Synchron-Serielle-Schnittstelle

Für mehr Sicherheit und Flexibilität

Die Industrie ist eine Wirtschaftsbranche, die sich in zahlreiche Zweige unterteilt. So verschieden diese Abzweigungen auf den ersten Blick sein können, so haben sie doch meistens eine Sache gemeinsam: Sie benutzen komplexe Anlagen. Der Einsatz solcher Maschinen und hochintelligenter Technik bringt nicht nur den Vorteil, dass Produktionen in großer Stückzahl gefertigt werden können und sich somit bestenfalls der Gewinn ausbauen lässt, sondern auch den Nachteil, dass es erforderlich wird die Maschinen untereinander miteinander kommunizieren zu lassen, damit Arbeitsprozesse fast von alleine ablaufen können. Hierzu bedarf es einer Datenübertragung, die eine robuste und zuverlässige Verbindung innerhalb eines Netzwerkes aufbaut. Besonders bekannt ist die Synchron-Serielle Schnittstelle. Bei der SSI, die technische Abkürzung für die Synchron-Serielle Schnittstelle, handelt es sich um ein Interface, welches bei absoluten Absolutwertgebern, zum Beispiel Wegmesssystemen, zum Einsatz kommt. Durch diese Schnittstelle wird es ermöglicht eine seriell ablaufende Datenübertragung zu schaffen, bei der absolute Informationen über eine Position übermittelt werden.

Die Vorteile der SSI

Die Synchron-Serielle Schnittstelle wird in der Regel bei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verwendet, da gerade hier eine Datenübertragung vonnöten ist, die zuverlässig und sicher abläuft. Aus diesem Grund findet sich dieses Interface vor allem bei Anlagen innerhalb der Industrie wieder. Da diese technische Applikation sehr einfach aufgebaut ist, also lediglich aus jeweils einem Leitungspaar für den Takt und den Daten bestehen muss, und zudem auch noch im Sensor nur selten mehr als ein Schieberegister, sowie ein Monoflop zur Ansteuerung des Schieberegisters benötigt wird, liegt der Hauptvorteil dieser Schnittstelle in der kostengünstigen Anschaffung. Es bedarf keiner besonderen Ausstattung und auch der Aufbau kann schnell vonstattengehen, sodass hier Geld eingespart werden kann, was wiederum den hauptsächlichen Einsatzort bei industriellen Anlagen untermauert. Die Synchron-Serielle Schnittstelle bietet neben der Kosteneinsparung noch weitere positive Aspekte:

Gleichzeitiger Anschluss von bis zu drei Gebern an einen Takt, sodass mehrere Sensoren zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgelesen werden können
Geringerer Aufwand bei der Verkabelung, da dies von der Länge des Datenwortes unabhängig ist
Abschirmung gegenüber Einflüssen, die zur Störung führen durch synchrone und symmetrische Daten sowie Taktsignale
Diverse Funktionen wie die Anzahl der Datenbits oder die Einstellung der Taktfrequenz lassen sich über die Software regeln

Der Ablauf einer Datenübertragung

Die Synchron-serielle Schnittstelle ermöglicht, wie der Name bereits aussagt, eine serielle Übertragung, bei welcher der Positionswert synchron zu einem Takt, der von der Steuerung vorgegeben wird, übersendet wird. Diese Übermittlung des Positionswerts beginnt dabei immer mit dem MSB, welches für das höchstwertige Bit steht. Befinden sich die Takt-und Datenleitungen noch im Ruhezustand, so befinden sie sich beide zunächst noch auf dem High-Pegel. Durch das Taktsignal wechselt dieser High-Pegel in den Low-Pegel und zurück und dann in einer Schleife weiter. Während dieses Vorgangs werden die Parallel-Seriell-Wandler durch einen Shift-Load innerhalb eines Input-Latch vom Schieberegister gespeichert. Grundlegend lässt sich die Übertragung von Daten mittels der SSI wie folgt verdeutlichen:

Taktsignal wechselt von High-Pegel zu Low-Pegel
Einfrieren der bitparallelen Daten
Wechsel von Low-Pegel auf High-Pegel
Übertragung Positionswert mit höchstwertigem Bit (MSB)
Bei jedem weiteren Taktwechsel erfolgt Übertragung von niederwertigem Bit (LSB)
Letzter Wechsel von Low-Pegel zu High-Pegel bedeutet Übertragungsende
Datenleitung steht nun auf Low-Pegel

Die Arten der Übertragung

Die Synchron-Serielle Schnittstelle bietet bei der Übermittlung von absoluten Informationen zwei verschiedene Möglichkeiten, wie dies passieren kann:

die Einfachübertragung
die Mehrfachübertragung

Um einen Positionswert überhaupt übertragen zu können, muss eine bestimmte Menge an Taktimpulsen auf den Takteingang eines Drehgebers gelegt werden. Im Falle der Einfachübertragung sind hierfür 13 Taktimpulse erforderlich, bei der Mehrfachübertragung braucht es 25 Taktimpulse. Die Einfachübertragung, die auch als Singleturnausführung bezeichnet werden kann, läuft klassisch ab. Bei der Multiturnausführung nutzt die Synchron-Serielle Schnittstelle jedoch die Möglichkeit die Taktsequenz mindestens zu verdoppeln, wenn gleich auch eine Vervielfältigung machbar ist. Am Ende einer solchen 26-Takt-Sequenz-Übertragung wird vom Low-Pegel zum High-Pegel gewechselt, wodurch die Ausgabe eines Low-Signals auf den Datenausgang verursacht wird. Mittels der innerhalb des Signals enthaltenen Information wird der verdoppelte oder vervielfältige Positionswert dann wieder aufgeteilt.

Das Fazit zur Synchron-Serielle Schnittstelle

Durch die Synchron-Serielle Schnittstelle bekam die Industrie, welche auf die maschineninterne Kommunikation angewiesen ist, eine technische Applikation, die im Gegensatz zum Vorläufer, der parallelen Schnittstelle, deutliche Verbesserungen bei den Aspekten der Flexibilität, Einfachheit und Kosteneinsparung gebracht hat. Denn die Synchron-Serielle Schnittstelle braucht weitaus weniger Bauteile als ihr klassischer Vorgänger und ist aus diesem Grunde auch wesentlich robuster gegen mögliche Störungen. Die Übertragung benötigt deutlich weniger Leitungen, wobei dennoch wesentlich größere Längen der Kabel realisierbar sind. Die Synchron-Serielle Schnittstelle ist durch diese Vorteile zu einem wichtigen Bestandteil innerhalb zahlreicher industrieller Systeme geworden.