xây dựng chương trình nhận dữ liệu từ máy novaspec ii vào máy tính và xử lý dữ liệu

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Tóm tắt luận văn
Các vấn đề nghiên cứu:
 Sự hấp thu ánh sáng và đo sụ hấp thụ ánh sáng bằng máy NoVaSpec II
 Khảo sát sự phụ thuộc của độ hấp thu ánh sáng của dung dịch với bước
sóng ánh sáng hấp thụ và nồng độ dung dịch.
 Ghép nối các thiết bị đo lường với máy tính thông qua cổng RS232C
 Chương trình giao tiếp qua cổng nối tiếp của ngôn ngữ Matlab.
 Xây dựng chương trình nhận và xử lý dữ liệu từ máy NovaSpec II, bằng
ngôn ngữ Matlab.
Các kết quả:
 Xây dựng được chương trình hỗ trợ bài thí nghiệm vật lý đại cương “Đo
độ hấp thu ánh sáng” thông qua giao tiếp với máy NoVaSpec II.
 Thu thập và xử lý được các kết quả thí nghiệm.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
1
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
LỜI MỞ ĐẦU
Nếu nói Vật lý là chiếc chìa khoá của thời kì Công nghiệp hoá ở thế kỉ 20,
thì Tin học chính là cánh cửa bước vào Thế giới công nghệ thông tin ở thế
kỉ 21. Con người luôn luôn muốn chinh phục thế giới, tìm cách kết hợp
những ưu điểm đã có, để tạo ra những ưu điểm mới, ưu việt hơn. Nhờ vậy,
đã tạo nên những thành tựu to lớn trong nhiều lĩnh vực khoa học kĩ thuật.
Có thể xem Công nghệ tự động, và Công nghệ phân tích là hai ví dụ điển
hình.
Nói về công nghệ phân tích, không thể không nhắc đến Phân tích quang
phổ. Phân tích thành phần hoá học của các thiên thạch xa hàng nghìn
hàng triệu năm ánh sáng hay phân tích thành phần hoá học của ADN, đơn
vị cấu trúc của protein, chỉ nhỏ cỡ phần tỉ centimet có thể đạt được là nhờ
vào việc Phân tích quang phổ của các mẫu chất đó. Sẽ rất khó khăn nếu
ta ngồi hàng giờ, hàng ngày, thậm chí hàng tháng để thu thập các kết quả

phân tích và xử lý bằng tay những con số cực kì phức tạp. Kết nối các thiết
bị phân tích với máy tính đã góp phần tăng mức độ tự động hoá trong việc
thu thập và xử lý các dữ liệu, kể cả việc lập bảng thống kê cũng như in ra
kết quả. Lợi ích mang đến không chỉ trong việc nghiên cứu khoa học mà
còn ứng dụng hiệu quả trong sản xuất( ví dụ trong công nghệ thực phẩm ).
Khoá luận tốt nghiệp với đề tài XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH NHẬN DỮ
LIỆU TỪ MÁY NOVASPEC II VÀO MÁY TÍNH VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU
nhằm bước đầu tìm hiểu về sự ghép nối thiết bị ( mà cụ thể là máy so màu
NovaSpec II ) với máy tính thông qua cổng RS232, cũng như khảo sát về
sự hấp thu ánh sáng của dung dịch, từ đó đi sâu hơn vào ứng dụng thực
tiễn.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
2
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 1: Sự hấp thu ánh sáng
I. Các hiện tượng
1. Hiện tượng hấp thu ánh sáng
Khi một chùm sáng chiếu vào một dung dịch thì có ba hiện tượng xảy
ra:
Một phần ánh sáng truyền qua dung dịch.
Một phần bị phân tán.
Phần còn lại bị hấp thu.
Khi ánh sáng bị hấp thu, ta có hiện tượng hấp thu ánh sáng.
2. Hấp thu cực đại
Các chất hấp thu các bức xạ một cách chọn lọc, khi chiếu ánh sáng vào
một vật, vật đó sẽ hấp thu các bức xạ này mạnh hơn các bức xạ khác.
Thí dụ vật màu vàng hấp thu mạnh các tia màu lam và ngược lại, vật
màu lam hấp thu ánh sáng vàng mạnh nhất. Ta nói màu vàng và màu
lam là hai màu phụ nhau ( hay hai màu hỗ bổ).

