SSI ( Synchronous Serial Interface , synchronous-serial interface ) on yksisuuntainen ei-multipleksoitu digitaalinen tiedonsiirtoliitäntä, jossa on sarja bittibitiltä siirto. Se on suunniteltu teollisiin sovelluksiin, joissa on korkea sähkömagneettinen häiriötaso ja pitkiä tietoliikennelinjoja (jopa 1,5 km). 100 kbps - 2 Mbps siirtonopeudella esimerkiksi kauko-anturin ja ohjaimen välillä ja soveltuu sovelluksiin, jotka vaativat luotettavuutta mittauksissa ankarissa teollisuusympäristöissä.
Signaalitasojen ja tietoliikennelinjan vaatimusten osalta se vastaa RS -422- liitäntää .
Max Stegmann GmbH [1] kehitti SSI:n alun perin vuonna 1984 datan siirtämiseksi digitaalisista absoluuttisen sijainnin ja kulmaanturien enkoodereista , minkä vuoksi jotkut servo- ja servoenkooderien valmistajat kutsuvat usein SSI-liitäntäänsä "Stegmann-liitännäksi".
Sen käyttöehtoja säänteli aiemmin saksalainen patentti DE 3445617, joka päättyi vuonna 1990.
Tässä rajapinnassa binääritietosanojen siirto suoritetaan peräkkäin ja bitti kerrallaan yhteen suuntaan vain yhdeltä laitteelta - yleensä jostakin anturista toiseen laitteelle, esimerkiksi ohjelmoitavalle ohjaimelle . Vastaanottava laite ei lähetä dataa anturille, vaan ohjaa lähetysprosessia. Siksi säädintä kutsutaan yleensä isäntäksi ja anturia orjaksi.
Bittilähetys synkronoidaan isäntälaitteen generoimalla kellolla . Jokainen bitti lähetetään yhdessä kellojaksossa. Siten orja ja isäntä on yhdistetty kahdella kanavalla - kanava tahdistuspulssien lähettämiseen isännältä ja kanava datasanan bittien lähettämiseen anturista. Koska kello ja data ovat lähes yhtä pitkiä kierretyillä pareilla, niillä on myös samat etenemisviiveet, mikä johtaa vakaaseen tiedonsiirtoon pitkiä matkoja suurilla nopeuksilla.
Lähetysprotokolla ei käytä pysäytys- ja käynnistyspulsseja, kuten esimerkiksi RS-232-liitännässä , mikä lisää siirtonopeutta.
Vaihtoprotokolla mahdollistaa linjan kunnon valvonnan - katkosten ja oikosulkujen tarkistamisen kaapelisydämissä.
Sähköisesti laitepari on yhdistetty kahdella kierretyllä parilla , joiden kautta signaalit lähetetään differentiaalisessa muodossa, kuten RS-422- ja RS-485-liitännät [2] , yksi pari on suunniteltu lähettämään synkronointipulsseja, toinen lähettämään. databittejä. Tällaisella lähetyksellä kierrettyjen parien jännitetasot muuttuvat vastavaiheessa ja vastaanottimen puolelta tulevat kierretyt parit kytketään differentiaalivahvistimien tuloihin . Differentiaalinen signaalinsiirtomenetelmä vaimentaa merkittävästi yhteismuotoista kohinaa, mikä lisää kohinansietokykyä.
Kierrettyjä parilinjoja kutsutaan yleensä nimellä Clock+ ja Clock- tai Clk+ ja Clk- kellosignaalille ja Data+ ja Data- datasignaalille. RS-422-liitännässä on tapana pitää “+”-viivan alhainen taso suhteessa “-”-viivaan loogisena 1:nä, mutta edelleen ajoituskaavioiden tekstissä loogisen 1:n tasot on esitetty muodossa. tavallista - ylhäältä.
