Komunikasi Multipoint dan RS485

Saluran RS232 hanya dipakai untuk menghubungkan DTE dengan DCE dalam jarak pendek, untuk jarak lebih jauh bisa dipakai saluran arus (current loop) tapi tidak untuk kecepatan transmisi tinggi. RS485 bisa dipakai untuk saluran sampai sejauh 4000 feet dan kecepatan lebih dari 1 Megebit/detik.

Standard  RS485

Standard RS485 ditetapkan oleh Electronic Industry Association dan Telecomunication Industry Association pada tahun 1983. Nama lengkapnya adalah EIA/TIA-485 Standard for Electrical Characteristics of Generators and Receivers for use in a Balanced Digital Multipoint System. Standard RS485 hanya membicarakan karakteristik sinyal dalam transmisi data secara Balanced Digital Multipoint System, jadi jauh lebih sederhana dibanding dengan stadard RS232 yang mencakup ketentuan tentang karakteristik sinyal, macam-macam sinyal dan konektor yang dipakai, serta konfigurasi sinyal pada kaki-kaki di konektor dan juga penentuan tata cara pertukaran informasi antara komputer dan alat-alat pelengkapnya. Standard RS232 dan RS485 keduanya sama sekali tidak membicarakan protokol (tata cara) transmisi data.

Ditinjau dari standard electonic, dewasa ini dikenal dua macam saluran data, yang pertama adalah transmisi saluran tunggal (single-ended/unbalanced data transmission) yang dipakai RS232, saluran data yang kedua adalah saluran ganda (diffrential-balanced data transmission) yang dipakai RS485. Dalam saluran jenis pertama, satu sinyal dikirim dengan satu utas kabel ditambah kabel ground, atau 4 sinyal dikirim dengan 4 utas kabel ditambah kabel ground. Sedangkan dalan jenis saluran kedua, setiap sinyal dikirim dengan dua utas kabel atau 4 sinyal dikirim dengan 8 utas kabel, belum termasuk ground. Meskipun balanced data transmission lebih rumit, tapi mempunyai sifat yang sangat kebal terhadap gagguan listrik, sehingga bisa dipakai untuk menyalurkan data lebih jauh dengan kecepatan lebih tinggi.

Transmisi saluran tunggal

Transmisi saluran tunggal (Single-ended/unbalanced transmission) memakai satu utas kabel untuk mengirim satu sinyal, informasi logika ditafsirkan dari beda tegangan terhadap ground. Dengan cara ini, untuk pengiriman banyak sinyal cukup dipakai kabel sebanyak jumlah sinyal yang dikirim plus satu utas kabel untuk ground yang dipakai bersama. Keuntungan pemakaian saluran tunggal adalah sistem menjadi sederhana dan murah, sehingga banyak dipakai untuk transmisi data dengan banyak sinyal, misalnya untuk menghubungkan komputer dengan printer paralel, menghubungkan komputer dengan modem. Kerugian utama transmisi saluran tunggal adalah

• Saluran ini sangat rentan (sangat tidak kebal) terhadap gangguan. Hal ini disebabkan karena saluran ground merupakan bagian dari sistem, sehingga pergeseran tegangan pada ground sangat berpengaruh pada kwalitas sinyal yang diterima, sering-sering bisa mengakibatkan rangkaian penerima sinyal salah menerima sinyal.
• Dalam pengiriman banyak sinyal, sering-sering informasi dari seutas kabel bisa merembes (cross-talk) ke kabel lainnya, ini merupakan jenis gangguan lain yang sering dijumpai dalam transmisi saluran tunggal.

Kelemahan-kelemahan di atas mengakibatkan transmisi saluran tunggal tidak cocok dipakai untuk pengiriman jaruh jauh, dan kecepatan pengiriman data pun tidak bisa terlalu tinggi.

Transmisi saluran ganda

Transmisi saluran ganda (differential/unbalanced transmission) memakai satu pasang kabel untuk mengirim satu sinyal, informasi logika ditafsirkan dari beda tegangan antara dua utas kabel saluran. Tegangan pada kedua utas kabel saluran selalu berlawanan, saat satu kabel bertegangan tinggi kabel maka kabel yang lain bertegangan rendah, demikian pula sebaliknya. Rangkaian penerima sinyal membandingkan tegangan kedua kabel saluran, level logika pada bagian output ditentukan oleh kabel mana yang lebih positip.

