Tổng quan: UART, RS-485 và Modbus RTU

• UART: đóng khung dữ liệu
• RS-485: đường truyền vi sai
• Modbus RTU: hỏi và đáp

Bạn sẽ học được gì

• Phân biệt được UART, RS-485 và Modbus RTU.
• Nối đúng TX và RX giữa hai thiết bị.
• Hiểu rằng trong trao đổi unicast cơ bản, master hỏi và slave có địa chỉ khớp thường trả lời.

Cần biết trước

Nên biết tín hiệu số là gì.

UART nối hai thiết bị ra sao?

UART là khối mạch chịu trách nhiệm thực hiện truyền thông nối tiếp. Không đồng bộ nghĩa là dữ liệu được truyền mà không cần tín hiệu xung nhịp ngoài. Trong liên kết UART hai chiều giữa hai thiết bị, RX thường nối với TX của thiết bị kia và ngược lại. Cần kiểm tra mức điện áp tín hiệu tương thích; không nối trực tiếp các giao diện có mức điện áp không phù hợp.

Đường TX/RX của UART không phải là bus RS-485. Trong thiết kế tham khảo của TI, bộ phát RS-485 tự được bật khi MCU hoặc UART xuất dữ liệu. Đây là thiết kế có bộ thu phát riêng, không phải việc nối thẳng chân UART vào cặp dây bus.

• Thiết bị thứ nhất
• Thiết bị thứ hai
• Đường nối chéo TX và RX

RS-485 đưa tín hiệu đi xa như thế nào?

Bộ thu RS-485 so sánh hiệu điện áp giữa hai đường, thay vì mức điện áp tuyệt đối trên một đường; tín hiệu vi sai vẫn có giới hạn điện áp common-mode của bộ thu. Tín hiệu vi sai và cáp xoắn cho phép RS-485 truyền xa hơn nhiều so với RS-232. Trong nhóm RS-232, RS-422, RS-423 và RS-485, RS-485 là giao diện duy nhất có thể nối nhiều bộ phát và nhiều bộ thu trong cùng một mạng.

• Cặp dây vi sai xoắn
• Các thiết bị trên đường

Modbus RTU hỏi và đáp thế nào?

Modbus là giao thức hỏi và đáp, thực hiện theo quan hệ master và slave. Trong trao đổi unicast, địa chỉ trong phần đầu bản tin xác định thiết bị đích cần trả lời. Theo ví dụ của NI, trên phần lớn mạng Modbus RTU, master có thể gửi lệnh đầu ra tới địa chỉ broadcast 0; các slave được kỳ vọng xử lý yêu cầu và không trả lời. Việc xử lý thành công không được bảo đảm. Modbus RTU dùng các khoảng lặng trên đường truyền để phân khung.

• Master
• Slave có địa chỉ khớp
• Khoảng lặng

Ví dụ trong đời sống

Ví dụ giả định, không phải hướng dẫn đấu dây: hãy cùng người lớn hình dung một dãy đồng hồ đo trong tòa nhà. Trong cấu hình minh họa này, một cặp dây xoắn dùng chung và hệ thống giám sát hỏi từng đồng hồ theo địa chỉ; đồng hồ đích trả lời khi nhận và xử lý yêu cầu unicast thành công.

Hiểu lầm thường gặp

TX nối với TX là đúng. Trong liên kết UART hai chiều giữa hai thiết bị, RX thường nối với TX của thiết bị kia và ngược lại. Cần kiểm tra mức điện áp tín hiệu tương thích; không nối trực tiếp các giao diện có mức điện áp không phù hợp.

Đường TX/RX của UART không phải là bus RS-485. Trong thiết kế tham khảo của TI, bộ phát RS-485 tự được bật khi MCU hoặc UART xuất dữ liệu. Đây là thiết kế có bộ thu phát riêng, không phải việc nối thẳng chân UART vào cặp dây bus.

RS-485 đo điện áp so với đất. Bộ thu so sánh hiệu điện áp giữa hai đường.

Câu hỏi thường gặp

UART là gì?

Khối mạch chịu trách nhiệm thực hiện truyền thông nối tiếp.

Vì sao RS-485 truyền xa hơn RS-232?

Nhờ tín hiệu vi sai và cáp xoắn.

Master và slave khác nhau thế nào?

Modbus dùng quan hệ master và slave trong mô hình cơ bản: master khởi tạo yêu cầu, còn phản hồi phụ thuộc loại yêu cầu và địa chỉ; broadcast không có phản hồi.

Modbus RTU phân khung bằng gì?

Bằng các khoảng lặng trên đường truyền.

Tóm tắt

• UART thực hiện truyền thông nối tiếp không đồng bộ qua RX và TX.
• RS-485 dùng tín hiệu vi sai và cáp xoắn để truyền xa hơn; cự ly thực tế còn phụ thuộc tốc độ truyền và điều kiện đường truyền.
• Modbus RTU là hỏi và đáp theo địa chỉ, phân khung bằng khoảng lặng.