Vậy màu của vật và màu mà nó hấp thu mạnh là hai màu hỗ bổ như
sau:
Lục vàng – Tím
Vàng – Lam
Da cam – Lam lục
Đỏ – Lục lam
Đỏ tía – Lục
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
3
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
II. Các định luật
1. Định luật Lambert
a. Phát biểu
Khi cho bức xạ có bước sóng λ đi qua lớp dung dịch màu có bề dầy d,
gọi I
o
là cường độ bức xạ tới, I là cường độ bức xạ ló ra khỏi chất hấp
thụ, ta có:
kd
eII
−
=
0
k: hệ số hấp thụ
d: bề dầy lớp dung dịch hấp thụ, thường tính bằng centimét (cm)
e: cơ số logarit tự nhiên
b. Chứng minh
Xét độ biến thiên năng lượng trong một chùm phóng xạ dựa vào sự
truyền qua một vật có bề dày cho trước, ta có:
dP = [emission] – [absorption]

= dI dA d
Ω
= J(dA ds)d
Ω
- K(I dA d
Ω
)ds (1)
Trong đó
dI dA d
Ω
: năng lượng bị mất.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
4
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
dA ds : thể tích của vật mà chùm bức xạ xuyên qua.
I dA d
Ω
: năng lượng tới.
I(r,
θ
,
φ
) : cường độ tính theo erg cm
-2
sterradian
-1
s
-1.
J : độ truyền qua tính theo erg cm
-3

s
-1
sterradian
-1
.
K
≡
K
a
+ K
s
: hệ số hấp thụ tính theo cm
-1
.
Chia (1) cho dA ds, ta có :
KIJ
ds
dI
−=
(2)
Các đại lượng trong phương trình này phụ thuộc vào tần số, nên thường
viết dưới dạng:
ννν
ν
IKJ
ds
dI
−=
(3)
Khi J = 0 thì từ (2) ta có :

KI
ds
dI
−=
Hay:
Kds
I
dI
−=
Suy ra định luật Lambert:
kd
eII
−
=
0

SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
5
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
2. Định luật Beer
a. Phát biểu
Khi chất hấp thụ hoà tan trong một dung môi trong suốt, hệ số hấp thụ
tỷ lệ với nồng độ C
Ck
ε
=
C: nồng độ chất hấp thụ
ε: hệ số tỷ lệ
b. Điều kiện áp dụng
Định luật Beer chỉ áp dụng trong các điều kiện sau:

 Ánh sáng đi qua dung dịch phải là ánh sáng đơn sắc, vì hệ số tắt ε
thay đổi theo bước sóng. Để định luật có thể áp dụng ta chọn bước
sóng λ cực đại của đường cong hấp thụ hoặc nằm ở khoảng nằm
ngang của đường cong đó (Hình 1).
 Nồng độ của chất trong dung dịch màu không quá lớn
 Dung dịch không phải là dung dịch huỳnh quang hoặc huyền phù
 Định luật Beer không còn đúng nữa khi cân bằng hoá học bị dịch
chuyển mạnh do pha loãng (Hình 2).
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
6
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
7
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
3. Định luật Lambert-Beer
Từ định luật Beer, định luật Lambert trở thành:
cd
e
I
I
ε
−
=
0
Người ta thường viết hệ thức trên dưới dạng:
cd
I
I
ε
−

=
10
0
Công thức này thường được biết dưới tên định luật Lambert-Beer.
Trong đó:
ε gọi là hệ số tắt, phụ thuộc vào bản chất chất hấp thụ, vào bước sóng
ánh sáng đi qua, vào nhiệt độ và về nguyên tắc không phụ thuộc vào
dung môi.
Nếu nồng độ C biểu thị bằng số gam trong 1 lít dung dịch thì giá trị ε
tương ứng gọi là hệ số tắt riêng.
Nếu C biểu thị số ion gam hoặc phân tử gam trong 1 lít dung dịch thì ε
gọi là hệ số tắt phân tử.
Độ truyền qua T (Transmit): là tỷ số giữa cường độ chiếu sáng ló ra và
cường độ ánh sáng ban đầu. T thường được biểu diễn theo phần trăm.

cd
I
I
T
ε
−
==
10
0
Mật độ quang hay độ hấp thu (độ tắt), ký hiệu là D hay A (Absort): là
logarit nghịch đảo của đại lượng T.
cd
I
I
T