Gambar 1 merupakan rangkaian saluran ganda, sinyal TTL diterima oleh Line Generator dan diubah menjadi sinyal difrensial di output A dan B, ‘1’ pada input Line Generator akan mengakibatkan output A bertegangan sekitar 5 Volt dan output B bertegangan mendekati 0 Volt, sebaliknya jika input Line Generator menerima ‘0’ maka tegangan output akan berbalik, A menjadi 0 Volt dan B menjadi 5 Volt.

Sinyal difrensial dari Line Generator akan diterima oleh Line Receiver dan selanjutnya dirubah kembali ke level logika. Jika tegangan input A dari Line Receiver lebih tinggi 0,2 Volt terhadap tegangan input B, maka output Line Receiver menjadi ‘1’, sebaliknya jika B lebih positip 0,2 Volt terhadap A maka output Line Receiver menjadi ‘0’. Penentuan ini tidak berhubungan dengan ground.

Jika ada gangguan listrik yang menimpa saluran transmisi, maka induksi tegangan yang diterima kedua utas kabel saluran dari gangguan akan sama besarnya. Karena Line Receiver  membandingkan selisih tegangan antara dua utas kabel, maka induksi tegangan yang sama besarnya tersebut tidak pernah dirasakan oleh input Line Receiver, sehingga tidak akan berpengaruh pada outputnya. Untuk meningkatkan kekebalan terhadap gangguan, dalam saluran ganda sering dipakai dua utas kabel yang dililit menjadi satu (twist-pair cable).

Berbekal kemampuan menangkal gangguan yang sangat baik ini, saluran ganda bisa dipakai untuk membangun saluran transmisi sampai sejauh 4000 feet dengan kecepatan maksimum lebih dari 1 MegaBit/detik, sangat jauh melampaui kemampuan RS232. Meskipun demikian, saluran ganda tidak dipakai untuk transmisi yang memerlukan banyak saluran, mengingat RS485 memakai kabel jauh lebih banyak sehingga mahal. Untuk penghematan kabel, bahkan saluran ganda sering dipakai untuk saluran half-duplex, yakni saluran dua arah secara gantian yang hanya menggunakan satu pasang kabel, bisa dipakai untuk menghubungkan banyak Line Generator dan banyak Line Receiver menjadi satu, sistem ini disebut sebagai komunikasi mutli-drop (multi-drop/multi-point communication)

Texas Instrument membuat IC yang dirancang khusus untuk memenuhi ketentuan RS485, IC tersebut dinamakan sebagai SN75176 Multipoint RS485 Tranceiver. IC ini yang sangat terkenal dan banyak pabrik IC lainnya memproduksi IC sejenis dengan seri nomor yang sama. Di dalam SN75176 terdapat sebuah Line Generator dan sebuah Line Receiver yang dirangkai seperti terlihat dalam Gambar 2. Output dari Line Generator bisa di-ambang-kan (high impedance state) dengan memberi ‘0’ pada input GE,  kemampuan ini dimaksud untuk menunjang keperluan dalam membentuk rangkaian saluran komunikasi multi-drop yang menghendaki pada saluran hanya boleh satu Line Generator saja yang aktip.

Saluran komunikasi multi-drop

Saluran komunikasi multi-drop adalah sepasang kabel yang panjangnya tidak lebih dari 4000 feet, pada kedua ujung saluran masing-masing dipasang resistor 120 Ohm yang menghubungkan kedua kabel, seperti terlihat di rangkaian Gambar 3. Resistor tersebut dimaksud untuk mengurangi terjadinya gelombang pantul dalam saluran, yang sering terjadi pada transmisi dengan  kecepatan tinggi.