Anturin lisävirtajohtoja voidaan käyttää yhdessä slave-master-tiedonsiirtokaapelissa. Yleensä kaapelin kierretyt parit, erityisesti pitkissä kaapeleissa, on suojattu punoksella, joka on kytketty maahan häiriöiden vähentämiseksi.
Isäntä- ja orjalaitteen vastaanottolaitteissa käytetään yleensä galvaanista eristystä , joka myös lisää melunsietokykyä yhteismuotoisten häiriöiden suhteen, eliminoi tulodifferentiaalivahvistimien ylikuormituksen yhteismuotosignaalilla ja estää kiertävien virtojen kulkua eri maapotentiaalilla . isäntä- ja orjalaitteista. Optoerottimia tai optoerottimia käytetään lähes aina galvaanisen eristyksen aikaansaavina elementteinä .
Tiedonsiirron sähköisiä parametreja säätelee RS-422-liitäntästandardi - kierrettyjen parijohtimien välinen jännite-ero ± 6 V kuormitusvastuksen ollessa 100 ohmia , kun käytetään RS-422-standardin suosittelemia tietoliikennekaapeleita, tietoliikennelinja on 1,5 km siirtonopeudella jopa 100 kbps. Lyhyempiä tietoliikennelinjoja käytettäessä RS-422-standardi sallii siirtonopeuden nostamisen jopa 10 Mbps:iin, mutta SSI-standardi rajoittaa siirtonopeuden (kellotaajuuden) 2 MHz:iin.
Yksi isäntälaite yhden kierretyn parin yli voi synkronoida jopa 3 orjalaitetta, luonnollisesti orjalaitteiden kierretyt dataparit ovat yksilöllisiä jokaiselle orjalaitteelle.
SSI-standardi ei määrittele päätekaapeliliittimien tyyppiä, vaan usein käytetään Mini-DIN- tai DE-9- tyyppisiä liitinpareja . Useat valmistajat käyttävät ruuviliittimiä .
Orjalaitteessa on rengassiirtorekisteri , johon on tallennettu rinnakkain datasana - mittaustulos ja bittien sarjalähtö siirtyessä datalinjalle differentiaaliohjaimen kautta . Siirtorekisterin sisältö päivitetään sanansiirron alussa välirekisterin sisällöllä. Tiedonsiirron puuttuessa mittaustuloksen sana kirjoitetaan ajoittain välirekisteriin ja mittaustulos päivittyy siten jatkuvasti tähän rekisteriin [3] .
Myös orjalaitteessa on uudelleenkäynnistettävä one -shot , jolla on kiinteä epävakaan tilan kesto, epävakaan tilan kesto - rajapinnan aktiivinen tila on selvästi suurempi kuin yhden bitin lähetyksen kesto. Yhden laukauksen epävakaassa tilassa rinnakkaiskirjoitus lisärekisteriin on estetty. Synkronointisignaalin nollataso ("0") suorittaa yhden laukauksen siirtämisen epävakaaseen tilaan ja käynnistämisen uudelleen. Yhden laukauksen epävakaassa tilassa lisärekisterin tietojen päivitys on estetty. Tämä yksittäinen laukaus osallistuu siirtoprotokollan ja kaapelin diagnostiikkaan.
Sanan pituus bitteinä määräytyy orja- ja pääohjelman suunnittelun (ohjelman) mukaan, ja se voi olla mielivaltaisen pituinen. Varsinaisen mitatun tiedon - mittauksen numeerisen tuloksen - lisäksi anturien kehittäjät sisällyttävät joskus datasanaan palvelubittikenttiä , esimerkiksi anturin itsediagnoosin tuloksia ja/tai bittikenttiä korjausta ja virheen havaitsemista varten .
Mittaustuloksen tietojen koodaus on myös mielivaltainen, riippuen tietystä anturista, esimerkiksi tavallinen paikkabinäärikoodi tai harmaakoodi . Mittauksen numeerisen tuloksen siirto tapahtuu yleensä merkitsevillä biteillä ensin. Lähetetyn sanan muoto on kuvattu yksityiskohtaisesti tietyn anturin spesifikaatiossa.
