SSI ( Synchronous Serial Interface , synchronous-serial interface ) är ett enkelriktat icke-multiplexerat digitalt dataöverföringsgränssnitt med seriell bit-för-bit-överföring, designat för industriella tillämpningar med höga nivåer av elektromagnetisk störning och långa kommunikationslinjer (upp till 1,5 km) med en överföringshastighet på 100 kbps upp till 2 Mbps, till exempel mellan en fjärrsensor och en styrenhet, och är lämplig för applikationer som kräver tillförlitlighet vid mätningar i tuffa industriella miljöer.
När det gäller signalnivåer och krav på kommunikationslinjen motsvarar den RS-422- gränssnittet .
SSI utvecklades ursprungligen 1984 av Max Stegmann GmbH [1] för att överföra data från digitala absoluta positions- och vinkelkodare , vilket är anledningen till att vissa servo- och servokodartillverkare ofta hänvisar till sitt SSI-gränssnitt som "Stegmann-gränssnittet".
Villkoren för dess användning reglerades tidigare av det tyska patentet DE 3445617, som upphörde att gälla 1990.
I detta gränssnitt utförs överföringen av binära dataord sekventiellt och bit för bit i en riktning från endast en enhet - vanligtvis någon sensor till en annan enhet, till exempel en programmerbar styrenhet . Den mottagande enheten överför inte data till sensorn, utan styr överföringsprocessen. Därför kallas regulatorn vanligtvis för master och sensorn som slav.
Bitöverföringen synkroniseras av en klocka som genereras av mastern. Varje bit sänds i en klockcykel. Således är slaven och mastern sammankopplade med två kanaler - kanalen för sändning av synkpulser från mastern och kanalen för sändning av bitar av dataordet från sensorn. Eftersom klockan och data är nästan lika långa över tvinnade par, har de också lika utbredningsfördröjningar, vilket resulterar i stabil dataöverföring över långa avstånd vid höga hastigheter.
Överföringsprotokollet använder inte stopp- och startpulser, som till exempel i RS-232-gränssnittet , vilket ökar överföringshastigheten.
Utbytesprotokollet tillhandahåller övervakning av linjens hälsa - kontroll av avbrott och kortslutningar i kabelkärnorna.
Elektriskt är ett par enheter sammankopplade med två tvinnade par genom vilka signaler sänds i en differentiell form, liknande gränssnitten RS-422 och RS-485 [2] , ett par är utformat för att sända synkroniseringspulser, det andra för att sända databitar. Med en sådan överföring ändras spänningsnivåerna i de tvinnade paren i motfas och de tvinnade paren från mottagarsidan är anslutna till ingångarna på differentialförstärkare . Den differentiella metoden för signalöverföring ger betydande undertryckande av common mode-brus, vilket ökar brusimmuniteten.
Twisted-pair-linjer brukar kallas Clock+ och Clock- eller Clk+ och Clk- för en klocksignal och Data+ och Data- för en datasignal. För RS-422-gränssnittet är det vanligt att betrakta den låga nivån på "+"-linjen i förhållande till "-"-linjen som logisk 1, men längre fram i texten på tidsdiagrammen visas nivåerna för logisk 1 som vanligt - från ovan.
Det är möjligt att använda ytterligare strömförsörjningsledningar för sensorn i en slav-master kommunikationskabel. Vanligtvis är tvinnade par i en kabel, speciellt i långa kablar, skärmade med en fläta ansluten till jord för att minska störningar.
I masterns och slavens mottagningsenheter används vanligtvis galvanisk isolering , vilket också ökar brusimmuniteten från common mode interferens , eliminerar överbelastningen av ingångsdifferentialförstärkare med en common mode-signal och blockerar flödet av cirkulerande strömmar vid olika jordpotentialer. av master- och slavenheterna. Optokopplare eller optokopplare används nästan alltid som element som ger galvanisk isolering .
De elektriska parametrarna för kommunikation regleras av RS-422-gränssnittsstandarden - differentiella spänningsnivåer mellan partvinnade ledare ± 6 V vid en belastningsresistans på 100 Ohm , vid användning av kommunikationskablar som rekommenderas av RS-422-standarden, den maximala längden på kommunikationslinjen är 1,5 km vid en överföringshastighet på upp till 100 kbps. Vid användning av kortare kommunikationslinjer tillåter RS-422-standarden en ökning av överföringshastigheten upp till 10 Mbps, men standarden på SSI begränsar överföringshastigheten (klockfrekvensen) till 2 MHz.
En masterenhet över ett tvinnat par kan synkronisera upp till 3 slavenheter, naturligtvis är tvinnade datapar från slavenheter individuella för varje slavenhet.
SSI-standarden anger inte typen av termineringskabelkontakter, kontaktpar av Mini-DIN- eller DE-9- typer används ofta . Ett antal tillverkare använder skruvterminaler .
