Chapter 1 Overview
เนื่องจาก RS-422 และ RS-485 เป็นการส่งข้อมูลในระบบสมดุลย์ ( Balanced System ) เหมือนกัน จึงนำมากล่าวไว้ในบทเดียวกัน และต่อไปนี้จะแทนมาตรฐาน EIA/TIA – 422 ด้วย RS-422 และแทนมาตรฐาน EIA/TIA – 485 ด้วย RS-485
การส่งข้อมูล (Data Transmission Signals)
ตัวส่งแบบไม่สมดุลย์ ( Unbalanced line driver )
ระดับสัญญาณที่ส่งในระบบไม่สมดุลย์ RS-232 เป็นระบบที่วัดระดับแรงดันสัญญาณเทียบกับสายกราวด์ ยกตัวอย่างเช่น ในการส่งข้อมูล ( Transmission Data : TD ) จากอุปกรณ์ ( Data Terminal Equipment : DTE ) ผ่านหัวต่อแบบ DB-25 จะส่งสัญญาณข้อมูลทางขา 2 โดยการวัดระดับแรงดันของสัญญาณจะวัดเทียบกับสายกราวด์
( Signal ground) ที่ขา 7 ถ้าสายส่งข้อมูลอยู่ในสถานะ idle ระดับแรงดันจะมีค่าเป็นลบ และเมื่อทำการส่งข้อมูลระดับแรงดันจะเปลี่ยนแปลงในช่วงค่าบวกและค่าลบ โดยมีระดับแรงดันอยู่ในช่วง +- 5 V ถึง +- 15 V รูปที่ 1.1 แสดงการทำงานที่ตัวรับของ RS-232 โดยจะทำงานในระดับแรงดันช่วง +3 ถึง +12 และ -3 ถึง -12

ตัวส่งแบบสมดุลย์ ( Balanced line driver )
ระบบสมดุลย์จะส่งสัญญาณผ่านสาย 2 เส้น รูปที่1.2 แสดงรูปแบบและระดับแรงดัน ตัวส่งจะส่งแรงดันช่วง 2-6 V ที่เอาท์พุทระหว่าง A และ B ระบบจะมีการเชื่อมต่อสายกราวด์ 1 เส้น สายกราวด์ในระบบนี้ไม่ได้ใช้ในการส่งสัญญาณหรือหาสถานะลอจิกของข้อมูล แต่สายกราวด์มีความสำคัญคือใช้เป็นจุดอ้างอิงของระบบ การวัดสัญญาณข้อมูลจะถูกวัดเทียบกับสายกราวด์ ในการส่งข้อมูลตัวส่งจะได้รับสัญญาณหนึ่งเรียกว่าสัญญาณควบคุม หรือ Enable
signal ซึ่งเชื่อมต่อระหว่างตัวส่งและเทอร์มินอล A และ B ที่เอาท์พุท ตัวส่งจะส่งสัญญาณควบคุมซึ่งเปรียบเสมือนเป็นเอาท์พุทที่ 3 นอกจากการส่งสถานะลอจิก 1 หรือ 0 ให้กับเทอร์มินอล ถ้าสัญญาณควบคุมอยู่ในสถานะ OFF จะหมายถึงตัวส่งตัวนั้นไม่ได้ต่ออยู่กับสายสัญญาณและไม่สามารถส่งสัญญาณข้อมูลได้ หรืออยู่ในสถานะ disable หรือ tri-state

ตัวรับแบบสมดุลย์ ( Balanced line receiver )
ตัวรับในระบบสมดุลย์จะถูกเชื่อมต่อด้วยสายส่งสัญญาณข้อมูลและสายกราวด์ โดยจะรับสถานะของสัญญาณได้โดยวัดความแตกต่างของระดับแรงดันที่สายอินพุทของตัวรับ หรือ วัดระหว่างเทอร์มินอล A และ B ( Vab ) ดังแสดงในรูปที่1.3 ถ้าแรงดันมีขนาดมากกว่า +200 mV จะถูกกำหนดให้มีสถานะเป็นลอจิกค่าหนึ่ง และถ้ามีขนาดน้อยกว่า -200 mV จะถูกกำหนดให้มีสถานะตรงข้าม เนื่องจากอาจเกิดการลดทอนสัญญาณ ( Attenuate )ขึ้นในสายส่ง
ที่ตัวรับจึงถูกออกแบบให้สามารถรับความแตกต่างระดับแรงดันของสัญญาณได้ในช่วงที่กว้างกว่าตัวส่งคือ +- 200 mV ถึง +- 6 V ในขณะที่แรงดันที่ตัวส่งอยู่ในช่วง +- 2 V ถึง +- 6 V

