DTE mã hoá thành các tổ hợp mã rồi thànhcác tín hiệu điện tương ứng (các xung điện) để truyền tới DCE

Có thể thực hiện 2 quá trình mã hoá, thứ nhất là biến ký hiệu thành tổ hợp

mã đơn giản trong đó các phần tử mã đều là các phần tử mang tin, quá trìnhnày bắt buộc phải xảy ra Quá trình thứ 2 là thêm vào các từ mã đơn giản một

số các phần tử kiểm tra để phát hiện hoặc sữa lỗi của thông tin Quá trình này

có thể thực hiện hay không tuỳ theo yêu cầu về chất lượng thông tin của từng

DCE có thể là Modem hay các thiết bị biến đổi khác có chức năng cơ bản

là biến đổi dãy tín hiệu cấp 1 thành dãy tín hiệu cấp 2 cho phù hợp với kênhtruyền Về các dạng tín hiệu sau DCE ta thấy rõ trong phần các phương phápđiều chế tín hiệu số

Tín hiệu sau khi đã điều chế, được đưa tới hệ thống thông tin, ở đây có cácthiết bị ghép kênh để truyền tín hiệu theo 1 kênh đó Có nhiều nguyên lý ghépkênh khác nhau như ghép kênh theo tần số, ghép kênh theo thời gian

+ Ghép kênh theo tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing)

Giữa các kênh phải có khe hở để tránh xuyên âm Phương pháp này chotốc độ bít 2000 bít/s, nó phù hợp cho truyền dẫn tốc độ thấp

Hình 1.2 Ghép kênh theo tần số + Ghép kênh theo thời gian (TDM: Time Division Multiplexing): Hệ thốngTDM, thời gian được chia thành các khung, một khe thời gian cho 1 kênh.Ghép kênh TDM có thể thực hiện tại lớp bít hoặc lớp ký tự

- Ghép kênh bít : Thời gian cho 1 bít được chia ra giữa 4 đầu cuốithành 4 phần bằng nhau (mỗi phần cho 1 kênh) Kết quả ta có 1 dòng bítchung, mỗi phần giữ 1 bít

1.1.2 Các phương pháp truyền tin số.

Có 2 phương pháp truyền dẫn tín hiệu số chủ yếu Đó là phương pháptruyền không đồng bộ và phương pháp truyền đồng bộ

 Phương pháp truyền không đồng bộ(Asynchronous Communication).

Phương pháp truyền không đồng bộ là các nhóm bít (tương ứng các kýhiệu) được truyền đi tách rời nhau, mỗi nhóm bít được bắt đầu và kết thúcbằng các bít đặc biệt (Start, Stop bít) với mục đích đồng bộ thu và phát Thờiđiểm bắt đầu truyền các nhóm bít là bất kỳ và không liên quan đến nhau

5

ChiÒu cña kªnh tin hiÖu sè Start Parity Stops b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

Charater

Hình 1.5 Phương pháp truyền không đồng bộ

Ưu điểm của phương pháp này là yêu cầu đồng bộ giữa thu và phát khôngđòi hỏi chặt chẽ lắm nhờ có bít Start và bít Stop xác định thời điểm đầu vàcuối của nhóm bít cho nên sự sai pha tích luỹ chỉ diễn ra trong thời gian thunhóm bít đó Chính điều đó dẫn tới ưu điểm thứ 2 là thiết bị trong hệ thốngkhá đơn giản, giá thành hệ thống hạ

Nhược điểm của phương pháp truyền không đồng bộ là hiệu quả sử dụngkênh thấp do phải truyền nhiều bít Start và bít Stop là những bít không mangtin Mặt khác, tốc độ truyền tin cũng rất bị hạn chế Các Modem có tốc độkhông lớn hơn 1200 bit/s thường sử dụng phương pháp này

 Phương pháp truyền đồng bộ (Synchronous Communication).

Phương pháp truyền đồng bộ khắc phục được các nhược điểm của phươngpháp không đồng bộ Bản chất của phương pháp này là các tín hiệu số đượcgửi đi một cách liên tục với tốc độ không đổi Trong trường hợp này, thiết bịthu đầu cuối cần phải tạo ra và duy trì tần số nhịp đồng bộ với tín hiệu số đầuvào (tức là đồng bộ với tần số nhịp bên phát) trong suốt thời gian làm việc

Có nhiều phương pháp duy trì đồng bộ giữa thu và phát, như chèn thêmcác bít đồng bộ vào dãy tín hiệu số, xáo trộn dãy tín hiệu số hoặc thiết lập mãtruyền dẫn đặc biệt Các thuật toán trên cho phép duy trì đồng bộ giữa thu vàphát ngay cả khi dãy tín hiệu gồm một chuỗi bit 0 hay bit 1 liên tiếp hoặc thiết

bị phát tạm dừng

Trong hệ thống truyền đồng bộ, số liệu có thể được tổ chức thành từngkhối (Block), theo các thủ tục khác nhau Ví dụ thủ tục chuẩn BISYNC(Binary Synchronous Communication Protocol) có cấu trúc sau:

SYN SYN SOH HEADER STX TEXT ETX BCC

Mạng điện thoại (Telephone network)

Hình 1.6 Khuôn dạng khối tin của giao thức BISYNC

 SYN : Ký tự đồng bộ Sau khi phát hiện hai ký tự đặc biệt đã biết trước,thiết bị thu bắt đầu ghi nhận ký tự SOH

 SOH : (Start of Header) byte mở đầu, xác định kích thước và các đặc tínhcủa trường Header

 HEADER: Trường này có độ dài thay đổi, có thể dùng để chứa địa chỉ nơInhận tin

 STX : (Start of Text) chỉ ra rằng ngay sau byte này là bắt đầu của văn bản

 TEXT: Trường này có độ dài thay đổi, chứa đựng các ký tự mã ASCII hoặcEBCDIC (nội dung tin tức cần truyền)

 ETX: (End of Text) byte này đánh dấu kết thúc của khối tin văn bản

 BCC : (Block Check Character) đây là tổng kiểm tra 3 bit (LCR) hoặc 16bit (CRC) dùng để kiểm tra phát hiện lỗi

1.1.3 Truyền số liệu qua mạng điện thoại và hệ thống thông tin vô tuyến .

Mạng điện thoại công cộng (Puplic Telephone Network) là hệ thống thôngtin được ứng dụng rộng rãi nhất với quy mô rộng lớn ở mọi quốc gia Nhiệm

vụ chính của nó là đảm bảo kết nối và truyền dẫn các cuộc thoại ở các phạm

vi khác nhau Ngày nay tại bất kỳ đâu trên đất nước ta đều có thể liên lạc điệnthoại đi mọi nơi trên thế giới

