Az SSI ( Synchronous Serial Interface , synchronous-serial interfész ) egy egyirányú, nem multiplexelt digitális adatátviteli interfész soros bitenkénti átvitellel, amelyet magas szintű elektromágneses interferenciával és hosszú kommunikációs vonalakkal (1,5 km-ig) tartó ipari alkalmazásokhoz terveztek. 100 kb/s-tól 2 Mb/s-ig terjedő átviteli sebességgel, például egy távoli érzékelő és egy vezérlő között, és alkalmas olyan alkalmazásokhoz, amelyek megbízhatóságot igényelnek a zord ipari környezetben végzett méréseknél.
A jelszinteket és a kommunikációs vonal követelményeit tekintve az RS-422 interfésznek felel meg .
Az SSI-t eredetileg 1984-ben a Max Stegmann GmbH [1] fejlesztette ki a digitális abszolút helyzet- és szögjeladók adatainak továbbítására , ezért egyes szervo- és szervokódoló-gyártók gyakran "Stegmann-interfészként" hivatkoznak az SSI-interfészre.
Használatának feltételeit korábban a DE 3445617 számú német szabadalom szabályozta , amely 1990-ben járt le.
Ezen az interfészen a bináris adatszavak átvitele szekvenciálisan és bitenként, egy irányban történik csak egy eszközről - általában valamilyen érzékelőről egy másik eszközre, például egy programozható vezérlőre . A fogadó készülék nem továbbít adatokat az érzékelőnek, hanem vezérli az átvitel folyamatát. Ezért a vezérlőt általában masternek, az érzékelőt pedig slave-nek nevezik.
A bitátvitelt a master által generált óra szinkronizálja. Minden bit egy órajelben kerül átvitelre. Így a slave és a master két csatornával van összekötve - a csatorna a szinkronimpulzusok továbbítására a mastertől és a csatorna az adatszó bitjeinek továbbítására az érzékelőtől. Mivel az órajel és az adatok sodrott érpárokon közel azonos hosszúságúak, a terjedési késleltetésük is egyenlő, ami stabil adatátvitelt eredményez nagy távolságokon, nagy sebességgel.
Az átviteli protokoll nem használ stop és start impulzusokat, mint például az RS-232 interfésznél , ami növeli az átviteli sebességet.
A csereprotokoll biztosítja a vonal állapotának felügyeletét - a kábelmagok szakadásainak és rövidzárlatainak ellenőrzését.
Elektromosan egy pár eszközt két csavart érpár köt össze, amelyeken keresztül a jelek továbbítása differenciális formában történik, hasonlóan az RS-422 és RS-485 interfészekhez [2] , az egyik pár szinkronizáló impulzusok továbbítására, a másik a szinkronizálási impulzusok továbbítására szolgál. adatbitek. Egy ilyen átvitelnél a csavart érpárok feszültségszintje ellenfázisban változik, és a vevőoldali csavart érpárok a differenciálerősítők bemeneteire csatlakoznak . A jelátvitel differenciális módszere jelentős mértékben elnyomja a közös módú zajt, ami növeli a zajtűrést.
A sodrott érpárú vonalakat általában Clock+ és Clock- vagy Clk+ és Clk- néven nevezik órajel esetén, illetve Data+ és Data- néven adatjelet. Az RS-422 interfésznél a „+” vonal „-” vonalhoz viszonyított alacsony szintjét szokás logikai 1-nek tekinteni, de a továbbiakban az idődiagramok szövegében a logikai 1 szintjeit úgy tüntettük fel. szokásos - felülről.
Lehetőség van az érzékelő további tápvezetékeinek használatára egyetlen slave-master kommunikációs kábelben. Általában a kábelek sodrott érpárjait, különösen a hosszú kábeleknél, egy földhöz csatlakoztatott fonattal árnyékolják az interferencia csökkentése érdekében.
A master és slave vevőkészülékeiben általában galvanikus leválasztást alkalmaznak , amely növeli a közös módusú zavarokkal szembeni zajvédelmet , kiküszöböli a bemeneti differenciálerősítők túlterhelését közös módusú jellel, és blokkolja a keringő áramok áramlását különböző földpotenciálokon . a mester és a szolga eszközök. Az optocsatolókat vagy optocsatolókat szinte mindig galvanikus szigetelést biztosító elemként használják .
A kommunikáció elektromos paramétereit az RS-422 interfész szabvány szabályozza - a sodrott érpárú vezetők közötti feszültségkülönbség ± 6 V 100 Ohm terhelési ellenállás mellett , az RS-422 szabvány által ajánlott kommunikációs kábelek használata esetén a A kommunikációs vonal 1,5 km, átviteli sebessége legfeljebb 100 kbps. Rövidebb kommunikációs vonalak használata esetén az RS-422 szabvány 10 Mbps-ig teszi lehetővé az átviteli sebesség növelését, de az SSI szabvány 2 MHz-re korlátozza az átviteli sebességet (órafrekvenciát).
Egy mester eszköz egy csavart érpáron legfeljebb 3 szolga eszközt képes szinkronizálni, természetesen a szolga eszközök sodrott adatpárjai minden szolga eszköz esetében egyediek.
Az SSI szabvány nem határozza meg a lezáró kábel csatlakozók típusát, gyakran Mini-DIN vagy DE-9 típusú csatlakozópárokat használnak . Számos gyártó használ csavaros csatlakozókat .