Tiedonsiirrossa on kaksi vaihtoehtoa - erillisillä sanoilla ja jatkuvalla sanojen siirrolla.
Yksisanainen lähetysprotokollaAluksi ja lähetyksen valmiustilassa isäntä pitää synkronointilinjaa loogisessa tilassa 1 ("1"), orjan yksittäinen laukaus on vakaassa tilassa, kun taas apurekisterin sisällön päivittäminen mittaustulosten perusteella on sallittu, orja pitää datalinjaa "1"-tilassa. Odotustila voi kestää mielivaltaisen ajan.
Isäntä aloittaa lähetyksen asettamalla "0" synkronointiriville. Samanaikaisesti suoritetaan seuraavat toiminnot samanaikaisesti:
1. bitin siirron alku alkaa synkronointilinjan siirrolla "1":een, kun taas siirtorekisterin lähtö välitetään datalinjalle.
Bitin varsinainen vastaanotto isännälle suoritetaan synkronointisignaalin laskevalla reunalla . Synkronoinnin seuraava nouseva reuna siirtää sanaa rengassiirtorekisterissä ja antaa sanan seuraavan bitin siirtorekisterin lähdöstä datariville, jonka johtaja lukee uudelleen synkronoinnin laskevalla reunalla. Kuvattua prosessia toistetaan, kunnes kaikki bitit on lähetetty. Vastaanotettuaan viimeisen bitin, orja pitää "1" synkronointilinjalla, ja yhden laukauksen uudelleenkäynnistys pysähtyy. Paluuajan jälkeen yksittäinen laukaus siirtyy vakaaseen tilaan, mikä asettaa rajapinnan valmiustilaan ja apurekisterin päivittäminen uusilla mittaustiedoilla jatkuu.
Valmiustila kestää uuteen lähetykseen asti.
Koska valmiustilassa datalinja on välttämättä "1" ja lähetyksen päätyttyä, kun yksittäinen laukaus on epävakaassa tilassa, datalinjan on välttämättä oltava "0", nämä ovat diagnostisia allekirjoituksia kaapelin toimintahäiriöstä - katkokset tai oikosulut datalinjan ytimissä tai synkronoinnissa. Jos synkronointilinja epäonnistuu, orja ei yksinkertaisesti vastaa. Master-ohjelma käsittelee diagnostiset allekirjoitukset.
Ilmeisesti tässä rajapinnassa kellojakson kesto voi vaihdella suuresti ja jopa olla erilainen, kun sanan eri bittejä lähetetään. Päävaatimus on, että jakson keston tulee olla selvästi lyhyempi kuin yksittäisen täryttimen epävakaan tilan kesto.
Sanan uudelleenlähetystilaTätä tilaa käytetään lähetyksen oikeellisuuden tarkistamiseen tietoliikennelinjan voimakkaiden häiriöiden olosuhteissa.
Idle-tilan jälkeen yhden sanan lähetys ei eroa yksittäisten sanojen lähetyksestä, mutta isäntä tässä tilassa generoi synkronointipulssien uudelleenpurskeen ennen kuin orjan one-shot siirtyy vakaaseen tilaan. Koska siirtorekisterin päivitys on estetty epävakaassa tilassa ja rengassiirtorekisterin pituutta vastaavan siirtomäärän jälkeen se siirtyy samaan tilaan kuin ennen siirtoa, sama sana välitetään rajapinnan kautta.
Vertaamalla isäntäohjelman tällä tavalla saamia kahta tai useampaa sanaa yhtäläisyyteen voit saada luotettavaa tietoa voimakkaiden häiriöiden alaisena käyttämättä virheen havaitsevia tai korjaavia koodeja, esimerkiksi Hamming-koodia , joka yksinkertaistaa huomattavasti anturin laitteistoa. Vastaavasti tämän kosto on se, että uudelleenlähetyksessä kanavan läpäisykyky pienenee.