Việc ứng dụng rộng rãi các hệ thống vi xử lý trong mọi lĩnh vực đời sốngkinh tế đặt ra một vấn đề bức thiết là tổ chức hệ thống thông tin số với cácquy mô khác nhau Đối với các hệ thống thu thập thông tin quy mô nhỏphương án trước mắt giải quyết vấn đề này là sử dụng chính mạng điện thoạicông cộng và các máy thông tin vô tuyến, với các thiết bị ghép nối thích hợpnhư là Modem

7

Hình 1.7 Hệ thống truyền số liệu trên kênh điện thoại và vô tuyến.Hình trên là sơ đồ tổng quát nối ghép thiết bị đầu cuối số liệu với mạngđiện thoại và mạng vô tuyến Trong đó:

+ DTE : Thiết bị đầu cuối số liệu

+ R/T : Thiết bị thu phát vô tuyến điện

MODEM với chức năng phối hợp biến đổi dạng tín hiệu số thành dạng tínhiệu tương tự phù hợp với kênh thoại khi truyền tin và biến đổi ngược lại khinhận tin, hai quá trình đó là điều chế và giải điều chế (Modulation -Demodulation gọi tắt là Modem) Modem đảm bảo việc truyền dẫn số liệunên người ta thường gọi là thiết bị truyền dẫn số liệu (Data CommunicationEquipment - DCE)

1.1.4 Mạng ghép kênh và hệ thống nối mạch số, mạng chuyển đổi mạch công cộng và mạng chuyển đổi gói.

 Mạng ghép kênh và hệ thống nối mạch số

64kbit/s

A+B

M X C

M X C

A + B

GS

B T C

M X C

M X C

P C M

2400bit/s

L M X

9600bit/s

9600bit/s

bộ chọn nhóm.

 Mạng số liệu chuyển đổi mạch công cộng

+ Mạng điện thoại nối mạch bằng quay số: Tin tức cần truyền là tín hiệuthoại (Analog), dải tần truyền dẫn là (300 đến 3400) Hz Khi tín hiệu số liệuđược chuyển đổi sang tín hiệu Analog để cho phù hợp với tín hiệu kênh thoạiphải có thiết bị chuyển đổi là Modem Bên cạnh đó nó cũng có những hạn chế

là độ rộng băng không cho phép sử dụng tốc độ truyền dẫn cao và chất lượngđường dây có thể thay đổi giữa những người sử dụng khác nhau Các Modem

có hiệu lực cho truyền song công, đơn công, không đồng bộ (tốc độ thấp),đồng bộ (tốc độ cao) Cùng một Modem có thể chuyển đổi được các tốc độkhác nhau

+ Mạng CSPDN : Mạng số liệu chuyển đổi mạch (CSPDN) dựa trên một sốtổng đài (DSE) được nối với mạng qua bộ dấu nối mạng (DCE) với sự giúp

đỡ của các mạng ghép kênh (hoặc các bộ tập trung) Một số thuê bao có thể

9

dùng chung một đường nối vào tổng đài Mạng có thiết bị giám sát vận hànhđặt ở trung tâm, có khả năng kiểm soát từ xa bất kỳ hoạt động nào của cácthành phần trong mạng.

Hình 1.9 Mạng số liệu chuyển đổi mạch

 Mạng số liệu chuyển đổi gói (PSPDN)

Mạng số liệu chuyển đổi gói quan tâm đến việc các gói số liệu từ người sửdụng này đến người sử dụng khác vấn đề chính không xét đến việc gói đượcngười gửi “ném vào” như thế nào, nó có thể được “mở” trong thiết bị củangười nhận Do vậy ta có thể cho phép các loại đầu cuối và máy tính khácnhau, sử dụng các loại tốc độ khác nhau liên lạc với nhau Các bên sẽ không

có đường nối vật lý, các đường ảo được thiết lập để vận chuyển các gói sốliệu Ví dụ có giải pháp mạng cho phương pháp này là mạng ERIPAX (ThuỵĐiển) Mạng gồm một số tổng đài (PSE), thường được ghép nối trực tiếp theokiểu “tất cả đến tất cả” Việc điều khiển toàn mạng được thực hiện tại mộttrung tâm chung (NMC) NMC thường có các đường nối trực tiếp với ít nhất

2 trong số các tổng đài (PSE) của mạng, và tới các (PSE) khác qua các đườngnối X.75 trong mạng, các đầu cuối đồng bộ đấu nối theo thể thức X.25, cácđầu cuối không đồng bộ theo X.28 Do các đầu cuối không đồng bộ thực sự

thông minh, cần thiết kế điều khiển gói, các chức năng trong mạng như (APD:ghép/ tách gói) phải đảm nhiệm việc này.

1.1.5 Lỗi trong truyền số liệu

Tín hiệu truyền trên đường truyền chịu tác động của can nhiễu và tạp âm,nếu tạp âm và can nhiễu có mức lớn sẽ làm thay đổi giá trị của mức tín hiệu.Mức của tín hiệu thay đổi từ giá trị ‘‘1’’ sang giá trị “0’’ hoặc ngược lại Điều đó dẫn tới sai số, sai số này làm cho từ mã bị lỗi tức là máy phát, phátmột kí hiệu a nào đó khi có lỗi máy thu lại giải mã ra kí hiệu khác không phải

là kí hiệu a Sự sai số ảnh hưởng rất lớn đến độ tin cậy trong truyền số liệu

Do đó nghiên cứu vấn đề lỗi trong truyền số liệu là cần thiết Để khắc phục lỗithì máy thu phải phát hiện được lỗi để yêu cầu đầu phát, phát lại nội dung tintức đã bị lỗi đó, hoặc nhận ra lỗi và tiến hành sửa lỗi ngay tại đầu thu Muốnthực hiện được vấn đề này đầu phát phải thực hiện mã hoá chống lỗi

Từ mã sau bộ mã hoá phải chứa đựng nội dung là: Thông tin báo cho máythu biết từ mã có lỗi hay không có lỗi và thông tin báo cho máy thu nhận ralỗi, dựa vào thông tin này mà máy thu tự sửa được lỗi Những nội dung thôngtin đó máy phát sẽ gửi đi tiếp theo sau các bit tin hoặc trộn lẫn cùng với cácbít tin, quá trình làm như vậy ở đầu phát gọi là quá trình mã hoá chống lỗi haycòn gọi là mã sửa sai Đầu thu căn cứ vào các từ mã nhận được mà có thể pháthiện lỗi và có thể sửa được lỗi, quá trình này gọi là giải mã Mã sửa sai có hailoại cơ bản là mã khối (Block Code) và mã chập (Convoltinal Code) Sau đâychúng ta xét một số loại mã phát hiện lỗi và sửa lỗi được sử dụng trong truyền

số liệu

 Mã khối: Mã khối có cấu trúc từ mã:

11

k n-k

Trong đó : k : bit mang tin, n-k : bit kiểm tra

Mã khối đơn giản nhất là mã kiểm tra chẵn lẻ, mã được sử dụng có số bitkiểm tra là “1” và bit này được tính toán sao cho trọng số của từ mã là chẵnhoặc lẻ (trọng số của từ mã là số bit mang giá trị “1” trong từ mã) Trườnghợp này n=k+1 Máy thu khi nhận được từ mã nó kiểm tra xem có sự vi phạmquy luật mà đầu phát đã tạo nên hay không Nếu có sự vi phạm thì từ mãnhận được có lỗi và máy thu yêu cầu máy phát, phát lại từ mã này Loại mãnày có cấu trúc đơn giản dễ thực hiện, nhưng nó không có khả năng sửa lỗi vì

mã này không chỉ ra cách tìm ra vị trí bit lỗi, đồng thời máy thu không thểnhận biết được lỗi kép chẵn, rõ ràng mã này không hoàn thiện Để hoàn thiệnhơn người ta thực hiện thêm bit kiểm tra cả ngang và dọc

Các bit mang tin Bit kiểm tra ngangCác bit mang tin Bit kiểm tra ngangCác bit mang tin Bit kiểm tra ngang Bit kiểm tra ngangCác bit mang tin Bit kiểm tra ngang

Các bit kiểm tra hàng dọcHình 1.11 Cấu trúc khối mãNếu xảy ra một bit lỗi nào đó trong khối tin thì sự vi phạm của bít kiểm trangang và dọc xảy ra Khi đó chúng ta có toạ độ X và Y của bít lỗi đó Nhưvậy việc sửa lỗi được thực hiện bằng cách đảo lại giá trị của bit lỗi đó Việckết hợp kiểm tra ngang và dọc đã phát hiện và sửa được một lỗi Nếu trongkhối tin xảy ra nhiều bít lỗi đồng thời thì việc sửa lỗi gặp khó khăn

Một dạng mã khối rất phổ biến là mã Cyclic Nội dung cơ bản của mã là:Đầu phát phát đi k bit mang tin kèm theo r bit kiểm tra Các bit kiểm tra cógiá trị biết trước và được đặc trưng bởi đa thức kiểm tra g(x), đa thức kiểm tra

có bậc r (r=n-k); n= k+r bit phát đi thoã mãn điều kiện là: đa thức đặc trưngcủa nó chia hết cho đa thức kiểm tra Đầu thu khi nhận được n bit, máy thu sẽtiến hành kiểm tra bằng cách chia đa thức đặc trưng của nó cho đa thức kiểmtra Kết quả nếu phép chia hết tức là chuỗi tin nhận được không có lỗi Nếuphép chia không hết (có dư) tức là chuỗi bít nhận đã bị lỗi Người ta dựa vàogiá trị của phần dư mà có thể sửa được một số lỗi nhất định

Ví dụ một trong các phương pháp kiểm tra lỗi đã được CITT(ConsultativeCommitter for international Telephone and Telegraph) chuẩn Một trongnhững đa thức g(x) do CCITT đưa ra là: g(x)= X16+X15+X2+1

Gọi đa thức ứng với chuỗi tin ban đầu là A(x) có bậc là k, ta tìm các phần

tử kiểm tra bằng cách nhân A(x) với Xn-k, được đa thức mới ta chia cho g(x),phần dư chính là tương ứng với các phần tử kiểm tra

Thật vậy Xn-k * A(x)/g(x)= Q(x)+ R(x)/g(x) (1)

Nhân 2 vế của (1) với g(x) ta có Xn-k *A(x)=Q(x)*g(x)+R(x)

Hay Xn-k * A(x)+R(x)=Q(x)*g(x) (2)

Vế phải của (2) chia hết cho g(x) nên vế trái cũng chia hết cho g(x), vậy

vế trái chính là đa thức ứng với chuỗi tin mới trong chuẩn là V.42 Máy thubằng cách dùng tổng kiểm tra hay mã kiểm tra CRC (Cyclic RedundancyCheck) để kiểm tra phát hiện và sửa lỗi

 Mã chập (Convolutional Code): Mã khối có đặc điểm là các bit kiểm tra điliền các bit mang tin, do đó mã khối chỉ phát hiện và sửa được các lỗi đơn,cho nên việc chống lỗi của mã khối kém hiệu quả với các lỗi chùm Mã chậpkhắc phục được các nhược điểm này Lý thuyết về mã chập khá phức tạp, đểđơn giản ta xét một loại mã có cùng ý tưởng trên đó là mã Hagelbargerthường được dùng trong các kênh vô tuyến

13

Mã này được dùng trong thông tin số, trong thiết lập cuộc gọi trong mạng

vô tuyến Mã này có khả năng sửa được các lỗi ngẫu nhiên

Bộ mã hoá HAGELBERGER được mô tả trong hình (1.12)

Hình 1.12 Sơ đồ khối bộ HAGELBERGER mã hoá Luồng bit ghi vào bộ ghi dịch mỗi một sự dịch chuyển trong thanh ghi là

sự làm việc đồng bộ của 2 khoá K1 và K2 (lên- xuống- lên ) để cho mọi bittin xen lẫn với bít kiểm tra Trong thời gian các bit tin dịch chuyển qua bộ ghidịch các bit kiểm tra được tạo thành trong bộ mã hoá khi K1 và K2 hạ xuốngnhánh dưới Giá trị của bit kiểm tra được đưa ra khỏi bộ ghi bằng cách cộngModul 2 giữa bit ở ô nhớ 1 và bit ở ô nhớ 2 Như vậy chúng ta nhận thấy rằng