Selanjutnya pada saluran tersebut bisa dipasangkan sebanyak-banyaknya 32 chip SN75176 Multi-drop RS485 Tranceiver, kaki A (kaki nomor 6) dari masing-masing IC harus dihubungkan pada seutas kabel pembentuk saluran yang sama, dan kaki B (kaki nomor 7) dihubungkan ke kabel yang lain.

Karena saluran dipakai bersama oleh banyak transceiver, agar output  Line Generator dari masing-masing tranceiver tidak berbenturan, dalam rangkaian saluran komunikasi multidrop ditentukan semua output Line Generator harus dalam keadaan non-aktip (GE=0, meng-ambang – high impedance state), kecuali Line Generator dari tranceiver yang berfungsi sebagai induk (Master) yang boleh aktip (GE=1).

Saat beroperasi Master secara bergilir menghubungi Slave, setelah itu Master me-nonaktip-kan Line Generatornya, Slave yang terpanggil akan meng-aktip-kan Line Generatornya dan mengirimkan informasi kesaluran, setelah itu Slave tersebut me-nonsktip-kan kembali Line Generatornya dan kembali Master meng-aktipkan generator untuk menghubungi Slave yang lain.

Dengan demikian Master berfungsi untuk mengendalikan saluran, dan komunikasi yang terjadi di saluran adalah komunikasi half-duplex, yakni komunikasi dua arah secara bergantian.

Pada saat pergantian aktivitas Line Generator Master dan Slave, bisa terjadi satu saat secara bersamaan semua Line Generator tidak aktip, akibatnya saluran menjadi mengambang dan keadaan logika dari saluran tidak menentu. Untuk mencegah terjadinya hal tersebut, pada saluran ditambahkan 2 buah resistor masing-masing bernilai 82 Ohm, resistor yang terhubung ke A dihubungkan ke +5 Volt dan resistor yang terhubung ke B dihubungkan ke ground, dengan cara begini kalau semua Line Generator tidak aktip bisa dipastikan saluran dalam keadaan ‘1’.

Meskipun kerja dari Line Receiver tidak memerlukan ground, tapi untuk menjamin agar pertukaran sinyal antara tranceiver bisa terjadi dengan baik, biasanya disamping  sepasang kabel saluran multidrop ditambah lagi seutas kabel ground. Mengingat masing-masing tranceiver letaknya bisa berjauhan satu sama lain, bisa mendapat catu daya dari instalasi jala-jala listrik yang berlainan, sehingga antara tranceiver satu dengan yang lainnya bisa mempunyai selisih potensial listrik yang cukup besar, untuk mencegah aliran arus besar yang bisa merusak transceiver, ground tranceiver biasanya tidak dihubungkan langsung ke kabel ground, tapi dipasang seri resistor sebesar 100 Ohm.

Komunikasi Multi-Drop Dengan PC

Serial port PC bisa saja dihubungkan ke saluran komunikasi multi-drop yang dibahas di atas, untuk keperluan itu pin GI (kaki 4 IC 75176) dihubungkan ke TD (kaki nomor 2 DB25), pin RO (kaki 1 IC 75176) dihubungkan ke RD (kaki nomor 3 DB25), sedangkan pin GE (kaki 3 IC 75176) bisa saja dikendalikan dengan RTS (kaki nomor 4 DB25) atau DTR (kaki nomor 20 DB25).

Hanya saja perlu diperhatikan bahwa level tegangan sinyal-sinyal dari konektor DB25 adalah level tegangan RS232, sedangkan kaki-kaki GI,RO dan GE dari IC 75176 bekerja pada level tegangan TTL, jadi hubungan-hubungan di atas tidak bisa dilakukan secara langsung, tapi harus dengan bantuan IC MC1489, MC1489 atau MAX232 yang berfungsi sebagai pengalih tegangan. Sedangkan program pengendalinya tidak bisa memakai fasilitas INT 14 dari BIOS, karena tata caranya sangat berlainan.

