SSI ( Synchronous Serial Interface , synchronně-sériové rozhraní ) je jednosměrné nemultiplexované rozhraní pro digitální přenos dat se sériovým přenosem bit po bitu, určené pro průmyslové aplikace s vysokou úrovní elektromagnetického rušení a dlouhými komunikačními linkami (až 1,5 km) s přenosovou rychlostí 100 kbps až 2 Mbps, například mezi vzdáleným senzorem a ovladačem, a je vhodný pro aplikace, které vyžadují spolehlivost při měření v náročných průmyslových prostředích.
Z hlediska úrovní signálu a požadavků na komunikační linku odpovídá rozhraní RS-422 .
SSI byl původně vyvinut v roce 1984 společností Max Stegmann GmbH [1] pro přenos dat z digitálních absolutních polohových a úhlových kodérů , proto někteří výrobci servopohonů a servokodérů často označují své SSI rozhraní jako „Stegmannovo rozhraní“.
Podmínky jeho použití byly dříve upraveny německým patentem DE 3445617, jehož platnost vypršela v roce 1990.
V tomto rozhraní se přenos binárních datových slov provádí sekvenčně a bit po bitu v jednom směru pouze z jednoho zařízení - obvykle z nějakého senzoru do jiného zařízení, například z programovatelného ovladače . Přijímací zařízení nepřenáší data do senzoru, ale řídí proces přenosu. Proto je regulátor obvykle označován jako master a snímač jako slave.
Přenos bitů je synchronizován hodinami generovanými masterem. Každý bit je přenášen v jednom hodinovém cyklu. Slave a master jsou tedy propojeny dvěma kanály - kanálem pro přenos synchronizačních impulsů z masteru a kanálem pro přenos bitů datového slova ze senzoru. Protože hodiny a data mají u kroucených párů téměř stejnou délku, mají také stejná zpoždění šíření, což vede ke stabilnímu přenosu dat na dlouhé vzdálenosti při vysokých rychlostech.
Přenosový protokol nepoužívá stop a start impulsy, jako např. u rozhraní RS-232 , což zvyšuje přenosovou rychlost.
Výměnný protokol zajišťuje sledování stavu linky - kontrolu přerušení a zkratu žil kabelu.
Elektricky je dvojice zařízení propojena dvěma kroucenými páry , kterými jsou přenášeny signály v diferenciální podobě, podobně jako u rozhraní RS-422 a RS-485 [2] , jeden pár je určen pro přenos synchronizačních impulsů, druhý pro přenos datové bity. Při takovém přenosu se úrovně napětí v kroucených dvoulinkách mění v protifázi a kroucené dvoulinky ze strany přijímače jsou připojeny na vstupy diferenciálních zesilovačů . Diferenciální způsob přenosu signálu poskytuje výrazné potlačení šumu v běžném režimu, což zvyšuje odolnost proti šumu.
Linky s kroucenými páry se obvykle označují jako Clock+ a Clock- nebo Clk+ a Clk- pro hodinový signál a Data+ a Data- pro datový signál. U rozhraní RS-422 je obvyklé považovat nízkou úroveň řádku „+“ vzhledem k řádku „-“ za logickou 1, ale dále v textu na časových diagramech jsou úrovně logické 1 znázorněny jako obvyklé - shora.
V jednom komunikačním kabelu slave-master je možné použít další napájecí vedení snímače. Obvykle jsou kroucené páry v kabelu, zejména u dlouhých kabelů, stíněné opletením připojeným k zemi, aby se snížilo rušení.
V přijímacích zařízeních master a slave se obvykle používá galvanické oddělení , které také zvyšuje odolnost proti šumu před rušením společného režimu , eliminuje přetížení vstupních diferenciálních zesilovačů signálem společného režimu a blokuje tok cirkulujících proudů při různých zemních potenciálech . hlavních a podřízených zařízení. Optočleny nebo optočleny se téměř vždy používají jako prvky zajišťující galvanické oddělení .
Elektrické parametry komunikace jsou regulovány standardem rozhraní RS-422 - rozdílové úrovně napětí mezi kroucenými páry vodičů ± 6 V při zatěžovacím odporu 100 Ohm , při použití komunikačních kabelů doporučených standardem RS-422 maximální délka komunikační linka je 1,5 km při přenosové rychlosti až 100 kbps. Při použití kratších komunikačních linek umožňuje standard RS-422 zvýšení přenosové rychlosti až na 10 Mbps, ale standard na SSI omezuje přenosovou rychlost (taktovací frekvenci) na 2 MHz.
Jedno hlavní zařízení přes jeden kroucený pár může synchronizovat až 3 slave zařízení, přirozeně, kroucené datové páry z slave zařízení jsou individuální pro každé slave zařízení.
Standard SSI nespecifikuje typ konektorů ukončovacího kabelu, často se používají konektorové páry typu Mini-DIN nebo DE-9 . Řada výrobců používá šroubové svorky .