ở máy thu trước khi nhận được một bit nào đó chúng ta có 2 bit kiểm tra đượctạo ra từ bit này Nếu trong khi thu chỉ có 1 bit lỗi còn các bit khác là tốt sẽ có

sự tác động về giá trị của bit và bằng phương pháp theo luật số nhiều chúng ta

có thể sửa được bit lỗi

Giả sử các bit trong thanh ghi là : a, b, c, d, e và chúng ta xét bit i các bitđược đưa ra như sau : a; e i; b; f j; c; g k; d; h l; e; i m; f; j n; g;ko; h; lp; i Vậy trước khi bit i được đưa ra thì các bit kiểm tra e i;im; được tạo ra Mã này phù hợp trong các hệ thống vô tuyến và các ứngdụng khác Máy thu có thể sửa được các lỗi ngẫu nhiên, (hình 1.13) mô tả quátrình giải mã ở máy thu Các bit tin được đưa đến nhánh trên, các bit kiểm trađược đưa đến nhánh dưới của bộ giải mã Ta xét tại thời điểm bit tin i, trước

h

+

bit tin i ta có bit kiểm tra i m và i e cùng thời gian đó bit tin m cũng đượcđưa đến bộ giải mã, máy thu sẽ thực hiện im; ie, trên sơ đồ điểm 1 và haikết quả này được so sánh tương ứng với bit kiểm tra im và ie mà máy thu

đã thu được ở nhánh dưới Kết quả việc so sánh nếu bit tin i không có lỗi thìtại điểm 3 và điểm 4 (đầu vào của mạch AND) sẽ cho giá trị “0” đầu ra mạchAND (điểm 5) sẽ có giá trị “0” như thế bit tin i được dịch chuyển trong bộ ghidịch mà giá trị không bị thay đổi Ngược lại nếu bit tin i có lỗi thì việc so sánhnhư trên làm cho đầu ra mạch AND có giá trị 1 và bit tin trước khi dịchchuyển sang ô nhớ tiếp theo sẽ bị thay đổi giá trị, tức là lỗi đã được sửa Bộ

ngắn nói riêng

15

các bitmang

tin

mi

i + m

e

e + i

các bitkiểm tra

4

53

2

1

thức điều chế và giải điều chế tín hiệu.

Tín hiệu đầu ra của thiết bị đầu cuối số liệu là tín hiệu số Tức là chuỗixung điện tương ứng với chuỗi các số “0”, ”1” Chuỗi xung này không trựctiếp truyền vào kênh thoại có giải tần từ 300Hz đến 3400 Hz được, vì thế khitruyền số liệu trên kênh thoại phải thực hiện điều chế ở đầu phát (Mudulation)

để chuyển thành tín hiệu tương tự (Analog), và giải điều chế ở đầu thu(Demodulation) để trở về tín hiệu số cho thiết bị đầu cuối (máy tính) Hai quátrình điều chế và giải điều chế do Modem đảm nhiệm Thường người ta thựchiện điều chế tín hiệu điều hoà hình sin, tín hiệu ít bị ảnh hưởng của cannhiễu Sau đây là một số phương pháp điều chế và giải điều chế sử dụng trong

kỹ thuật truyền số liệu

1.2.1 Điều chế và giải điều chế biên độ(Amplitude Shift Keying: ASK).

Phương pháp này là phương pháp điều chế đơn giản nhất Bản chất củaphương pháp này là biên độ của sóng mang được tắt (off) hoặc mở (on) tuỳthuộc vào mức tín hiệu số có mức “0” hay mức “1”

Ta có tín hiệu số : S(t) = ( 0, 1)

Tín hiệu tải hình sin :

Tín hiệu sau điều biên có dạng:

Do S(t)=(0 hoặc 1) nên:

 t A 0 cos 0 t 0

) cos( 0 0

0

0 ) (

t f t

f ASK

Hình 1.13 Bộ giải mã HAGELBERGER

Quá trình đó được thể hiện ở dưới đây:

Hình 1.14 Biểu đồ thời gian quá trình điều chế ASKĐầu thu, để giải điều chế dùng mạch tách sóng biên độ hoặc tách sóngnhân để khôi phục thông tin nhận được Nếu sử dụng điều biên nhiều mức cóthể nâng cao được tốc độ lên nhưng do tín hiệu bị suy giảm trên đường truyền

sẽ rất khó tách tín hiệu Trong kênh thông tin biên độ tín hiệu bị ảnh hưởngrất lớn của can nhiễu, mặt khác tốc độ của tín hiệu điều biên không thể nângcao được do bị hạn chế bởi dải tần của kênh Chính vì thế mà phương phápđiều chế này ít được ứng dụng trong thực tế, muốn khắc phục thì người tađiều biên nhiều mức

1.2.2 Điều chế và giải điều chế tần số (Frequency Shift Keying:FSK).

17

tt

t

1f(t)

f0(t)

fASK(t)

* Điều chế tần số: Tần số của tín hiệu sóng mang được thay đổi tuỳ theo sựthay đổi của mức tín hiệu số, cụ thể là có hai giá trị tần số sóng mang ứng vớihai mức tín hiệu số Tần số cao ứng với mức logic 1 (Mark), tần số thấp ứngvới mức logic 0 (Space) hoặc ngược lại Tất nhiên hai tần số này phải nằmtrong dải từ 300Hz đến 3400Hz (dải thông của kênh thoại).

Giả thiết giải tin có dạng:

Trong đó: (t) là pha tức thời của dao động

Gọi f1 là tần số của tải tin ứng với xung (+), ta có: f1=f0+f

Gọi f2 là tần số của tải tin ứng với xung (-), ta có: f1=f0- f

f: gọi là độ dịch tần

Gọi (t) là sự thay đổi pha của tải tin so với 0t, ta có:

(t)= (t)- 0t = .t

Trong đó m= /  = f / f gọi là chỉ số điều tần

Tín hiệu sau điều chế có dạng:

FFSK = Acos(0t + (t))= A.cos0t cos(t) - A.sin0t.sin(t)

t m

))

( cos(

) (

(1.2) )

(

dt

t d

tt 

(1.3)

0

10

)()

d t S t

0

))

(.(

)



Như vậy tốc độ Vx tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa 2 vạch phổ cho nênviệc chuyển đổi tốc độ trong Modem FSK là rất khó.

* Giải điềuchế: Để

Suy ra f = -Asin(t) (t)=-A.sin(t)[ 0 + .S(t)]

Thành phần tín hiệu sau bộ tách sóng là: A..S(t) đó chính là dãy xungtín hiệu sau giải điều chế

Cộng hưởng

f2

Bộ lọc thông thấp

Hình 1.17 Mạch cộng hưởng độc lậpTín hiệu điều chế tần số (fFSK) bao gồm 2 tần số f1 và f2 được đưa đến 2mạch cộng hưởng tương ứng Sau khi nắn, qua lọc và được đưa đến mạchkhuếch đại quyết định, đầu ra chúng ta có S*(t) chính là chuỗi số liệu cần thu.Phương pháp này có ưu điểm là tham số của tín hiệu sóng mang ít bị ảnhhưởng bởi can nhiễu cho nên độ tin cậy của tin tức khá cao, nhưng tốc độtruyền vẫn bị hạn chế bởi độ rộng băng tần kênh thoại.