D
o
ε
===
log
1
log
Ta thấy mật độ quang D tỷ lệ với nồng độ chất trong dung dịch.
Nếu độ truyền qua T = 100% thì độ hấp thu D = 0.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
8
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Nếu độ truyền qua T = 0 thì độ hấp thu là cực đại D
max
= 2.
Người ta thường ứng dụng định luật Lambert – Beer để đo độ truyền
qua T hay độ hấp thụ D của một dung dịch.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
9
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Chương 2: Bài thí nghiệm về đo dộ hấp thu ánh sáng trên
máy NoVaSpecII
I. MỤC ĐÍCH
Mục đích của bài thí nghiệm nhằm giúp sinh viên hiểu rõ bản chất vật lý
của hiện hấp thụ ánh sáng, mà cụ thể là:
 Mỗi dung dịch hấp thu cực đại tại mỗi bươc sóng khác nhau.
 Độ hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch hấp thụ.
II. BÀI THÍ NGHIỆM
1. Máy quang phổ (so màu) NoVaSpec II
Máy quang phổ được dùng trong khoá luận này là máy digital

NoVaSpec II, cho phép sử dụng bước sóng liên tục. Kết quả đo độ hấp
thu hay độ truyền suốt được hiển thị ngay trên máy, với sai số
0.001nm.
Máy có cổng giao tiếp nối tiếp RS-232C cho phép ghép nối với máy in
hay máy tính có cổng nối tiếp tương ứng.
a. Nguyên tắc hoạt động của máy
Dựa vào các định luật về sự hấp thụ ánh sáng trên, mà cụ thể là ba định
luật: Định luật Lambert, Định luật Beer, Định luật Lambert-Beer, các
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
10
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
nhà khoa học đã xây dựng nên các nguyên tắc hoạt động cho các máy
đo độ hấp thụ ánh sáng nói chung, và máy NoVaSpec II nói riêng.
Tế bào quang điện cho phép so sánh những cường độ sáng không bằng
nhau và không cần thiết tiến hành đo chúng cùng một lúc.
Máy so màu sử dụng đo là loại máy một chùm tia, có thể dùng điện kế
để chỉnh 0, khi thay cường độ bức xạ I
0
bằng cường độ I, sự tụt thế của
dòng sinh ra bởi tế bào quang điện sẽ thay đổi ở điện trở nào đó, có
một điện kế phụ điều chỉnh kim điện kế về vị trí ban đầu, sự chuyển
động của điện kế gắn liền với sự chuyển dịch thang chia độ trên đó sẽ
đọc được kết quả đo.
b. Cấu trúc
Máy được phân tích thành bốn vùng:
 Vùng chứa nguồn bức xạ:
Nguồn bức xạ là đèn đốt nóng bằng bản Tungsten có thể phát ra các
bức xạ có bước sóng từ 325nm đến 900nm. Nguồn bức xạ này phải ổn
định vì nếu điện thế cao làm cho dòng điện qua đèn thay đổi, nhiệt độ
bản Tungsten cũng thay đổi, dẫn đến cường độ các bức xạ và thành

phần quang phổ của chúng cũng thay đổi theo. Do đó nguồn dùng cho
đèn phải được ổn định.
 Vùng chứa cách tử:
Vùng chứa cách tử để phân tích ánh đèn Tungsen thành ánh sáng đơn
sắc
 Vùng chứa mẫu đo:
Ánh sáng đơn sắc sẽ đi qua curvet chứa mẫu đo. Khi xác định mật độ
quang D theo nồng độ C của dung dịch, độ nhạy của phép đo được xác
định bởi giá trị
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
11
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
d
dC
dD
cd
I
I
D
o
ε
ε
=
==
log
Độ nhạy tăng khi ε tăng ( chọn thuốc thử và bước sóng ) và tăng bề dầy
d của curvet.
Mỗi lần đo ta dùng hai curvet y hệt nhau.
 Vùng thu nhận kết quả:
Sau khi ánh sáng qua mẫu đo sẽ đến tế bào quang điện để chuyển

cường độ ánh sáng I thành cường độ dòng điện i theo hệ thức tuyến
tính :
ikI
λ
=
Hệ số k
λ
phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.
Người ta thường sử dụng hai tế bào quang điện Selen và tế bào quang
điện chân không.
Kết quả đo được sẽ hiển thị trên máy.
c. Các thành phần
 Tế bào quang điện:
Tế bào quang điện biến ánh sáng đập lên chúng thành dòng điện giữa
cường độ ánh sáng và cường độ dòng điện sinh ra trong tế bào quang
điện có sự phụ thuộc tuyến tính I = k
λ
i, hệ số k
λ

phụ thuộc độ dài sóng
λ. Tế bào quang điện có thể làm tăng cường độ dòng điện nên được
dùng khi cường độ ánh sáng bị yếu (ánh sáng đi qua máy đơn sắc), độ
nhạy của tế bào thay đổi theo độ dài ánh sáng. Trong điều kiện tốt nhất,
tế bào có độ lập lại tới 0.03%
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
12
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
 Các lọc sáng:
Bằng thuỷ tinh màu hoặc màng gelatin, bề rộng của dải ánh sáng đi qua