Slave zařízení má kruhový posuvný registr s paralelním záznamem datového slova - výsledku měření a sériového výstupu bitů při posunu na datovou linku přes diferenciální budič . Obsah posuvného registru je aktualizován na začátku přenosu slova obsahem mezilehlého registru. Při absenci přenosu dat se slovo výsledku měření periodicky zapisuje do meziregistru a výsledek měření je tak neustále aktualizován v tomto registru [3] .
Také podřízené zařízení má jednorázově restartovatelné zařízení s pevnou dobou trvání nestabilního stavu, trvání nestabilního stavu - aktivní režim rozhraní je samozřejmě delší než doba přenosu jednoho bitu. V nestabilním stavu jednorázového je blokován paralelní zápis do přídavného registru. Převod jednorázovky do nestabilního stavu a restart jednorázovky se provádí nulovou úrovní („0“) synchronizačního signálu. V nestabilním stavu jednorázovky je blokována aktualizace dat v doplňkovém registru. Tento jediný záběr se podílí na přenosovém protokolu a diagnostice kabelů.
Délka slova v bitech je určena konstrukcí (programem) podřízeného a nadřízeného programu a může mít libovolnou délku. Kromě skutečných naměřených dat - číselného výsledku měření, vývojáři snímačů někdy zahrnou do datového slova servisní bitová pole , například výsledky autodiagnostiky snímače a/nebo bitová pole pro opravu a detekci chyb.
Kódování dat výsledku měření je také libovolné v závislosti na konkrétním senzoru, například obvyklým polohovým binárním kódem nebo Grayovým kódem . Přenos číselného výsledku měření se obvykle provádí nejdříve s nejvýznamnějšími bity. Formát přenášeného slova je podrobně popsán ve specifikaci pro konkrétní senzor.
Existují 2 možnosti přenosu dat - samostatnými slovy a s nepřetržitým přenosem slov.
Jednoslovný přenosový protokolZpočátku a v pohotovostním režimu přenosu drží master synchronizační linku ve stavu logické 1 („1“), jednorázový výstřel podřízeného je ve stabilním stavu, zatímco aktualizace obsahu v pomocném registru na základě výsledků měření je povoleno, datovou linku drží slave ve stavu "1". Stav čekání může trvat libovolně dlouho.
Zahájení přenosu iniciuje master nastavením "0" na synchronizační lince. Současně se provádějí následující akce:
Začátek přenosu 1. bitu začíná přenosem synchronizační linky na "1", přičemž výstup posuvného registru je přenášen na datovou linku.
Vlastní příjem bitu na master se provádí na sestupné hraně synchronizačního signálu. Další náběžná hrana synchronizace posune slovo v prstencovém posuvném registru a předá další bit slova z výstupu posuvného registru do datového vedení, které je čteno vedoucím opět na sestupné hraně synchronizace. Popsaný proces se opakuje, dokud nejsou přeneseny všechny bity. Po přijetí posledního bitu slave drží na synchronizační lince "1" a restart jednorázového režimu se zastaví. Po čase návratu přejde jednotlivý výstřel do ustáleného stavu, čímž se rozhraní přepne do pohotovostního režimu, zatímco aktualizace pomocného registru novými naměřenými daty bude pokračovat.
Pohotovostní režim trvá do nového přenosu.
Vzhledem k tomu, že v pohotovostním režimu je datová linka nutně „1“ a po skončení přenosu, zatímco je jednorázový výstřel v nestabilním stavu, datová linka musí být nutně „0“, jedná se o diagnostické příznaky poruchy kabelu - přerušení nebo zkrat jader datové linky nebo synchronizace. Pokud selže synchronizační linka, slave jednoduše nereaguje. Diagnostické signatury zpracovává hlavní program.
Je zřejmé, že v tomto rozhraní se může doba trvání hodinové periody široce měnit a dokonce se může lišit, když jsou přenášeny různé bity slova. Hlavním požadavkem je, aby doba trvání periody byla zjevně kratší než doba trvání nestabilního stavu jednotlivého vibrátoru.
Režim opakovaného přenosu slovaTento režim slouží k ověření správnosti přenosu v podmínkách silného rušení na komunikační lince.
Po klidovém stavu se přenos jednoho slova neliší od přenosu jednotlivých slov, ale master v tomto režimu generuje znovu shluk synchronizačních impulsů, než se podřízený jednorázový přepne do ustáleného stavu. Protože aktualizace posuvného registru je v nestabilním stavu blokována a po počtu posuvů rovnajícím se délce prstencového posuvného registru přejde do stejného stavu jako před posuvem, přes rozhraní se přenese stejné slovo.
Porovnání rovnosti dvou nebo více slov získaných tímto způsobem hostitelským programem vám umožňuje získat spolehlivé informace při silném rušení bez použití kódů pro detekci nebo opravu chyb, například Hammingův kód , což značně zjednodušuje hardware snímače. Odplatou za to je tedy to, že při opakovaném přenosu se propustnost kanálu sníží.