A slave eszköznek van egy gyűrűtoló regisztere , amely párhuzamosan rögzíti az adatszót - a mérés eredményét és a bitek soros kimenetét, amikor differenciálmeghajtón keresztül az adatvonalra vált . A műszakregiszter tartalmát a szóátvitel elején frissíti a köztes regiszter tartalma. Adatátvitel hiányában a mérési eredmény szava periodikusan a közbülső regiszterbe kerül, és a mérési eredmény így folyamatosan frissül ebben a regiszterben [3] .
Valamint a szolga eszköznek van egy újraindítható egyszeri , az instabil állapot fix időtartama, az instabil állapot időtartama - az interfész aktív üzemmódja nyilvánvalóan nagyobb, mint egy bit átvitelének időtartama. Az egyszeri felvétel instabil állapotában a kiegészítő regiszterbe történő párhuzamos írás blokkolva van. Az egyszeri felvétel instabil állapotba átvitelét és az egyszeri újraindítást a szinkronizációs jel nulla szintje ("0") hajtja végre. Az egyszeri felvétel instabil állapotában a kiegészítő regiszterben lévő adatok frissítése le van tiltva. Ez az egyetlen felvétel részt vesz az átviteli protokollban és a kábeldiagnosztikában.
A szó bitben kifejezett hosszát a slave és a master program tervezése (programja) határozza meg, és tetszőleges hosszúságú lehet. A tényleges mért adatokon – a mérés numerikus eredményén – az érzékelőfejlesztők időnként szervizbitmezőket is beépítenek az adatszóba, például az érzékelő öndiagnózisának eredményeit és/vagy bitmezőket a korrekcióhoz és hibaészleléshez.
A mérési eredmény adatainak kódolása is tetszőleges, az adott érzékelőtől függően, például a szokásos pozíciós bináris kód vagy Gray kód . A mérés numerikus eredményének átvitele általában először a legjelentősebb bitekkel történik. A továbbított szó formátuma részletesen le van írva egy adott érzékelő specifikációjában.
Az adatátvitelre 2 lehetőség van - külön szavakkal és folyamatos szótovábbítással.
Egyszavas átviteli protokollKezdetben és átviteli készenléti módban a master a szinkronizációs vonalat logikai 1-es ("1") állapotban tartja, a slave egyetlen lövése stabil állapotban van, míg a mérési eredmények alapján a segédregiszter tartalmának frissítése megengedett, az adatvonalat a slave tartja "1" állapotban. A várakozási állapot tetszőleges ideig tarthat.
Az átvitel megkezdését a master kezdeményezi, a szinkronizálási vonalon "0" beállítással. Ezzel egyidejűleg a következő műveleteket hajtják végre:
Az 1. bit átvitelének kezdete a szinkronizációs vonal "1"-re történő átvitelével kezdődik, míg az eltolási regiszter kimenete az adatvonalra kerül.
A bit tényleges vétele a master felé a szinkronizáló jel lefutó élén történik. A szinkronizálás következő felfutó éle eltolja a szót a gyűrűs eltolási regiszterben, és a szó következő bitjét adja a váltóregiszter kimenetéből az adatsorba, amit a szinkronizálás lefutó élén a vezető ismét beolvas. A leírt folyamatot addig ismételjük, amíg az összes bitet el nem küldjük. Az utolsó bit fogadása után a slave "1"-et tart a szinkronizálási vonalon, és az egyszeri újraindítás leáll. A visszatérési idő letelte után az egyszeri felvétel stacionárius állapotba kerül, ami készenléti üzemmódba helyezi az interfészt, miközben folytatódik a segédregiszter frissítése új mérési adatokkal.
A készenléti üzemmód új adásig tart.
Mivel készenléti üzemmódban az adatvonal szükségszerűen „1”, és az átvitel befejezése után, miközben az egyetlen lövés instabil állapotban van, az adatvonalnak feltétlenül „0”-nak kell lennie, ezek a kábel meghibásodásának diagnosztikai aláírásai - az adatvonal magjainak vagy szinkronizálásának szakadásai vagy rövidzárlatai. Ha a szinkronizálási vonal meghibásodik, a slave egyszerűen nem válaszol. A diagnosztikai aláírásokat a mesterprogram dolgozza fel.
Nyilvánvaló, hogy ezen az interfészen az óraperiódus időtartama tág határok között változhat, és akár eltérő is lehet, ha a szó különböző bitjeit továbbítják. A fő követelmény az, hogy a periódus időtartama nyilvánvalóan rövidebb legyen, mint az egyetlen vibrátor instabil állapotának időtartama.
Szó-újraátviteli módEz a mód az átvitel helyességének ellenőrzésére szolgál erős interferencia esetén a kommunikációs vonalon.
A készenléti állapot után egy szó átvitele nem különbözik az egyes szavak átvitelétől, de a master ebben az üzemmódban ismételt szinkronizálási impulzusokat generál, mielőtt a slave egyszeri vezérlése állandósult állapotba kapcsolna. Mivel a váltóregiszter frissítése instabil állapotban blokkolva van, és a gyűrűs eltolási regiszter hosszával megegyező számú eltolás után az eltolás előtti állapotba kerül, ugyanaz a szó kerül továbbításra az interfészen keresztül.
A gazdaprogram által így kapott két vagy több szó egyenlőségének összehasonlítása lehetővé teszi, hogy megbízható információkhoz jusson erős interferencia esetén anélkül, hogy hibaészlelő vagy hibajavító kódokat használna, például a Hamming-kódot , amely nagyban leegyszerűsíti az érzékelő hardverét. Ennek megfelelően ennek az a megtorlása, hogy újraadáskor a csatorna áteresztőképessége csökken.