thường vượt quá 20μm
Đường cong hấp thụ của lọc sáng bị dịch chuyển và biến đổi theo nhiệt
độ, do đó thành phần quang phổ của bức xạ đi qua lọc sáng phụ thuộc
vào nhiệt độ.
Các lọc sáng giao thoa cho những dải bức xạ hẹp hơn đi qua
 Máy đơn sắc:
Để có những dải bức xạ hẹp hơn, thay vì dùng máy đơn sắc lăng kính,
máy Novaspec II dùng cách tử nhiễu xạ cho bức xạ đi qua một khe rất
hẹp, cỡ 1μm
 Máy khuếch đại quang:
Có thể làm tăng dòng sinh ra trong tế bào quang điện (tỉ lệ với cường
độ bức xạ), và như thế làm tăng độ nhạy của máy.
2. Chuẩn bị
a. Trên máy:
Cắm dây nối vào nguồn điện 220V
Bật công tắc phía bên trái, sau máy về vị trí ON’
Trong khi chờ khoảng 15 phút cho máy đạt đến trạng thái ổn định, tiến
hành pha loãng dung dịch
b. Pha loãng dung dịch:
Dùng ống đong có chia vạch 10ml để pha loãng. Trên giá ống nghiệm,
các dung dịch đặt theo thứ tự:
 Dung dịch C
0
:
Dùng ống hút đưa vào ống đong 10ml C
0
và đổ vào ống nghiệm thứ
nhất
 Dung dịch 0.8C
0

:
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
13
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
8ml C
0
, thêm nước đến vạch 10ml, cho vào ống nghiệm thứ hai
 Dung dịch 0.6C
0
:
6ml C
0
và thêm nước đến vạch 10ml
 Dung dịch 0.4C
0
:
4ml C
0
và thêm nước đến vạch 10ml
 Dung dịch 0.2C
0
:
2ml C
0
và thêm nước đến vạch 10ml
c. Sử dụng Curvet:
Hai mặt phẳng của curvet nơi ánh sáng truyền qua phải khô, chỉ được
cầm ở bên hông (phần lõm) hoặc phía gần miệng curvet.
Nước hoặc dung dịch màu chứa khoảng ½ curvet ngang chỗ thắt eo.
Mở nắp ngăn chứa curvet

Mặt curvet (phía trên có dấu
∇
) hướng về người làm thí nghiệm, từ tư
thế này đưa curvet vào máy.
Chú ý:
Không được đặt các curvet lên mặt máy.
Đèn led phải sáng ở vị trí ABS (Absort)
Đo khoảng 15 – 20 phút rồi tắt máy ngay.
3. Tiến hành đo
a. Khảo sát mật độ quang D theo bước sóng λ
Mục đích: xác định λ
max
Nhấn nút WAVELENGTH + hoặc - để chỉnh bước sóng λ = 400 nm.
Mở nắp hộc chứa curvet.
Đưa curvet chứa nước vào máy đúng tư thế đã hướng dẫn, đậy nắp lại.
Nhấn nút Set ref . Đợi màn hình về 0.000.
Thay curvet chứa nước bằng curvet chứa dung dịch C
0
có ở phòng thí
nghiệm.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
14
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đọc mật độ quang D.
Đo lần 2: Đưa curvet nước vào kiểm tra, nếu màn hình không về 0.000
thì phải nhấn nút Set ref. Thay curvet chứa C
0
vào, đọc D.
Ứng với mỗi bước sóng λ, đo 3 lần mật độ quang D.
Chú ý:

Phải dùng curvet nước kiểm tra màn hình về 0.000, sau đó mới đưa
dung dịch C
0
vào đo.
Bảng giá trị
Λ
D
ΔD
Vẽ D = f(λ)
Sai số (ΔD)
DC
= 0.001 Δλ = 1nm
b. Khảo sát mật đô quang D theo nồng độ
Ứng dụng: tìm nồng độ C
x
của 1 dung dịch.
Dựng đường chuẩn:
Từ đường biểu diễn D = f(λ) ở trên, xác định λ
max
= nm
Tại bước sóng này, tiến hành đo mật độ quang D của các dung dịch C
0
;
0.8C
0
; 0.6C
0
; 0.4C
0
; 0.2C

0
Đo mật độ quang D
x
của dung dịch C
x
có tại phòng thí nghiệm
C
0
0.8C
0
0.6C
0
0.4C
0
0.2C
0
C
x
D
1
D
2
D
3
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
15
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
D
ΔD
4. Sai số