Trong thực tế yêu cầu truyền số liệu với tốc độ cao là rất cần thiết Do đóngười ta đã nghiên cứu những phương pháp điều chế phù hợp hơn, một trongcác phương pháp đó là điều chế pha

1.2.3 Điều chế và giải điều chế pha(Phase Shift Keying: PSK)

Tốc độ số liệu (Data rate), hay còn được gọi là tốc độ bit đơn vị tính là bit/giây (bps): là số bit thông tin được truyền đi trong 1 giây

Tốc độ điều chế (Modulation rate), hay còn được gọi là tốc độ baud, đơn

vị là baud Khi áp dụng các phương pháp điều chế thì tốc độ baud là số chu kỳđiều chế trong 1 giây Khi truyền số liệu trên kênh thoại, do sự hạn chế củadải thông, thường tốc độ điều chế tối đa được dùng là 2400 baud

Phương pháp điều pha là dùng dãy tín hiệu số để điều chế tham số pha củasóng mang

Giả thiết tín hiệu sóng mang là: f0(t) = ACos(0t + )

Chuỗi xung S(t) làm thay đổi (t) một lượng là (t)

Ta có tín hiệu sau điều chế là: fPSK(t) = ACos[0t +(0 + (t))]

= ACos(0t +0).Cos(t)- ASin(0t +0).Sin(t)

Đặt S1(t) = A Cos(t), S2(t) = A Sin(t)

=> fPSK(t) = S1(t).Cos(0t +0) + S2(t) Sin(0t +0)

Ta thấy tín hiệu điều pha là tổng của 2 tín hiệu điều biên vuông góc

 Điều pha 2 mức (Binary Phase Shift Keying: BPSK)

Nếu ta chọn: (t) = 0 ứng với S(t) = 1

(t) =  ứng với S(t) = 0Suy ra:

Tín hiệu điều pha sẽ có dạng: fBPSK(t) =  ASin(0t +0)

Hình 1.18 Giản đồ thời gian giải điều chế BPSK

Muốn giải điều chế ở đầu thu, tái tạo lại sóng mang f0 bằng cách nhân fBPSK

với chính nó qua mạch chia ta nhận lại f0

21

1 1

S 2( ) 0

1 t S

Tín hiệu fBPSKđược nhân với f0 sau đó cho qua bộ lọc thông thấp (LPF)

ta nhận lại chuỗi tín hiệu số

 Điều pha 4 mức (Quaternary Phase Shift Keying: QPSK)

Khái niệm Modem đạt tốc độ bit (1200 bps) từ tốc độ baud (600 baud) làkhi truyền không đồng bộ, một byte được phân chia thành các cặp bit (dibit)

Ta có thể chọn 4 góc pha ứng với 4 cặp bit là:

Nếu ta chọn 4 góc pha kiểu khác là:

 Điều pha vi sai (Differential Phase Shift Keying: DPSK)

Phương pháp này là một dạng PSK nhằm để khắc phục nhược điểm củaPSK là thiết bị thu cần phải biết chính xác cả tần số và pha của thiết bị phát đểkhôi phục chính xác số liệu, đảm bảo không lỗi, không lấy chính luồng bit dữliệu để điều chế mà lấy luồng bit mô tả sự sai khác của bit này với bit trước

đó để thực hiện điều chế Đầu thu, bộ giải điều chế chỉ cần so sánh lượng dịchpha giữa 2 bit liên tiếp để xác định ra mã nhị phân mà không cần quan tâmđến trị số chính xác về tần số và pha của sóng mang phát

1.2.4 Điều chế biên độ cầu phương (Quadrature Amplitude Modulation: QAM)

Sóng điều biên cầu phương QAM có thể nhận được bằng cách thay đổiđồng thời 2 tham số biên độ và pha Đây là phương pháp điều chế có hiệu quảđối với mã nhiều mức và được dùng nhiều trên các Modem hiện đại Một tín

23

hiệu hình Sin có dạng Cos(t + ) có thể được biểu diễn bằng tổng của 2 hàmlượng giác như sau:

Acos(t + ) = A.Cos.Cost- A.Sin.Sint = Xi Cost- XqSint Trong đó: Cost và Sint là các tín hiệu sóng mang hình Sin, lệch phanhau 900, Cos và Sin là các hệ số tương ứng Nếu chọn các hệ số thích hợp

ta có thể biểu diễn được tất cả các điểm tín hiệu điều chế nhiều mức

Do Xi(t) và Xq(t) là các sóng điều biên vuông góc với nhau nên sóng thuđược sau khi kết hợp chúng được gọi là sóng điều biên cầu phương

Thực hiện điều chế QAM như sau:

Hình 1.20 Điều chế QAMGiải điều chế QAM

Cost

Xi

Xq

Hình 1.21 Giải điều chế QAM

Chương II

THIẾT BỊ MODEM

2.1 Nguyên tắc làm việc của thiết bị Modem

Modem là thiết bị truyền tin quan trọng Nhờ nó mà các thông tin trongmáy tính được truyền dẫn đi xa, hoà nhập vào mạng truyền tin truyền thống,tạo thành một cấu trúc thống nhất của công nghệ thông tin hiện đại Để có thể

sử dụng Modem, chúng ta bắt đầu từ nguyên tắc làm việc của nó

Khi khởi động, Modem ở chế độ Command Mode Ta có thể đặt cấu hìnhcho Modem bằng cách sử dụng các lệnh AT chuẩn Lúc này chương trình ởchế độ Intractiv (tương tác) hoặc chế độ Terminal Sau khi nhận mỗi lệnh chỉđịnh hoạt động, Modem sẽ cho lại mã kết quả để thông báo với người sửdụng Các lệnh có thể được đưa ra dưới dạng một chuỗi có hoặc không có dấutrắng (space) cho dễ đọc Còn khi thực hiện, Modem sẽ bỏ qua các dấu cáchnày Trong khi nhập lệnh có thể dùng các phím xoá (Delete), hoặc phímBackspace để sửa lỗi Các ký tự trong câu lệnh có thể ở dạng chữ hoa hay chữthường Tất cả các lệnh đưa ra cho Modem đều bắt đầu bằng hai chử AT (mãbắt đầu cho mỗi dòng lệnh), ngoại trừ lệnh A/ và tổ hợp lệnh thoát (+++0)

mã này được sử dụng để Modem xác định tốc độ bit và cấu trúc của dữ liệu(bit/char, start, stop)

