Синхронды сериялық интерфейс - Synchronous Serial Interface
Синхронды сериялық интерфейс (SSI) шебер (мысалы, контроллер) мен құл (мысалы, сенсор) арасындағы өндірістік қосымшаларға арналған кеңінен қолданылатын сериялық интерфейс стандарты. SSI негізделген RS-422[1] стандарттарға сәйкес келеді және әртүрлі аппараттық платформаларда іске асырудан басқа жоғары протокол тиімділігі бар, бұл сенсор өндірушілер арасында өте танымал. SSI бастапқыда 1984 жылы Max Stegmann GmbH компаниясының позициялық деректерін беру үшін жасалған абсолютті кодерлер - осы себепті кейбір серво / жетек жабдықтарын өндірушілер өздерінің SSI портын «Stegmann интерфейсі» деп атайды. Ол бұрын неміс патентімен 1990 жылы аяқталған DE 34 45 617 патентімен қамтылған. Бұл сенімділік пен беріктікті талап ететін қосымшаларға өте қолайлы әр түрлі өндірістік ортадағы өлшемдерде.
Бұл басқа Перифериялық интерфейсті сериялық шина (SPI): SSI шинасы дифференциалды, қарапайым, мультиплексирленбеген және деректерді кадрлау үшін тайм-аутқа сүйенеді. SPI автобусы бір жақты, дуплексті, және деректерді жақтау үшін таңдау сызығын қолданады. Алайда, SPI перифериялық құрылғылары қосулы микроконтроллерлер SSI-ді дифференциалды драйвер-IC және бағдарламамен басқарылатын уақытпен жүзеге асыра алады.
Кіріспе
SSI - бұл синхронды, нүктелік-нүктелік, цифрлық деректерді беруге арналған сериялық байланыс арнасы. Синхронды мәліметтер беру бұл жалпы сағаттық сигналдың көмегімен қабылдау және жіберу ұштарында берілісті синхрондау арқылы берілетін мәліметтер. Бастау және тоқтату биттері болмағандықтан, бұл көптеген хабар биттері үшін деректерді өткізу қабілеттілігін жақсы пайдалануға мүмкіндік береді және бүкіл беру процесін қарапайым әрі жеңілдетеді. Сағат өзінің өткізу қабілеттілігін қажет етеді және оны екі құрылғы арасындағы байланыс үшін қажетті жалпы өткізу қабілеттілігін анықтағанда қосу керек.
Жалпы, бұрын айтылғандай, бұл шеберден (мысалы, PLC, микроконтроллер) құлға (мысалы, байланыс) нүкте қою. айналмалы кодерлер ). Мастер сағаттың реттілігін басқарады және құл ағымдағы деректерді / мәнді ауысым регистрі арқылы жібереді. Мастер шақырған кезде, ауысым регистрінен мәліметтер шығарылады. Мастер мен құл контроллердің жалпы сағаты арқылы синхрондалады.
CLOCK және DATA сигналдары RS-422 стандарттарына сәйкес беріледі. RS-422, сонымен қатар ANSI / TIA / EIA-422-B ретінде белгілі, теңгерімді кернеудің цифрлық интерфейс тізбегінің электрлік сипаттамаларын анықтайтын техникалық стандарт. Деректер теңдестірілген немесе дифференциалды сигнал беру арқылы беріледі, яғни CLOCK және DATA желілері негізінен бұралған жұп кабельдер болып табылады.
Кірістерде опто-қосқыш үшін гальваникалық оқшаулау (Толығырақ ақпаратты қараңыз [1] ) RS-422/485 деңгейлерімен басқарылуы мүмкін. Сенсордың DATA шығысы RS-422/485 жол драйвері арқылы басқарылады. Дифференциалды сигнал беру электромагниттік кедергілерге (ЭМИ) төзімділікті жақсартады, демек, оны беріліс ұзақтығы мен қатал сыртқы орталарда сенімді байланыс арнасы етеді.