การส่งข้อมูลตามมาตรฐาน RS-422 ( EIA Standard RS-422 Data Transmission )
รูปที่1.4 เป็นการเชื่อมต่อทางมาตรฐาน RS-422 แบบ 4 สาย ซึ่งประกอบด้วยสายตัวนำ 5 เส้น ( สายสัญญาณ 4 เส้น และสายกราวด์ 1 เส้น ) โดยสถานะในการส่งดังนี้
- ถ้าแรงดัน A เทียบ B ( Vab ) มีค่าเป็นลบ จะถูกกำหนดให้มีสถานะลอจิก 1 หรือ MARK หรือ OFF
- ถ้าแรงดัน A เทียบ B ( Vab ) มีค่าเป็นบวก จะถูกกำหนดให้มีสถานะลอจิก 0 หรือ SPACE หรือ ON

รูปที่ 1.5 แสดงระดับแรงดันของวงจรสมดุลย์ของตัวเปลี่ยนจาก RS-232 เป็น RS-485 ( RS-232 to RS-485 Converter )ขณะที่อยู่ในสถานะ idle หรือ off ระบบ RS-422 จะเรียกขั้วเป็น A และ B หรือขั้ว – และ + โดยจะเทียบขั้ว A เข้ากับขั้ว – และเทียบขั้ว B เข้ากับขั้ว + ในระบบ RS-422 สามารถทนแรงดันระหว่างสายสัญญาณและสายกราวด์ หรือ Common Mode Voltage หรือ Vcm ได้ในช่วง ฑ 7 V ซึ่งในรูปที่ 1.5 ก็สามารถแทน RS-422 ด้วย RS-485 ได้เช่นกัน

การส่งข้อมูลตามมาตรฐาน RS-485 ( EIA Standard RS-485 Data Transmission )
RS-485 เป็นการส่งข้อมูลในระบบสมดุลย์ สายสัญญาณ 1 คู่สายสามารถติดต่ออุปกรณ์ได้ถึง 32 ตัว คุณสมบัติของอุปกรณ์ในระบบ RS-422 และ RS-485 มีลักษณะคล้ายคลึงกัน สำหรับในระบบ RS-485 สามารถทนแรงดันระหว่างสายสัญญาณและสายกราวด์ หรือ Common Mode Voltage หรือ Vcm ได้ในช่วง – 7 V ถึง +12 V ซึ่งมากกว่าอุปกรณ์ในระบบ RS-422

รูปที่ 1.6 Typical RS – 485 Two Wire Multidrop Network

รูปที่1.6 แสดงระบบเครือข่ายที่เรียกการต่อในลักษณะนี้ว่า two-wire multidrop จากรูปสังเกตุได้ว่ามีการต่อความต้านทานขั้วที่โหนดปลายทั้งสองด้านของสายส่งแต่ไม่มีการต่อขั้วปลายที่โหนดที่อยู่ระหว่างสายส่ง การต่อขั้วปลาย ( termination ) มักใช้กับระบบที่มีอัตราการส่งข้อมูลสูงและระยะทางยาว รายละเอียดของการต่อขั้วปลายจะกล่าวถึงในบทที่ 2 สำหรับสายกราวด์ที่มีความจำเป็นมากในระบบ RS-485นี้จะกล่าวถึงในบทที่ 4

รูปที่1.7 แสดงระบบ RS-485 แบบ 4 สาย ประกอบด้วยสายสัญญาณ 4 เส้น และสายกราวด์ 1 เส้น มีลักษณะการติดต่อแบบโหนดแม่ ( master node ) และโหนดลูก ( slave node ) ตัวส่งของตัวแม่จะต่อถึงตัวรับของตัวลูกทุกตัวผ่านสายสัญญาณ(โดยมากใช้เป็นสายคู่ตีเกลียว) 1 คู่ และตัวส่งของตัวลูกทุกตัวจะต่อเข้ากับตัวรับของตัวแม่ผ่านสายสัญญาณอีก 1 คู่ โดยในการติดต่อนั้นตัวแม่จะสามารถติดต่อกับตัวลูกได้ทุกตัวแต่ตัวลูกทุกตัวจะติดต่อกับตัวแม่ได้เท่านั้น ไม่สามารถติดต่อกับตัวลูกตัวอื่นหรือติดต่อกันเองได้ และในการติดต่อจากตัวลูกไปยังตัวแม่นั้นจะทำได้ทีละ 1 ตัว เมื่อมีตัวใดตัวหนึ่งติดต่อหรือทำการส่งข้อมูลอยู่ ตัวลูกตัวอื่นที่เหลือในระบบจะไม่สามารถส่งข้อมูลได้โดยต้องอยู่ในสถานะ disable หรือ tri-state เนื่องจากตัวลูกจะไม่สนใจการติดต่อของตัวลูกตัวอื่นกับตัวแม่ ถือเป็นข้อดีคือทำให้สามารถต่ออุปกรณ์ที่มีโปรโตคอลต่างกันเข้าไว้ในระบบเดียวกันได้