Trong một dòng có thể đặt một hay nhiều lệnh, giữa các lệnh có thể đặtdấu cách hoặc không Dòng lệnh phải được kết thúc bằng ký tự CR (Cariage

25

Return : về đầu dòng) và giá trị của nó là #13 Các câu lệnh không có mã kếtthúc sẽ bị bỏ qua Khi nhận xong mã kết thúc, các lệnh nối tiếp sau AT sẽđược tuần tự thực hiện và Modem trả lại mã kết quả tương ứng, mỗi dònglệnh không được dài quá 40 ký tự nếu không sẽ bị lỗi

2.2 Các giao thức của Modem.

2.2.1 Các giao thức điều khiển dòng dữ liệu (Flow Control Protocol).

Giao thức này còn được gọi là giao thức bắt tay (Handshaking) FlowControl cho phép đặt ON hoặc OFF dòng thông tin giữa các thiết bị truyền.Giao diện giữa DTE và DCE là cổng RS232, giao diện giữa DCE và kênhthông tin là cổng Modem

Phần lớn các máy tính và DTE có khả năng Flow Control, trường hợpkhông có thì giao thức này phải bị cấm trên cổng Modem và cần phải điềuchỉnh tốc độ trên cổng RS-232 bằng tốc độ cổng Modem

Modem có thể truyền và nhận dữ liệu trên cổng RS-232 có tốc độ khác tốc

độ cổng Modem Nếu tốc độ truyền trên cổng RS-232 ra Modem sẽ bị đầy,lúc này nếu có giao thức Flow Control thì tránh được mất dữ liệu

Flow Control đưa ra một số phương pháp để thiết bị thu có thể điều khiểndòng dữ liệu từ thiết bị phát đó là :

+ Hardware Flow Control (điều khiển dòng dữ liệu bằng phần cứng)

+ Software Flow Control (điều khiển dòng dữ liệu bằng phần mềm)

 Giao thức điều khiển dòng dữ liệu bằng phần cứng

Khi nối ghép giữa 2 thiết bị thu và phát cần các đường nối vật lý giữachúng để chuẩn hoá việc ghép nối các chân, dạng jack cắm, mức điện Ngoàicác đường truyền số liệu như đường số liệu phát TxD, đường số liệu thu RxD,đường đất vỏ máy các thủ tục này còn quy định rõ các đường dùng cho việc

điều khiển luồng Các đường này gọi là đường Flow Control (điều khiển dòng

dữ liệu) Một trong những chuẩn rất thông dụng là RS-232

DCE (Modem) dùng đường DSR (tín hiệu số liệu thiết bị sẵn sàng) làđường chính để thông báo cho DTE (thiết bị đầu cuối ) biết nó đã được cấpnguồn và sẵn sàng nhận dữ liệu của DTE và dùng đường CTS (tín hiệu chophép phát) là đường phụ để báo cho DTE biết dừng hoặc tiếp tục phát dữ liệu.DTE dùng đường DTR là đường chính để thông báo cho DCE biết nó sẵnsàng nhận dữ liệu của DCE và dùng đường RTS (tín hiệu yêu cầu phát) làđường phụ để báo cho DCE biết DTE sẵn sàng phát dữ liệu

 Giao thức điều khiển dòng dữ liệu bằng phần mềm

Trong giao thức này việc liên lạc giữa DTE và DCE được thực hiện bằngcác lệnh truyền đi, theo các đường TxD và RxD được xem như các dữ liệu

Có một số thủ tục để bắt tay liên lạc bằng phần mềm nhưng thông dụng nhất

là thủ tục XON/XOFF Nội dung của nó như sau :

Đầu thu gửi ký tự DC3 (tương ứng CTRL-S có địa chỉ 19 thập phân, 13Htrong bảng mã ASSCII) cho đầu phát khi muốn đầu phát ngừng việc phát dữliệu, đây là thủ tục XOFF

Đầu thu gửi ký tự DC1 (tương ứng CTRL-Q có địa chỉ 17 thập phân ,11H) cho đầu phát khi muốn đầu phát tiếp tục phát dữ liệu, đây là thủ tụcXON

Việc gửi DC3 hay DC1 tuỳ thuộc vào bộ đệm đầy hoặc rỗng Sự bắt tayliên lạc bằng phần mềm được sử dụng khi thực hiện thông tin giữa 2 PC

2.2.2 Các giao thức truyền file

 Thủ tục phi chuẩn:

Khi truyền một file dữ liệu, có thể truyền lần lượt từng byte cho đến khigặp ký tự EOF (End Of Transmission) Thủ tục này bỏ qua công đoạn kiểm

27

tra phát hiện lỗi nên chỉ sử dụng để truyền các thông tin không đòi hỏi caolắm về độ tin cậy Đây là một thủ tục không được chuẩn định Để tăng độ tincậy, có thể thực hiện phát lặp lại file số liệu với một số lần nhất định Đầu thutiến hành xử lý để chọn bản tin ít lỗi nhất, thủ tục này đơn giản nhưng làmgiảm hiệu suất sử dụng kênh truyền, và khi đường truyền tốt việc phát lại làthừa, khi kênh quá xấu thì chưa đủ độ tin cậy

Về nguyên tắc có thể sử dụng mã sửa sai để phát hiện và sửa lỗi, nhưngviệc thêm nhiều phần tử kiểm tra vào chuỗi tin sẽ làm giảm hiệu suất kênhtruyền Thực tế người ta thường tổ chức thông tin thành các gói (Packet) cócác byte kiểm tra, cho phép phát hiện lỗi trong các gói tin để yêu cầu truyềnlại gói tin đó Các thủ tục dựa theo nguyên tắc vừa đảm bảo độ tin cậy cầnthiết, vừa đảm bảo hiệu suất kênh

 Yêu cầu tự động lặp lại (Automatic Repeat Request : ARQ)

Bản chất của thủ tục này là các gói tin bị lỗi hoặc không có xác nhận từphía thu sẽ được tự động truyền lại

+ Giao thức ARQ truyền và đợi (Send and Wait ARQ) :

Sau khi truyền xong một khối tin, nếu phía thu nhận đúng sẽ báo về bênphát tín hiệu nhận đúng ACK (Acknowledge) sau đó tiếp tục truyền gói tinmới, trường hợp gói tin có lỗi thì tín hiệu báo lại là NAK (Negative

PhátThu

Acknowledge), bên phát sẽ tự động phát lại gói tin đó cho tới khi nào bên thunhận đúng