Komunikasi multi-drop dengan AT89C2051

Hubungan IC 75176 ke AT89C2051 bisa dilakukan secara langsung, tanpa memerlukan bantuan IC pengalih tegangan, mengingat IC 75176 dan AT89C2051 bekerja dengan level tegangan TTL. Untuk keperluan itu pin GI (kaki 4 IC 75176) dihubungkan ke TXD (kaki nomor 3 AT89C2051), pin RO (kaki 1 IC 75176) dihubungkan ke RXD (kaki nomor 2 AT89C2051), sedangkan pin GE (kaki 3 IC 75176) bisa dikendalikan dengan salah satu kaki port AT89C2051 yang masih tersisa.

Kalau salah satu tranceiver dalam saluran multi-drop dihubungkan ke PC, biasanya PC akan berfungsi sebagai Master yang dipakai untuk mengendalikan banyak Slave, biasanya merupakan alat yang dibangun dengan mikrokontroler. Untuk keperluan tersebut, masing-masing slave diberi nomor untuk bisa membedakan panggilan dari Master (dalam hal ini PC), penomoran tersebut bisa dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan DIP Switch yang dihubungkan dengan port AT89C2051, atau nomor kode yang disimpan di dalam ROM masing-masing mikontroler.Penutup Konsep komunikasi multi-drop baru benar benar bisa diresapi kalau ada contoh proyek yang nyata, untuk akan dibuat sistem security gedung yang dilengkapi dengan banyak sensor yang bisa dipantau lewat PC.

Dibawah ini ditunjukkan salah satu gambar rangkaian komunikasi serial menggunakan RS485 dengan daftar komponen,  aplikasi, karakteristik, listing program menggunakan bahasa assembler

Daftar komponen

Applikasi

o          Komunikasi serial antara master dan slave

o          House Control System

o          Security Control System

o          Factory Control System

o          Stock Control System

Features

o          Hanya memerlukan Power Supply 5 Volt

o          Konsumsi daya rendah

o          Parallel hingga 32 unit dalam satu jalur

o          Jarak Maksimum +/- 1,2 Km (24-AWG Cable)

o          DST-51 8 bit parallel cable compatible

o          Dilengkapi dengan Noise Rejection Circuit

Source Code

Listing 1

Program ini berfungsi untuk mengambil data yang tersimpan di alamat 2100H hingga 21FFH dan mengirim ke serial port untuk dikonversikan menjadi bentuk RS485

Konfigurasi:

DE à  P1.0

RE à  P1.1

Start:

      Acall       Init_Serial

      Setb        P1.0              ;Enable Transmitter (DE)

      Setb        P1.1              ;Disable Receiver (RE)

     

Mov         Dptr,#2100H

Loop:

      Movx        A,@Dptr

      Acall       Serial_Out

      Inc           Dptr

      Mov         A,DPL

      Cjne        A,#00H,Loop

      Ajmp        * Init_Serial:

      Mov       TMOD,#00100010B         ; T0 Mode 2, T1 Mode 2

      Mov       TL1,#000H               ; T1

Generate

      Mov       TH1,#0FDH               ; 9600

Baudrate  

      Mov       TCON,#01000000B         ; T1 0n, T0 Off

      Mov       SCON,#01010000B         ; Mode 1 Receive Enable

      Mov       PCON,#00H               ;

      Ret

Serial_Out:

      Clr      TI

      Mov      SBUF,A

      Jnb      TI,*

      Ret

Listing 2

Listing ini berfungsi untuk mengambil data dalam bentuk RS485 yang dikonversikan ke level TTL dan diterima oleh serial port dari minimum system DST-51 disimpan ke dalam alamat 2100H hingga 21FFH.

Start:

      Acall      Init_Serial

      Mov      Dptr,#2100H

      Clr        P1.0                    ;Disable

Transmitter (DE)

      Clr        P1.1                    ;Enable Receiver

(RE)

Loop:

      Acall      Serial_In

      Movx    @Dptr,A

      Inc        Dptr

      Mov      A,DPL

      Cjne      A,#00H,Loop

      Ajmp      *

Serial_In:

      Jnb       

RI,*

      Clr        RI

      Mov      A,SBUF    

     

Ret Listing ini dikembangkan pada DST-51 Minimum System dengan  crystal 11,0592 MHz dan dicompile dengan menggunakan ALDS 3.11

ALDS 3.11 is trademark by Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro STTS