Hệ thống tuyền dữ liệu và mẫu tín hiệu trong truyền dữ liệu

Như đã biết, trong các hệ thống truyền dữ liệu có hai cách đưa tín hiệu lên đường truyền: nối tiếp và song song.

Cách truyền song song thường được truyền trên một khoảng cách ngắn, ví dụ giữa các thiết bị trong cùng một phòng như từ máy tính sang máy in.

Cách truyền nối tiếp thường được thực hiện khi khoảng cách truyền khá xa.

Ngoài ra, trong cách truyền nối tiếp, dựa vào cách thực hiện sự đồng bộ giữa nơi phát và thu ta có hai chế độ hoạt động: đồng bộ và bất đồng bộ.

Trong chế độ bất đồng bộ, xung đồng hồ được tạo ra một cách riêng rẻ ở máy phát và máy thu dựa vào tần số danh định tương ứng với vận tốc truyền (bit rate hoặc baud rate).

Trong chế độ đồng bộ, nơi phát có thể gửi xung đồng hồ tới nơi thu theo một kênh truyền song song với kênh truyền dữ liệu hoặc nơi thu tự tạo ra xung đồng hồ bằng cách tách tín hiệu thời gian từ dòng dữ liệu.

Chương này bàn đến chế độ truyền nối tiếp bất đồng bộ. Chúng ta sẽ lần lượt giới thiệu tính chất chung của hệ thống truyền dữ liệu, các giao thức của hệ thống truyền bất đồng bộ. Chúng ta cũng sẽ khảo sát vài IC thực hiện chức năng biến đổi song song  nối tiếp trong các thiết bị thu phát .

Trong chế độ truyền bất đồng bộ thông tin được truyền đi dưới dạng từng ký tự và khoảng cách các ký tự là ngẫu nhiên. Tuy nhiên để tạo sự đồng bộ giữa máy phát và thu, giao thức tầng 2 (Data link protocol) có qui định cụ thể về mẫu tín hiệu trong hệ thống truyền bất đồng bộ như sau :

- Mỗi ký tự gồm một số bit gọi là ký tự dữ liệu, số này có thể là 5 đối với mã Baudot, 7 nếu là mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) và 8 nếu là mã EBCDIC (Extended Binary-Coded Decimal Information Code, mã BCD mở rộng)

- Ngoài ra, để tạo sự đồng bộ, kèm theo các bit mã ký tự còn có các bit Start ở trước mỗi ký tự và các bit Stop ở sau mỗi ký tự. . Các bit Start là các bit 0 và các bit Stop là bit 1. Số bit Start luôn luôn là 1 bit còn số bit Stop có thể là 1, 1,5 hoặc 2 bit.

- Nếu có thêm bit kiểm soát chẵn lẻ (parity bit) thì bit này nằm trước bit Stop.

- Ở trạng thái nghỉ máy phát luôn phát đi bit 1 gọi là bit nghỉ (idle bit), như vậy máy thu dò ra bit Start khi có sự biến đổi từ 1 xuống 0, sau đó là một chuỗi bit có số lượng theo qui định của giao thức.

Lưu ý là trong truyền dữ liệu, bit LSB của ký tự luôn được truyền đi trước và có hai cách viết (và đọc) một bản tin: theo chiều mũi tên hướng về bên phải và theo chiều hướng về bên trái

- Viết theo chiều mũi tên hướng về bên phải : bit LSB của ký tự đầu tiên sẽ nằm bên phải của bản tin. Thí dụ bản tin dùng mã ASCII gồm 3 ký tự ABC có mã lần lượt là 41H (1000001), 42H (1000010) và 43H (1000011), bit LSB của ký tự đầu tiên (A) được phát đi trước và phải nằm bên phải của bản tin nên chuỗi dữ liệu được phát đi có dạng:

Với cách viết này, mỗi mẫu mã hóa của mỗi ký tự được giữ nguyên chiều của nó nhưng thứ tự các ký tự trong bản tin đã bị đảo.

- Viết theo chiều mũi tên hướng về bên trái : bit LSB của ký tự đầu tiên sẽ nằm bên trái của bản tin. Với thí dụ trên, bit LSB của ký tự đầu tiên (A) được phát đi trước và phải nằm bên trái của bản tin nên chuỗi dữ liệu được phát đi có dạng:

.

Với cách viết này, thứ tự các ký tự trong bản tin được giữ nguyên nhưng các bit trong mỗi ký tự đã bị đảo chiều.

Bit kiểm tra chẵn lẻ (parity bit), nếu có, sẽ được thêm vào sau mỗi ký tự (bit p trong các thí dụ trên)

Ở máy phát thanh ghi dịch biến đổi tín hiệu song song thành nối tiếp, được điều khiển bởi tín hiệu Load/Shift, các bit Start và Stop được tự động thêm vào khi mạch hoạt động .

Ở máy thu khi bộ phận dò phát hiện bit Start bởi sự thay đổi từ 1 xuống 0, sẽ tạo ra tín hiệu điều khiển thanh ghi dịch, sau khi dịch đủ số bit qui định của tín hiệu kể cả bit parity và bit Stop, ký tự dữ liệu được đọc ra dưới dạng song song từ thanh ghi dịch.

(H 4.2)

(H 4.2) mô tả dạng của tín hiệu trên đường truyền bất đồng bộ (tín hiệu là mẫu chữ C với parity chẵn và một bit Stop) và bộ phận biến đổi song song  nối tiếp trong máy phát và thu. Bộ phận này chính là các thanh ghi dịch.

Sự đồng bộ ở các thanh ghi dịch phát và thu được tạo bởi xung đồng hồ ở máy phát và xung đồng hồ ở máy thu. Dĩ nhiên các xung đồng hồ này phải có cùng tần số, đó là tần số tương ứng với vận tốc truyền bit của hệ thống. Nếu xung đồng hồ ở nơi thu không phù hợp với xung đồng hồ ở nơi phát, lỗi do độ lệch thời gian có thể xảy ra. Có hai loại lỗi : Lỗi khi đọc bit và lỗi do sai khung. Lỗi do sai khung được tạo ra bởi sự tích lũy các độ lệch thời gian, bit cuối cùng bị sai đưa tới sai khung.

(H 4.3)

(H 4.3) là một ví dụ, giả sử thời gian cho một bit là 0,1 s (T = 0,1s =100ms) và sự sai lệch là 7% sớm hơn ở máy thu, như vậy máy thu đọc bit đầu tiên ở thời điểm 93 ms thay vì 100ms, bit thứ hai ở 186ms ..... cho đến thời điểm 744ms máy thu đang đọc bit thứ 7 nhưng nhầm là bit thứ 8, như vậy bit cuối cùng của tín hiệu đã bị đọc sai, nếu bit thứ 8 là bit 1 thì máy thu nhầm là bit Stop và kết quả là có sự sai khung.

Bit Stop là bit kiểm tra độ lệch thời gian tương đối chính xác, nếu máy phát hiện bit Stop không phải là bit 1 thì sẽ báo lỗi khung ta nói bit Stop là khoảng bảo vệ tối thiểu giữa các khung ký tự. Ngoài ra bit parity cũng giới hạn được sai sót này và các sai sót do nhiễu, tuy nhiên phương pháp phát hiện lỗi này không đạt độ tin cậy 100% vì nếu số bit sai là số chẵn thì máy thu không phát hiện được.