+ Giao thức ARQ truyền liên tục

Bên phát truyền liên tục toàn bộ các gói tin, bên thu cứ tiến hành kiểm tra

và báo về các thông tin ACK hoặc NAK nhưng kèm theo NAK là số thứ tựcủa gói tin bị lỗi Sau khi truyền xong toàn bộ dữ liệu bên phát truyền lại cácgói tin bị lỗi đó Các gói dữ liệu được hình thành từ các trường điều khiển vàtrường dữ liệu, dưới đây là cấu trúc điển hình của gói dữ liệu:

Hình 2.2 Cấu trúc gói dữ liệuTrong các file văn bản chứa các ký tự mã ASCII cộng với 6 ký tự điềukhiển là: BS, HT, LE, VT, EF và CR Vì vậy trong trường dữ liệu không được

có các ký tự điều khiển khác ngoài 6 ký tự trên ở hình :

- SOH (Start Of Header) : Bắt đầu khối

- PACKED No : Số thứ tự khối

- STX (Start Of Text) : Byte đánh dấu đầu trường văn bản

- ETX (End of Text) : Byte đánh dấu kết thúc văn bản

- CHECK VALUE : Một hay nhiều byte dùng để kiểm tra lỗi

Khi cần truyền dữ liệu không hiểu thì không thể dùng ký tự đặc biệt đểđánh dấu đầu và cuối trường dữ liệu nên tổ chức như hình :

Hình 2.3 Gói dữ liệu có giới hạn kích thướcLEN (Length) : Độ dài trường dữ liệu

29SOH PACKED No STX DATA ETX CHECK VALUE

SOH PACKET No LEN DATA CHECK VALUE

Ngoài ra còn dạng gói dữ liệu kích thước cố định, dạng gói này thường sửdụng trong thủ tục XModem Thủ tục XModem là một thủ tục sử dụng rộngrãi trong các hệ thống truyền số liệu Thủ tục này được thiết kế cho thông tingiữa các máy tính cá nhân (PC), sau đó được phát triển cho cả các máy tính

cỡ lớn XModem bao gồm cả việc kiểm tra lỗi, nó chia dữ liệu thành các khối(Block) Mỗi khối bao gồm 1 byte SOH (01H trong bảng mã ASCII), 1 byte

số thứ tự của khối được đánh số từ 1 đến 255 sau đó quay lại từ 1, một bytephần bù số thứ tự của khối (tức là 255-số thứ tự của khối), 128 byte dữ liệu, 1byte tổng kiểm tra (Checksum) là tổng của 128 byte dữ liệu

Dạng khối XModem như hình

Hình 2.4 Gói dữ liệu XMODEM

2.2.3 Các giao thức MNP(Microcom Networking Protocol)

Giao thức này cho phép phát hiện và sửa lỗi trong dòng số liệu khôngđồng bộ(Asynchronous Data) và trong các thủ tục truyền file MNP tươngứng với tầng liên kết dữ liệu trong mô hình tham chiếu mạng OSI(OpenSystem Interface) của ISO, cho phép bảo đảm truyền dữ liệu- điểm rất antoàn

Có 4 lớp MNP mà thuộc tính cơ sở của chúng là mỗi một lớp có thể làmviệc với các lớp mức thấp hơn Khi muốn liên kết MNP được thiết lập, haithiết bị sẽ đàm thoại và sau đó hoạt động với lớp cao nhất cho phép Các thiết

bị MNP cũng có thể làm việc với các thiết bị không MNP Tất cả các MNP

SOH BLOCK COMPLEMENT DATA CHECK SUM(1 byte) No BLOCK No (128 byte) (1 byte)

(1-255) (255-số thứ tự khối)

lớp đóng gói các dữ liệu không đồng bộ thành các gói liên kết trước khitruyền.

 MNP lớp 1: MNP lớp 1 sử dụng phương pháp đồng bộ theo ký tự,bán song công(Halp Duplex) không đồng bộ Hiệu suất của các Modem sửdụng giao thức này khoảng 70%

 MNP lớp 2: MNP lớp 2 tiếp thêm khả năng song Duplex) cho MNP lớp 1 Hiệu suất của các Modem sử dụng giao thức nàykhoảng 84% Thực tế Modem MNP lớp này tốc độ là 2400bps nhưng chỉ đạttốc độ là 2000bps

công(Full- MNP lớp 3: MNP lớp 3 truyền theo phương pháp đồng bộ, theo bitHaft Duplex có định dạng, trong đó giảm bớt việc truyền các bit Start và Stop.Hiệu suất của các Modem sử dụng giao thức này khoảng 108%, như vậy mộtModem tốc độ 2400bps có thể đạt trong thực tế là 2600bps

 MNP lớp 4: MNP lớp 4 thêm khả năng đóng gói tin thíchnghi(Adaptive Size Packet Assebly) và khả năng tối ưu hoá định dạng dữliệu(Data Phase Packet Format Optimization) để cải thiện hiệu suất củaModem Trong quá trình truyền dữ liệu MNP theo dõi tính an toàn của trườngtruyền dẫn dữ liệu Nếu kênh truyền hoàn toàn không có lỗi, MNP sẽ tăngkích thước của trường dữ liệu trong mỗi gói tin, tức là tăng mật độ dữ liệutrên kênh Nếu dữ liệu có sai sót MNP sẽ chuyển sang đóng gói các gói tinnhỏ hơn, lúc này dữ liệu trên kênh giảm Giao thức MNP lớp 4 tối ưu hoáđịnh dạng dữ liệu bằng cách giảm bớt các thông tin quản lý thừa ở phần đầucủa các khung Hiệu suất của Modem khoảng 120%, Modem tốc độ 2400bps

có thể đạt tới 2900bps Các thiết bị sử dụng MNP lớp 4 nên đặt tốc độ4800bps để tận dụng hết khả năng của giao thúc này

2.3 Ghép nối Modem với hệ truyền số liệu

31

Đại đa số các máy vi tính được thiết kế có các cổng vào ra (I/O ports) đểtrao đổi số liệu với các thiết bị ngoại vi Khi ở cự ly gần, số liệu có thể truyềnsong song các bit để nâng cao tốc độ cổng giao tiếp để truyền số liệu, theocách này gọi là cổng song song (Parallel port) điển hình là cổng nối với máyin.

