用SSI協議是如何實現的絕對值編碼器？

近年來，編碼器得到了廣泛的應用，主要用于工業控制系統，如電機速度測量、機床位置測量、起重機爬升距離測量等。與此同時，編碼器在市場上的規模越來越大，工業需求也在增長。在未來幾十年，編碼器行業將達到快速發展的階段，更多的編碼器制造商將參與這場革命的競爭。

編碼器是一種將數據轉換為信號形式的設備，可用于通信、傳輸和存儲。編碼器的原理是將這些物理位移轉換為已知的電信號。根據工作類型的不同，編碼器可分為兩類：增量編碼器和絕對編碼器。增量編碼器主要用于精度要求較低的儀器。絕對編碼器通常用于具有高精度要求的行業，如設備制造和電子產品。由于絕對編碼器具有啟動速度快、數字編碼和位置獨特的特點，因此被廣泛應用于各種工業系統。隨著儀器儀表的日益智能化，人們對低功耗、高質量、小尺寸的旋轉編碼器提出了要求。他們希望在絕對編碼器領域有更多類型的輸出方法，以便越來越多的設備能夠實現自動化。

在早期，絕對編碼器的輸出大多使用并行輸出方法。然而，隨著技術的進步，絕對編碼器的輸出方式越來越多樣化，如RS-485、PROFIBUS DP、CAN、DeviceNet等現場總線輸出方式，模擬信號轉換輸出方式和SSI協議同步串行輸出方式。這些輸出方法都有各自的優點和缺點。并聯輸出適用于短距離傳輸，價格相對較低；現場總線電源通常適用于大型工業領域，但相對昂貴；然而，模擬信號轉換和輸出方法的使用目前相對有限。與這些輸出方法相比，SSI串行輸出方法具有抗干擾性強、布線少等優點，在市場上得到了廣泛的應用。

增量編碼器的工作原理

增量編碼器的工作原理是首先將位移轉換為周期性電信號，然后將該信號轉換為計數脈沖。通過這種轉換，可以測量脈沖輸出的高度的位移。如圖所示，相位A相位B顯示正向旋轉，反之亦然。增量編碼器主要依靠計數來記住它們的位置，但當編碼器稍微移動時編碼器突然關閉時，當有另一個當前調用時，內存的零點會移動，導致不準確和內存丟失。我們需要添加一個參考點，即Z相位，并使用該參考位置來解決這些問題。然而，這種類型的編碼器必須首先為每個具有較差抗擾度和零點累積誤差的操作找到參考點。如果使用絕對編碼器，則可以解決這些問題。

絕對值編碼器的工作原理

絕對編碼器的碼盤包含許多光通量線，這些光通量線按2行、4行、8行、16行的順序排列。。。已訂購。這些標線片有兩個側面，即負極和正極。通過讀取每個標線片的通邊和暗邊，可以獲得一組20~2n-1的唯一二進制碼（格雷碼），這就是n位絕對值生成器。每個位置對應一個特定的數字，這個數字是絕對唯一的，只指開始和結束，與任何中間過程都無關。在突然停電和重新啟動的情況下，參考點和零點以及脈沖數量都不需要像增量編碼器一樣重新記錄。每當你想知道這個地方在哪里，你都可以閱讀。這個編碼器的數據可靠，不容易受到外部因素的影響。

什么是SSI協議？

絕對編碼器主要將待測量的位置信息發送到主控制器，然后通過主控制器發送控制信號。以前的絕對編碼器大多使用并行輸出，這可以應用于低位計數。一旦比特數量增加，并行輸出就不再適用，因為總是存在不準確的數據、故障等。例如，在傳輸過程中，數據電纜的任何問題都可能影響最終傳輸的數據，從而影響絕對編碼器的正常操作。因此，根據實際情況，SSI協議的輸出方法更為合適。它采用串行輸出而不是并行輸出，利用差分模式提高了傳輸過程中數據的可靠性，并顯著提高了抗干擾能力。同時，通信雙方使用相同的波特率來準確地發送和接收數據。



SSI協議的通信模式如圖所示。它采用主動讀接收方式，包括同步時鐘信號clock和數據信號data，其中同步時鐘的頻率決定了數據傳輸的速度。在工業控制應用領域中，基于實際傳輸距離來選擇期望的頻率。在同步時鐘信號的控制下，從最高位（MSB）開始傳輸。在時鐘信號的第一個下降沿，要發送的數據在Tp周期期間被存儲，然后在時鐘信號每個上升沿被發送，直到所有數據被發送。然后將數據輸出端拖動到低電平，延長Tm時間，然后將數據輸入端拖動到高電平，準備等待下一個時鐘信號并繼續發送數據。如果沒有發送數據，則時鐘信號和數據端子都應保持高電平。圖2 SSI通信協議

發送數據所需的位數決定了要發送的同步時鐘的數量。圖2中的參數定義如下：T是時鐘頻率，Tp是數據之間的傳輸間隔，Tm是單穩態觸發時間，n是傳輸位，MSB是最高有效位，LSB是最低有效位。

采用SSI接口的絕對值編碼器系統方案設計

主控制器可以在51芯片微控制器、RAM微處理器和CPLD邏輯器件之間進行選擇。微控制器結構簡單，價格低廉，但運行速度慢，處理速度有限，抗干擾能力不是很強；RAM微處理器具有強大的功能，但其開發周期長，價格昂貴。為了實現高速傳輸，采用CPLD設計相對靈活，處理速度快，抗干擾能力強，設計時需要大量的時序和邏輯運算。

硬件設計

SSI電路的輸入和輸出采用差分模式，如圖所示。有四條信號線：CLK+、CLK-DATA+和DATA-，其中CLK+和CLK點是時鐘輸入，DATA+和DATA點是數據輸出。時鐘輸入端通過光耦接收，數據端通過422輸出芯片輸出。 SSI電路設計框圖



軟件設計

對于軟件部分的設計，SSI協議的實現有兩種方法：一種方法是使用微控制器模擬SSI通信，另一種方法則是使用CPLD實現SSI通信。微控制器仿真的關鍵技術主要包括兩個方面：同步時鐘信號的準確獲取和數據起始位的準確確定。顯然，這需要輸入和輸出端口，以及一個定時器來實現單穩態觸發器。在輸入端口捕獲手表的上升脈沖，當計時器碰到手表的第一個下降脈沖時，計時器開始工作。在數據傳輸結束時，必須重置計時器才能重新開始計數。軟件流程圖如圖所示。



使用微控制器模擬SSI通信具有相對簡單的結構，但通信速度有限。為了實現高速通信，必須使用CPLD。

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