การควบคุม tri-state ของอุปกรณ์ RS-485 โดยการใช้สัญญาณ RTS ( Tri-state control of an RS-485 Device using RTS )
ในระบบ RS-485 เป็นการส่งผ่านข้อมูลผ่านสายส่งชุดเดียวกันโดยผลัดกันส่ง เมื่ออุปกรณ์ตัวใดตัวหนึ่งต้องการส่งข้อมูลจะทำการเชื่อมต่อตัวส่งเข้ากับสายส่ง และจะตัดตัวส่งออกจากสายส่งเมื่อส่งข้อมูลเสร็จ โดยส่วนมากมักใช้อุปกรณ์ที่เปลี่ยน RS-232 เป็น RS-485 หรือการ์ดอนุกรม RS-485 ต่อเข้ากับระบบ เพื่อใช้เป็นตัวให้สัญญญาณควบคุมการส่ง หรือเรียกว่า RTS : Request To Send โดยต่อจาก Asynchronous serial port ไปยังขา Enable ของตัวส่งผ่านสาย RTS และอาจกำหนดการทำงานของขา Enable โดยถ้าได้รับสถานะ High หรือลอจิก 1 ให้ตัวส่งต่อเข้ากับสายส่งและทำการส่งข้อมูลได้ ถ้าได้รับสถานะ Low หรือลอจิก 0 ให้ตัวส่งตัดการต่อออกจากสายส่ง หรือเรียกว่า tri-state และยอมให้ตัวส่งอื่นที่ได้รับลอจิก 1 ต่อเข้ากับสายส่งและส่งข้อมูลผ่านสายส่งได้ ดังนั้นในขณะที่มีตัวส่งตัวเดียวได้รับลอจิก 1 และต่อเข้ากับสายส่ง ตัวส่งตัวอื่นๆที่เหลือจะต้องได้รับลอจิก 0

รูปที่1.8 แสดง Timimg diagram ของตัวเปลี่ยน RS-232 เป็น RS-485 ( RS-232 to RS-485 Converter ) จากรูปคลื่น(waveform)แสดงให้เห็นถึงความผิดพลาดเนื่องจากสัญญาณที่ควบคุมการส่งหรือสัญญาณที่ส่งให้กับขา Enable หรือ VRTS ที่มีขนาดแคบกว่าสัญญาณข้อมูล (VSD) มีผลทำให้เกิดการสูญหายของข้อมูลในส่วนหลังนับจากที่สัญญาณ VRTS อยู่ในสถานะ low ดังนั้นต้องมั่นใจว่าสัญญาณควบคุมหรือ VRTS ต้องมีขนาดกว้างกว่าสัญญาณข้อมูล (VSD) หรือกล่าวได้ว่าสัญญาณ RTS จะต้องเป็น High ก่อนข้อมูลจะถูกส่ง และจะต้องเป็น Low หลังจากส่งบิทสุดท้ายแล้ว ซึ่งช่วงเวลาการทำงานดังกล่าวนี้จะถูกทำโดย software ที่ทำหน้าที่ควบคุมผ่านพอร์ตอนุกรมในการ์ดอนุกรม RS-485
ดังนั้นในการต่ออุปกรณ์หรือการเชื่อมต่อระบบเครือข่าย RS-485 ในลักษณะ 2 สายที่ตัวรับแต่ละตัวจะถูกต่อเข้ากับสายส่งข้อมูลดังในรูปที่1.6 จำเป็นต้องศึกษาถึงวิธีการจัดการในส่วนของ Enable function” ของแต่ละตัวอุปกรณ์

การควบคุมการส่งข้อมูลของอุปกรณ์ RS-485 ( Send Data Control of a RS-485 Device )
ผลิตภัณฑ์ตัวเปลี่ยน RS-232 เป็น RS-485 (RS-232 to RS-485 Converter) และการ์ดอนุกรม RS-485 (RS-485 serial cards) มีวงจรพิเศษในการใช้สัญญาณข้อมูลเป็นตัว enable ให้กับตัวส่ง (RS-485 driver) รูปที่1.9 แสดง Timing diagram ของสัญญาณที่ใช้ควบคุมตัวเปลี่ยน(Converter) จาก diagram แสดงให้เห็นว่ามีช่วงเวลาคงที่เวลาหนึ่งหลังการส่งข้อมูลบิทสุดท้ายและก่อนการ disable ของตัวส่ง ถ้าระยะเวลานั้นสั้นเกินไปหรือตัวส่งอาจถูก disableก่อนที่ตัวส่งจะส่งข้อมูลเสร็จ อาจทำให้ข้อมูลในส่วนท้ายสูญหายได้ และถ้ามีขนาดยาวเกินไปจะทำให้ระบบเปลี่ยนสายสัญญาณจากส่งเป็นรับก่อนที่โหนดพร้อมจะรับข้อมูลหรือตัวรับเชื่อมต่อเข้ากับสายส่งและรับข้อมูลช้าไม่ทันต่อสัญญาณที่ส่งมาถึง ทำให้ไม่ได้รับข้อมูลในส่วนแรก ดังนั้นควรกำหนดช่วงเวลาดังกล่าวให้เหมาะสม โดยส่วนมากมักเท่ากับความยาวหนึ่งตัวอักษรที่อัตราการส่งข้อมูลนั้นๆ

โดย : Mr.T
แปลโดย : เจี๊ยบ PEA
แปลจาก : เอกสาร B&B Electronic