Khi truyền số liệu đi xa, không thể truyền song song các bit mà phảitruyền nối tiếp theo phương thức đồng bộ hay không đồng bộ (SerialSyncronous hay Serial ASyncronous)

2.3.1 Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của hệ vi xử lý

Hệ vi xử lý là hệ cơ sở để xây dựng các hệ tin học khác , có các chức năngkhác nhau Trong thực tế bộ vi xử lý còn phải kết hợp thêm các bộ phận điện

tử khác như bộ nhớ và các bộ phối ghép vào ra để tạo nên một hệ vi xử lýhoàn chỉnh Một trong những ứng dụng điển hình của hệ vi xử lý là các thiết

bị vi tính

Thiết bị vi tính có thể định nghĩa như một cấu trúc mạng các modul cáckhối chức năng dưới dạng các IC có mức độ tổ hợp lớn và cực lớn (LSI hoặcVISI) có nhiệm vụ xử lý, gia công tín hiệu lưu trữ và biến đổi thông tin thựchiện các mối giao tiếp giữa hệ và thế giới xung quanh

Cấu trúc của bộ vi xử lý có thể khác nhau tuỳ thuộc vào các chủng loạiCPU cụ thể Song trong mọi trường hợp, chức năng cơ bản của chúng vẫnnhư nhau và trình tự thao tác vẫn tuân theo một logic chung Các chức năngchính đều được thực hiện ở khối xử lý trung tâm đó là các bộ vi xử lý, chứcnăng lưu trữ thông tin thuộc về các bộ nhớ ROM và RAM và các chủng loạikhác Ngoài ra còn có các khối thực hiện các chức năng trao đổi thông tingiữa hệ và các đối tượng khác ở bên ngoài đó là các cổng vào ra (I/O) thôngtin

Hình 2.5 Khối chức năng của hệ vi xử lýTrong sơ đồ này ta thấy rõ các khối chức năng chính của hệ vi xử lý gồm: + Khối xử lý trung tâm (Central Processing Unit : CPU)

+ Bộ nhớ bán dẫn (Memory, M)

+ Khối phối ghép với các thiết bị ngoại vi (input/output : I/O)

+ Các bus truyền thông tin

Ba khối chức năng đầu liên hệ với nhau thông qua tập các đường dây đểtruyền tín hiệu gọi chung là bus hệ thống Bus hệ thống bao gồm 3 bus thànhphần, ứng với các tín hiệu địa chỉ dữ liệu và điều khiển ta có bus địa chỉ, bus

dữ liệu và bus điều khiển

Hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, các thiết bị ứngdụng vi xử lý được phát triển rộng rãi và được chế tạo dưới dạng các thiết bịchuẩn như các máy tính PC, các bộ điều khiển trong công nghiệp PLC ,

33

Thanh ghi ngoài

Thanh ghi trong

Bus điều khiểnBus dữ liệu

Bộ xử lý

trung tâm

(CPU)

Bộ nhớ (Memory) ROM-RAM

Phối ghép vào / ra (I/O)

Thiết bị vào Thiết bị ra

Bus địa chỉ

bên cạnh đó các hãng vẫn sản xuất các chíp vi xử lý đơn (các bộ vi xử lý như

8088, 8085 , 8051 , 8952 , Z28 ) Tuỳ theo điều kiện ứng dụng ta có thể căn

cứ vào nhu cầu của thực tế để lựa chọn phương án thích hợp

2.3.2 Một số chuẩn ghép nối thiết bị :

Bộ vi xử lý giao tiếp với các thiết bị ngoại vi qua khối phối ghép Bộ phốighép cụ thể giữa bus hệ thống với các ngoại vi thường được gọi là các cổng,như vậy ta sẽ có các cổng vào để lấy thông tin, các cổng ra để đưa thông tin từtrong hệ ra ngoài Tuỳ theo nhu cầu cụ thể của công việc, các mạch cổng này

có thể được xây dụng từ các mạch logic đơn giản hoặc từ các vi mạch chuyêndụng lập trình được

Với mục đích sử dụng các bộ vi xử lý để thực hiện điều khiển thu thập dữliệu thiết lập các đường truyền số liệu Các thiết bị chuẩn thường được nốighép với hệ vi xử lý theo các chuẩn nối ghép Sau đây là một số chuẩn ghépnối thông dụng

 Ghép nối nối tiếp- chuẩn RS-232C :

Chuẩn RS-232C là chuẩn truyền tin nối tiếp tiêu chuẩn (Standard) củahiệp hội công nghiệp điện tử (ElectronicIndustries Asociation: EIA) để traođổi số liệu và các tín hiệu điều khiển giữa một thiết bị đầu cuối số liệu (DTE-Data Terminal Equipment) và một thiết bị truyền dẫn số liệu (DCE- DataCommunication Equipment) Các tín hiệu điều khiển :

- TxD (Transmit Data) : số liệu phát, TxD là đường truyền số liệu từ máy ra

Modem, dãy tín hiệu nhị phân được truyền nối tiếp, không đồng bộ

- RxD (Transmit Data) : số liệu thu RxD là đường thu số liệu từ Modem

vào máy tính

- RTS (Requet To Send) : tín hiệu yêu cầu phát Máy tính báo cho Modem

biết có yêu cầu truyền số liệu

- CTS (Clear To Send) : Tín hiệu cho phép phát Modem báo cho máy tính

biết rằng nó đã sẵn sàng phát

- DSR (Data Set Ready) : tín hiệu thiết bị số liệu sẵn sàng Modem báo cho

máy tính biết rằng đã sẵn sàng làm việc

- CD (Carier Detect) : thiết lập đường truyền Modem báo đã phát hiện

 Ghép nối qua khe cắm PC 8 bit (SLOT PC 8 bit)

Khe cắm PC 8 bit là một cấu trúc bus mở rộng, đã được sử dụng trong các máy XT đầu tiên, cấu trúc bus này không phức tạp, dễ hiểu và cung cấp một năng lực bus mở rộng rẻ tiền nhưng rất hiệu quả

Cho tới tận ngày nay tất cả các kiểu PC vẫn còn hỗ trợ cho kiểu bus này dành cho các Card điều hợp bus mở rộng 8 bit

CD CTS RTS

RI SGND FGND

8250A

MS OUT1

OUT2 D0 INTR D1 CSOUT

DDIS D7

/DTR /ADS DISTR RTS DOSTR /DISTR /DOSTR

SOUT A0

A1 A2

CS0 CS1 /CS2

XTAL2 XTAL1 /RLSD

/DSR /CTS /RI SIN RCLK /BAUDOUT

Vcc

Tíi ®Çu ng¾t

M¹ch t ¬ng thÝch RS232C MC1488/

75150-P

Tíi MODEM

M¹ch t ¬ng thÝch 75154

H×nh2.8 Nèi ghÐp UART 8250A víi hÖ vi xö lý

Hình 2.7 SLOT PC 8bit

 Nối ghép UART 8250A với hệ vi xử lý

Các đường tín hiệu liên kết giữa 8250 với vi xử lý và Modem đượctrình bầy như trên hình 2.8

37