Có một số nguyên nhân sai số làm hạn chế độ chính xác của phương
pháp, đặc biệt nếu trong máy không có máy đơn sắc để tạo các bước
sóng liên tục
Nếu trong máy hấp thụ có máy đơn sắc cũng gây ra một số phức tạp vì
dải độ dài sóng của chùm sáng càng hẹp thì cường độ của nó càng nhỏ,
do đó cần tăng cường độ dòng trong tế bào quang điện.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
16
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Chương 3: RS-232C
I. Tổng quan về giao tiếp với máy tính
1. Các cổng máy tính
Ngày nay, một máy tính có thể có rất nhiều cổng giao tiếp, từ những
cổng lâu đời như cổng COM, hay các cổng hiện đại như cổng hồng
ngoại, v.v. Nhưng xét về phương thức truyền, có thể chia ra làm 2 loại
cổng chính: cổng nối tiếp và cổng song song.
Tất cả các máy tính tương thích thuộc họ IBM được trang bị hai cổng
nối tiếp và một cổng song song. Mặc dù hai loại cổng này đều được
dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, nhưng chúng hoạt động theo
những cách khác nhau.
Cổng song song:
Một cổng song song gởi và nhận dữ liệu 8 bit cùng lúc qua tám đường
dây riêng biệt. Điều này cho phép dữ liệu được truyền đi rất nhanh; tuy
nhiên, đòi hỏi cáp lớn hơn bởi lượng dây riêng mà nó chứa.
Cổng song song được dùng chủ yếu để nối một máy tính cá nhân với
một máy in và hiếm khi sử dụng cho các mục đích khác.
Cổng nối tiếp:
Một cổng nối tiếp gởi và nhận dữ liệu theo từng bit một qua một đường
dây điện. Theo cách này phải mất tám lần để truyền một byte dữ liệu,
nhưng chỉ đòi hỏi một số ít dây. Thực tế, giao tiếp nối tiếp theo hai

chiều có thể thực hiện chỉ với ba dây riêng biệt - một để gởi, một để
nhận, và một nối đất cho tín hiệu chung.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
17
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
2. Giao tiếp nối tiếp
Là giao thức ở mức thấp phổ biến nhất cho việc giao tiếp giữa hai hay
nhiều thiết bị. Bình thường, một thiết bị là một máy tính, thiết bị kia có
thể là một modem, một máy in, máy tính khác hay một thiết bị khoa
học như một máy dao động nghiệm hay một máy chức năng. Như tên
gọi, cổng nối tiếp gởi và nhận các byte thông tin theo kiểu nối tiếp -
mỗi lần một bit. Các byte này được truyền dưới dạng nhị phân hay
dạng text.
Giao tiếp hai chiều
Cổng nối tiếp trên máy tính là một thiết bị hai chiều, có thể gởi và nhận
dữ liệu cùng một lúc. Để có thể làm được điều này, nó sử dụng những
đường truyền riêng biệt cho việc truyền và nhận dữ liệu. Một vài loại
thiết bị nối tiếp chỉ hỗ trợ giao tiếp một chiều và vì vậy chỉ sử dụng hai
dây trong cáp – dây truyền và dây nối đất.
Giao tiếp theo bit
Khi bit start được gởi, máy truyền gởi các bit dữ liệu hiện thời đi. Có
thể là 5, 6, 7, hay 8 bit, phụ thuộc vào số bit được chọn. Cả máy nhận
và gởi phải chấp nhận số bit dữ liệu, cũng như tốc độ baud. Hầu hết các
thiết bị truyền dữ liệu đều sử dụng 7 hay 8 bit dữ liệu.
Khi chỉ 7 bit dữ liệu được sử dụng, không thể gởi mã ASCII có giá trị
lớn hơn 127. Tương tự, khi dùng 5 bit thì giá trị cao nhất có thể là 31.
Sau khi dữ liệu được truyền đi, một bit stop được gởi. Bit stop có giá trị
là 1 - hay trạng thái đánh dấu - và nó có thể được kiểm tra chính xác
thậm chí nếu bit dữ liệu trước đó cũng có giá trị là 1. Điều này đạt được
bởi thời hạn hiệu lực của bit stop. Bit stop có thể là có chu kì với độ dài