Slavenheten har ett ringskiftregister med en parallell registrering av dataordet - resultatet av mätningen och den seriella utmatningen av bitar vid växling till datalinjen via en differentialdrivenhet . Skiftregistrets innehåll uppdateras i början av ordöverföringen av innehållet i mellanregistret. I avsaknad av dataöverföring skrivs mätresultatets ord periodiskt till mellanregistret och mätresultatet uppdateras således ständigt i detta register [3] .
Dessutom har slavanordningen en omstartbar one -shot med en fast varaktighet av det instabila tillståndet, varaktigheten av det instabila tillståndet - det aktiva läget för gränssnittet är uppenbarligen längre än varaktigheten av överföringen av en bit. I det instabila tillståndet för one-shot blockeras parallellskrivning till tilläggsregistret. Överföringen av one-shot till ett instabilt tillstånd och omstart av one-shot utförs av nollnivån ("O") för synkroniseringssignalen. I det instabila tillståndet för one-shot blockeras uppdateringen av data i tilläggsregistret. Detta enda skott deltar i överföringsprotokollet och kabeldiagnostik.
Ordlängden i bitar bestäms av utformningen (programmet) av slaven och masterprogrammet och kan vara av godtycklig längd. Utöver de faktiska uppmätta data - det numeriska resultatet av mätningen, inkluderar sensorutvecklare ibland tjänstebitfält i dataordet , till exempel resultaten av sensorns självdiagnos och/eller bitfält för korrigering och feldetektering.
Kodningen av data för mätresultatet är också godtycklig, beroende på den specifika sensorn, till exempel den vanliga positionsbinära koden eller gråkoden . Överföringen av det numeriska resultatet av mätningen görs vanligtvis med de mest signifikanta bitarna först. Formatet för det överförda ordet beskrivs i detalj i specifikationen för en viss sensor.
Det finns 2 alternativ för dataöverföring - i separata ord och med kontinuerlig överföring av ord.
EnordsöverföringsprotokollInitialt och i överföringsberedskapsläget håller mastern synkroniseringslinjen i tillståndet logisk 1 ("1"), slavens singelskott är i ett stabilt tillstånd, medan uppdatering av innehållet i hjälpregistret baserat på mätresultaten är tillåtet, hålls datalinjen av slaven i tillståndet "1". Väntetillståndet kan pågå en godtycklig tid.
Starten av sändningen initieras av mastern och sätter "0" på synkroniseringslinjen. Samtidigt utförs följande åtgärder samtidigt:
Början av överföringen av den första biten börjar med överföringen av synkroniseringslinjen till "1", medan utsignalen från skiftregistret sänds till datalinjen.
Den faktiska mottagningen av biten till mastern utförs på synkroniseringssignalens fallande flank . Nästa stigande flank av synkronisering skiftar ordet i ringskiftregistret och ger nästa bit av ordet från utgången av skiftregistret till datalinjen, som läses av ledaren igen på synkroniseringens fallande flank. Den beskrivna processen upprepas tills alla bitar har sänts. Efter att ha tagit emot den sista biten håller slaven "1" på synkroniseringslinjen, och omstarten av one-shot stoppar. Efter returtiden går det enstaka skottet till ett stabilt tillstånd, vilket sätter gränssnittet i standby-läge, samtidigt som uppdateringen av hjälpregistret med nya mätdata återupptas.
Standbyläget varar tills en ny sändning.
Eftersom i standby-läge datalinjen nödvändigtvis är "1", och efter slutet av överföringen, medan enstaka skott är i ett instabilt tillstånd, måste datalinjen nödvändigtvis vara "0", dessa är diagnostiska signaturer för en kabelfel - avbrott eller kortslutning av datalinjekärnorna eller synkronisering. Om synkroniseringslinjen misslyckas svarar slaven helt enkelt inte. De diagnostiska signaturerna bearbetas av masterprogrammet.
Uppenbarligen, i detta gränssnitt, kan varaktigheten av klockperioden variera stort och till och med vara olika när olika bitar av ordet sänds. Huvudkravet är att periodens varaktighet uppenbarligen ska vara kortare än varaktigheten av det instabila tillståndet för den enskilda vibratorn.
OrdåtersändningslägeDetta läge används för att verifiera överföringens korrekthet under förhållanden med kraftiga störningar på kommunikationslinjen.
Efter vilotillståndet skiljer sig sändningen av ett ord inte från överföringen av enstaka ord, men mastern i detta läge genererar en re-burst av synkroniseringspulser innan slavens one-shot växlar till ett stabilt tillstånd. Eftersom uppdateringen av skiftregistret är blockerad i det instabila tillståndet, och efter antalet skift lika med längden på ringskiftregistret, går det in i samma tillstånd som före skiftet, samma ord sänds över gränssnittet.
Jämförelse för likhet mellan två eller flera ord som erhållits på detta sätt av värdprogrammet gör att du kan få tillförlitlig information under stark störning utan att använda feldetekterande eller felkorrigerande koder, till exempel Hamming-koden , vilket avsevärt förenklar sensorns hårdvara. Följaktligen är vedergällningen för detta att vid återsändning minskar kanalgenomströmningen.