SSI дизайны
Жоғарыдағы суретте көрсетілгендей интерфейс өте қарапайым дизайнға ие. Ол 2 жұп сымнан тұрады, біреуі шеберлерден сағаттық сигналдарды беруге, ал екіншісі құлдан мәліметтерді беруге арналған. Қажеттілік туындаған кезде сағат тізбегін шебер іске қосады. 100 кГц-тен 2 МГц-ге дейінгі әртүрлі жиіліктік жиіліктерді қолдануға болады, ал импульстар саны берілетін мәліметтер биттерінің санына байланысты.
Қарапайым SSI интерфейсінде реттелетін моностабель қолданылады мультивибратор (монофлоп) сенсордың ағымдағы мәнін қатыру үшін. Құлдың ағымдағы қатып қалған мәндері Shift регистрлерінде сақталады. Бұл мәндер контроллер бастаған кезде біртіндеп шығарылады. Дизайн интерфейске микроконтроллерлер, FPGA және ASIC интеграциялануымен өзгертіліп жатыр.
Мәліметтер форматы мәліметтердің дұрыс байланысын қамтамасыз ететін етіп жасалған. Деректерді жіберуге арналған хаттама келесі үш түрлі бөліктерге негізделген (Leading- ”1« -> Data-Bits -> Trailing- »0«). Бұл форматтың басты маңыздылығы интерфейстің дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ету болып табылады және, демек, кез-келген аппараттық немесе бағдарламалық жасақтама қателерінен қорғалған деректерді беру.
Бос күйде САҒАТ жоғары деңгейде, сонымен қатар датчиктің шығуы жоғары деңгейде, сондықтан оны кез келген үзілген сым түйіспелерін анықтауға болады. Бұл интерфейстің дұрыс жұмыс жағдайын сақтауға көмектеседі.
N-CLOCK импульсінен кейін (көтерілген шеттер) деректер толығымен беріледі. Келесі CLOCK импульсімен (n + 1 жиегі жоғарылағанда) датчиктің шығысы төмен деңгейге түседі, оны кабельдегі қысқа тұйықталуды анықтауға болады. Егер n + 1 көтерілген шеттерінен кейін де жоғары болса, онда бұл интерфейсте қысқа тұйықталу бар деген сөз.
Бірнеше құлдан (үшке дейін) оқуды бір уақытта оларды жалпы сағатқа қосу арқылы қосуға болады. Алайда, жердегі ілмектерді болдырмау және құлды электрлік оқшаулау үшін оптикалық байланыстырғыштар арқылы толық гальваникалық оқшаулау қажет.
SSI уақыты және берілуі
SSI деректерін беру процедурасын түсіну үшін келесі кілт сөздер пайдалы болады.
- ‘Tm’ ауысу уақытын білдіреді (монофлоп уақыты). Бұл деректерді берудің аяқталғанын түсіну үшін құлдың талап ететін минималды уақыты. Tm-дан кейін деректер желісі бос күйге ауысады және құл ауысым регистрінде өз деректерін жаңарта бастайды.
- ‘Tp’ кідірту уақытын білдіреді. Бұл шеберден екі қатарлы сағат тізбегі арасындағы уақыттың кідірісі.
- ‘Tw’ қайталану уақытын білдіреді. Бұл бірдей деректерді қайта жіберудің арасындағы ең аз уақыт және әрқашан tm аз.
- ‘T’ әр сағат циклінің енін білдіреді. Бұл үздіксіз сағат тізбегіндегі екі құлау немесе екі көтерілу жиектері арасындағы уақыт.
- MSB: ең маңызды бит
- LSB: Ең аз бит
Бір реттік беріліс қорабы
Диаграмма SSI протоколының көмегімен деректердің бірыңғай берілуін бейнелейді:
SSI бастапқыда жұмыс істемейтін күйде болады, мұнда мәліметтер де, сағат сызықтары да ЖОҒАРЫ болып қалады, ал құл ағымдағы деректерді жаңартып отырады.