1, 1.5 hay 2 bit .
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
18
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Giao tiếp đồng bộ và không đồng bộ
Có hai loại giao tiếp nối tiếp cơ bản, đồng bộ và không đồng bộ. Với
giao tiếp đồng bộ, hai thiết bị, ban đầu đồng bộ hóa chính chúng với
nhau, và tiếp đó gởi các kí tự để giữ ở trạng thái đồng bộ.Thậm chí khi
dữ liệu không đang được gởi, một luồng bất biến các bit cho phép mỗi
thiết bị biết thiết bị kia ở đâu tại một thời điểm cho trước. Đó là, mỗi kí
tự được gởi là dữ liệu thực hay một kí tự vu vơ. Giao tiếp đồng bộ cho
phép tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn so với phương pháp không đồng
bộ, bởi các bit thêm vào để đánh dấu sự bắt đầu và kết thúc của mỗi
byte dữ liệu là không cần thiết. Các cổng trên các PC hệ IBM là các
thiết bị không đồng bộ và vì vậy chỉ hỗ trợ các giao tiếp không đồng
bộ.
Phương pháp không đồng bộ không cần nhận và gởi các kí tự vô ích.
Tuy nhiên, bắt đầu và kết thúc của mỗi byte dữ liệu phải được xác định
bằng các bit khởi đầu và các bit dừng. Bit đầu chỉ ra khi nào byte dữ
liệu sẵn sàng bắt đầu và bit dừng ra hiệu khi nào nó kết thúc. Việc yêu
cầu phải gởi hai bit thêm vào này làm cho giao tiếp không đồng bộ
chậm hơn giao tiếp đồng bộ một ít, tuy vậy nó có thuận lợi là bộ xử lý
máy tính không phải chú ý đến các kí tự vô ích thêm vào.
Một đường dây không đồng bộ nhàn rỗi được xác định giá trị là 1 ( còn
được gọi là trạng thái đánh dấu ). Bằng cách dùng giá trị này để chỉ ra
rằng không có dữ liệu nào đang được gởi, các thiết bị có thể phân biệt
giữa một trạng thái nhàn rỗi và một đường dây không được nối kết. Khi
một kí tự chuẩn bị được truyền, một bit đầu được gởi. Một bit đầu có
giá trị là 0 ( được gọi là trạng thái trống ). Vì vậy, khi đường dây
chuyển từ giá trị 1 sang giá trị 0, máy nhận được thông báo rằng một kí

tự dữ liệu là sẵn sàng được gởi.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
19
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
3. Các giao diện và truyền thông nối tiếp
Các giao diện và thiết bị truyền thông nối tiếp truyền tín hiệu thông qua
kết nối điểm-điểm. Bit này được truyền sau bit khác trong một dãy nối
tiếp. Cổng nối tiếp trên PC thường được dùng để kết nối với modem,
mặc dù chúng có thể dùng để nối kết với các thiết bị hiển thị, các thiết
bị đầu cuối từ xa hoặc các thiết bị điều khiển từ xa. Ngược lại cổng
song song, thường được dùng để nối kết với máy in, có 8 đường dây để
truyền dữ liệu bit (một byte một lần) song song với nhau. Kết nối song
song có tốc độ truyền dữ liệu cao, nhưng khoảng cách bị hạn chế để
tránh vấn đề đồng-bộ-bit.
Cổng nối tiếp trên PC thường là cổng 9 chân (DB-9) hoặc 25 chân
(DB-25) được gọi là COM1 tới COM4. Phần cổng nối kết trên máy
tính được gọi là DTE (data terminal equipment) và thiết bị được nối
kết, thường là modem, được gọi là DCE (data circuit-terminating
equipment). Khi dữ liệu được truyền trên đường dây nối tiếp, một nối
kết thông thường dùng một vài đường dây trên cùng một đường cáp.
Dữ liệu được truyền trên một đường dây này và được nhận trên một
đường dây khác. Các chân khác được sử dụng để gửi các tín hiệu điều
khiển như “yêu cầu gửi” và “được phép gửi”.
Chuẩn cho giao diện nối tiếp là EIA/TIA-232 (DB-25) và EIA/TIA-574
(DB-9). Chuẩn đầu tiên còn được gọi là giao diện nối tiếp RS-232-C
nhưng EIA được đổi tên vào năm 1987. Gần đây nó được thay thế bằng
chuẩn nối tiếp tốc độ cao mới là USB (Universal Serial Bus). Các PC
được sản xuất năm 1997 có các cổng USB và chuẩn mới sẽ thay thế các
chuẩn cũ trên PC trong vài năm tới. USB được phát triển bởi Intel và
Microsoft và hiện nay được sản xuất trong board mạch chính

SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
20
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
(motherboard) của Intel. Các công nghệ nối tiếp khác bao gồm Firewire
(IEEE 1394), SSA (Serial Storage Architecture), và HSSI (High-Speed
Serial Interface). Vì tốc độ truyền dữ liệu cao, các công nghệ này đang
được dùng để nối kết các đĩa hoặc xây dựng các mạng cục bộ dạng
nhỏ.
Các loại thiết bị DCE và DTE
DTE: Data Terminal Equipment.
DCE: Data Communication Equipment.
Hai thuật ngữ trên chỉ định các chân ra cho bộ kết nối lên một thiết bị
và hướng các tín hiệu trên các chân.
Máy tính là một thiết bị DTE, các thiết bị khác thường là DCE.
Cáp, không modem, và cầu nối
Trong thế giới hoàn hảo, tất cả các cổng nối tiếp trên mỗi máy tính là
các thiết bị DTE với các phích cắm loại 25 chân. Tất cả các thiết bị
khác là DCE với các ổ cắm loại 25 chân. Điều này cho phép dùng một
cáp mà mỗi chân trên đầu dây cáp này được nối với chân cùng loại trên
đầu dây cáp kia. Rất tiếc thế giới không thể hoàn hảo. Các cổng nối
tiếp dùng cả loại 9 chân và 25 chân, nhiều thiết bị có thể được cấu hình
DTE hay DCE, và - trong trường hợp nhiều thiết bị thu thập dữ liệu -
có thể dùng hoàn toàn các đầu ra độc quyền hay không chuẩn. Do sự
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
21
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
thiếu chuẩn hóa này, các loại cáp đặc biệt được gọi là cáp không
modem, cầu nối, và các loại cáp đặt hàng thường cần thiết.
Cầu nối
Vấn đề có thể gặp phải là hai đầu cắm cùng chủng loại cần được nối

với nhau, thì phải dùng các cầu nối .
Chú ý: Cổng song song trên máy tính sử dụng đầu cắm 25 chân female
thỉnh thoảng gây nhầm lẫn bởi vì nó trông giống một cổng nối tiếp trừ
khi nó có chủng loại nhầm. Cả hai cổng nối tiếp 9 chân và 25 chân trên
PC luôn có một đầu cắm male.
Cáp không modem và adapter không modem
Nếu nối hai thiết bị DTE ( hay hai thiết bị DCE ) dùng một cáp RS232
thường, thì đường truyền trên mỗi thiết bị sẽ được kết nối đến đường
truyền trên thiết bị kia và các đường nhận sẽ được kết nối theo cách đó
với nhau. Một cáp không modem hay adapter không modem đơn giản
bắt qua các đường dây nhận và truyền để truyền trên đầu dây được nối
kết để nhận trên đầu dây kia và ngược lại. Thêm vào đó, để truyền và
nhận, DTR & DSR, cũng như RTS & CTS cũng chéo nhau trong kết
nối không modem.
II. Chuẩn RS-232C
Giao diện nối tiếp cho việc nối kết hai thiết bị được định rõ bởi chuẩn
TIA/EIA-232C được công bố bởi Telecommunications Industry
Association.
Chuẩn giao diện cổng nối tiếp gốc là RS-232, viết tắt của
Recommended Standard number 232). C là kí hiệu phiên bản của
chuẩn này.
Thuật ngữ “RS-232” vẫn còn được dùng rộng rãi. RS-232 qui định các
đặc tính sau đây của cổng nối tiếp :
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
22
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Tốc độ truyền bit tối đa và độ dài của cáp.
Tên, các tính chất về điện và các chức năng của các tín hiệu.
Sự nối kết máy móc và các qui ước về các chân của cổng.
Các cổng nối tiếp trên hầu hết các máy tính sử dụng một nhóm con của

chuẩn RS232C. Chuẩn RS232C chỉ qui định tín hiệu cho ổ cắm 25
chân trong đó 22 chân được dùng. Hầu hết các chân này không cần cho
giao tiếp máy tính thông thường, do vậy, các máy tính PC mới nhất
được trang bị với loại ổ cắm chỉ 9 chân.
Chuẩn RS-232 qui định thiết bị DTE dùng đầu cắm 25 chân, và thiết bị
DCE dùng ổ cắm 25 chân. Vì vậy có thể nối một thiết bị DTE với thiết
bị DCE dùng một kết nối thẳng giữa các chân. Tuy vậy, để kết nối 2
thiết bị, phải dùng thay thế một cáp modem rỗng. Các cáp này nối với
các dây truyền và nhận trong cáp. Bảng sau đây chỉ ra cách kết nối và
hướng tín hiệu cho cả hai loại ổ cắm 25 chân và 9 chân.
1. Độ dài cáp
Chuẩn RS-232C qui định giới hạn độ dài cáp là 15.24m. Thường có
thể phớt lờ chuẩn này, bởi một cáp có thể dài đến 3048m với tốc độ
baud lên đến 19200 nếu dùng loại cáp được bọc kĩ, chất lượng cao.
Môi trường bên ngoài tác động lớn đến độ dài của những cáp không
được che chắn tốt. Trong môi trường nhiễm điện, thậm chí các cáp rất
ngắn có thể nhận các tín hiệu lệch hướng.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
23
13
2514
1
1 5
6 9
Loại 25 chân
Loại 9 chân
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Bảng dưới đây cung cấp một số thông số hợp lí cho lõi tiêu chuẩn 24
dưới các điều kiện điển hình. Có thể tăng độ dài cáp bằng việc sử dụng
các thiết bị thêm vào như các thiết bị cách li quang học và máy tăng thế

tín hiệu. Các thiết bị cách li quang học sử dụng LEDS và Photo Doides
để tách biệt mỗi đường dây trong mỗi cáp nối tiếp bao gồm cả dây nối
đất. Bất cứ sự tạp nhiễu điện nào cũng ảnh hưởng đến tất cả các dây
trong cáp được cách li quang học. Điều này tạo cho điện thế trên các
đường dây tín hiệu liên hệ với đường dây nối đất để phản ánh điện thế
thực của tín hiệu và như vậy loại bỏ được ảnh hưởng của bất kì tín hiệu
tạp nhiễu nào.
Baud
Rate
Độ dài
( cáp được bọc kĩ)
Độ dài
(cáp không được bọc kĩ)
110 5000 1000
300 4000 1000
1200 3000 500
2400 2000 500
4800 500 250
9600 250 100
2. Các đặc điểm kỹ thuật về điện của RS-232C
Mức điện áp logic của RS232C là khoảng điện áp giữa +15V và -15V.
Các đường dữ liệu sử dụng mức logic âm: logic 1 có điện thế giữa -5V
và -15V, logic 0 có điện thế giữa +5V và 15V, tuy nhiên các đường
điều khiển (ngoại trừ đường TDATA và RDATA) sử dụng logic
dương: giá trị TRUE = +5V đến +15V, và FALSE = -5V đến -15V.
Ở chuẩn giao tiếp này, giữa ngõ ra bộ kích phát và ngõ vào là
±
3V trái
lại mức
±

5V là ngưỡng nhỏ nhất với ngõ ra. Ngõ ra bộ kích phát khi
không có tải có điện áp là
±
25V.
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH
24
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
III. Các đặc tính của RS-232C
1. Bit đầu (startbit), các bit dữ liệu (databits), bit chẵn lẻ (parity), và
các bit dừng (stopbit)
Định dạng của dữ liệu nối tiếp bao gồm một bit start, năm đến tám bit
dữ liệu, và một bit stop. Một bit chẵn lẻ và một bit stop thêm vào có thể
cũng được kèm theo định dạng. Biểu đồ dưới đây minh hoạ sự định
dạng của dữ liệu nối tiếp :
Định dạng của dữ liệu cổng nối tiếp được biểu diễn bằng kí hiệu sau :
Số bit dữ liệu - loại chẵn lẻ - số bit dừng.
Ví dụ, 8-N-1 được hiểu như 8 bit dữ liệu, không bit chẵn lẻ, và một bit
dừng, trong khi đó 7-N-2 được hiểu là 7 bit dữ liệu, bit chẵn, và hai bit
dừng.
Các bit dữ liệu thường được xem như là một kí tự bởi các bit này đại
diện cho một kí tự ASCII. Các bit còn lại được gọi là các bit khung bởi
vì nó đóng khung cho các bit dữ liệu.
Tập hợp các bit tạo thành kiểu định dạng của dữ liệu nối tiếp được gọi
là một byte. Lúc đầu, thuật ngữ này dường như không chính xác bởi vì
một byte bằng 8 bit và kiểu định dạng dữ liệu nối tiếp có thể từ 7 bit
đến 12 bit. Tuy nhiên, khi dữ liệu nối tiếp được lưu trữ trong máy tính,
các bit khung bị mất, chỉ còn lại các bit dữ liệu. Thêm vào đó, 8 bit dữ
liệu luôn được dùng bất chấp số bit dữ liệu được dùng riêng cho việc
truyền dữ liệu, với các bit không được dùng có giá trị là 0. Khi đọc và
SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH

25