Беріліс режимі мастер сағаттық импульс пойызын бастағанда пайда болады. Құл сағат сигналының басталуын алғаннан кейін (1), ол автоматты түрде өзінің ағымдағы мәліметтерін қатырады. Сағаттың реттілігінің бірінші өсу жиегімен (2) сенсор мәнінің МСБ беріледі, содан кейін өсетін жиектермен биттер шығысқа дәйекті түрде беріледі.
Толық мәліметтер сөзі (3) жіберілгеннен кейін (яғни LSB беріледі), сағаттың қосымша көтерілу жиегі жоғары сағат сызығын орнатады. Мәліметтер желісі LOW мәніне орнатылған және тасымалдаудың күту уақытын тану үшін сол уақытта қалады. Егер осы уақыт ішінде сағат сигналы (мәліметтерді шығару сұранысы) қабылданса, сол мәліметтер қайтадан беріледі (бірнеше рет беру).
Құл өзінің мәнін жаңарта бастайды және деректер желісі ЖОҒАРЫ күйіне орнатылады (бос режим), егер уақыт ішінде сағат импульсі болмаса, tm. Бұл деректер сөзін бір рет беруді аяқтайды. Құл бір уақытта сағат сигналын алғаннан кейін, tp (> = tm), жаңартылған позиция мәні қатып қалады және мәнді беру бұрын сипатталғандай басталады.
Бірнеше беріліс
Бірдей деректерді бірнеше рет жіберу тек ең аз бит жібергеннен кейін де үздіксіз тактирование болған жағдайда ғана болады, яғни тактикалық импульстар монофлоптың тұрақты күйіне өтуіне мүмкіндік бермейді. Бұл төменде көрсетілген.
Бастапқы тізбектер жалғыз беріліспен бірдей. Бос күйде CLOCK және DATA сызықтары жоғары, бірақ бірінші құлаған жиектің келуімен беріліс режимі пайда болады және сол сияқты мәліметтер биттері MSB-нен бастап кезек-кезек беріліп отырады. LSB беру деректерді беру аяқталғанын білдіреді. Қосымша жоғарылау жиегі деректер желісін нақты деректердің берілуінің аяқталуын білдіретін LOW деңгейіне итермелейді.
Бірақ егер одан кейін де үздіксіз сағаттық импульстар болса (яғни келесі сағаттық импульстар tw ( Содан кейін, ол бұрынғы берілістер сияқты бірдей процедураны орындайды, бұл бірдей деректерді бірнеше рет жіберуге әкеледі. Құлдың мәні екі сағаттық импульс арасындағы уақыт ауысу уақыты, tm-ден көп болғанда ғана жаңартылады. Деректердің тұтастығын тексеру үшін бірнеше жіберу қолданылады. Екі дәйекті алынған мәндер салыстырылады, берілістердің ақаулары екі мәннің айырмашылықтарымен көрсетіледі. Деректердің берілуін мастер басқарады және таратуды кез-келген уақытта сағат ретін тоқтату арқылы тоқтатуға болады, tm-ден ұзақ мерзімге. Құл автоматты түрде берудің күту уақытын таниды және күту режиміне өтеді. SSI RS-422 стандарттарына негізделгендіктен, тиісті кабельдерді таңдап, кабель ұзындығы мен сағат жиілігінің шегінде болу керек. Кабель ұзындығы мен сағат жиілігі арасындағы байланыс келесі суретте көрсетілген.[2] Мұны консервативті нұсқаулық ретінде пайдалануға болады. Бұл қисық 24 көмегімен эмпирикалық деректерге негізделген AWG Стандартты, мыс өткізгіш, қорғалмаған бұралған - шунтталған сыйымдылығы 52,5 фунт / метр (16 фФ / фут) 100 Ом резистивтік жүктемеде аяқталған жұп телефон кабелі. Қисық сызықпен көрсетілген кабельдің ұзындығын шектеу жүктеме сигналының сапа талаптарына негізделген: Деректердің жоғары жылдамдығы қолданылған кезде қосымша қысқа кабельдермен шектеледі. Деректердің төмен жылдамдығы қолданылған кезде ұзын кабельдерді пайдалануға болады. Кабельдің тұрақты кедергісі кабельдегі кернеудің төмендеуі кезінде шу шегін жоғарылату арқылы деректер жылдамдығы төмен қосымшалар үшін кабельдің ұзындығын шектейді. Кабельдің айнымалы ток әсерлері сигналдың сапасын шектейді және жоғары жылдамдықты пайдалану кезінде кабельдің ұзындығын қысқа қашықтыққа дейін шектейді. Деректер жылдамдығы мен кабель ұзындығының комбинациясының мысалдары 1,2 км-де 90 кбит / с-тен RS-422 үшін 5 м-де 10 Мбит / с-қа дейін өзгереді. 24 AWG, 52,5 фунт / метр (16 фунт / фут) бұралған жұптан өзгеше сипаттамалары бар кабельдерді де жоғарыда аталған шектеулерде пайдалануға болады. Алдымен суреттегі қажетті деректер сигналының жылдамдығымен байланысты кабельдің ұзындығымен берілген типтік 24 AWG кабелінің абсолютті контурын және сыйымдылық мәндерін анықтаңыз. Содан кейін осы мәндерді нақты қолданылған кабельдің баламалы ұзындығына айналдырыңыз. Мысалы, 19 AWG пайдалану кезінде ұзынырақ қашықтық болуы мүмкін, ал 28 AWG үшін қысқа қашықтық қажет болады. Негізгі және құлды бөлетін кабельдің рұқсат етілген шекті ұзындығы мәліметтер сигнализациясының жылдамдығының функциясы болып табылады және сигналдың бұрмаланатын бұрмалануы, бойлық бойымен байланысқан шудың мөлшері және мастер мен құл тізбегі арасындағы енгізілген жер потенциалының айырмашылықтары әсер етеді. Тиісінше, пайдаланушыларға кабельдің ұзындығын минимумға дейін шектеу ұсынылады, пайдаланылатын кабельдің түрі мен ұзындығы белгілі бір қосымшаға қажетті сигнал сапасын сақтай алатындай болуы керек. Сонымен қатар, кабель балансы қалыптасқан және қабылданған айқас жолдың қолайлы деңгейлерін ұстап тұратындай болуы керек. Кейбір өндірушілер мен ұйымдар[3] негізгі SSI хаттамасына қосымша ақпарат қосты. Бұл негізінен мәліметтерді дұрыс беруді қамтамасыз ету үшін жасалды. Қауіпсіз беру үшін және деректерді берудің аяқталуын көрсету үшін CRC биттері немесе паритеттік биттер қосылуы мүмкін. Қарапайым сөзбен айтқанда, олар байт дұрыс түсіндіріліп, қабылданғанын анықтау үшін қолданылған. Бастапқы спецификацияда деректердің тұтастығын қамтамасыз ету үшін бірнеше берілістер қолданылған. Бұл жағдайда бірдей деректерді екі қатарынан жіберу басталды және берілу кез-келген қателігі үшін салыстырылды. Бірақ бұл параллельді деректерді жіберумен салыстырғанда протокол тиімділігін 50% төмендетеді. Бұл интерфейстегі шектеулер өнеркәсіптік автоматтандырудағы қосымшалар үшін елеусіз. SSI тек қысқа қашықтықтағы байланысты қолдана алады (1,2 км-ге дейін) және біреуін ғана қолдайды шебер құрылғы. 1,2 км - бұл автоматтандыру саласының стандарттары бойынша байланыс үшін өте жақсы қашықтық. Далалық автобустарға немесе Ethernet-ке негізделген дамыған байланыс жүйелерімен салыстырғанда, SSI басты құл архитектурасымен және шебер мен байланыс арасындағы қарапайым нүктемен шектеледі. құл. Тағы бір кемшілігі - жабдықтың жоқтығы құл тану, яғни анықтау құл байланыс үшін.Берілісті тоқтату
Кабельдік байланыс - RS-422 стандарттарына сәйкес
Шығарылған хаттамалар
Артықшылықтары
Сондай-ақ қараңыз
Әдебиеттер тізімі
Сыртқы сілтемелер