用SSI协议是如何实现的绝对值编码器？

用SSI协议是如何实现的绝对值编码器？

近年来，编码器得到了广泛的应用，主要用于工业控制系统，如电机速度测量、机床位置测量、起重机爬升距离测量等。与此同时，编码器在市场上的规模越来越大，工业需求也在增长。在未来几十年，编码器行业将达到快速发展的阶段，更多的编码器制造商将参与这场革命的竞争。

编码器是一种将数据转换为信号形式的设备，可用于通信、传输和存储。编码器的原理是将这些物理位移转换为已知的电信号。根据工作类型的不同，编码器可分为两类：增量编码器和绝对编码器。增量编码器主要用于精度要求较低的仪器。绝对编码器通常用于具有高精度要求的行业，如设备制造和电子产品。由于绝对编码器具有启动速度快、数字编码和位置独特的特点，因此被广泛应用于各种工业系统。随着仪器仪表的日益智能化，人们对低功耗、高质量、小尺寸的旋转编码器提出了要求。他们希望在绝对编码器领域有更多类型的输出方法，以便越来越多的设备能够实现自动化。

在早期，绝对编码器的输出大多使用并行输出方法。然而，随着技术的进步，绝对编码器的输出方式越来越多样化，如RS-485、PROFIBUS DP、CAN、DeviceNet等现场总线输出方式，模拟信号转换输出方式和SSI协议同步串行输出方式。这些输出方法都有各自的优点和缺点。并联输出适用于短距离传输，价格相对较低；现场总线电源通常适用于大型工业领域，但相对昂贵；然而，模拟信号转换和输出方法的使用目前相对有限。与这些输出方法相比，SSI串行输出方法具有抗干扰性强、布线少等优点，在市场上得到了广泛的应用。

增量编码器的工作原理

增量编码器的工作原理是首先将位移转换为周期性电信号，然后将该信号转换为计数脉冲。通过这种转换，可以测量脉冲输出的高度的位移。如图所示，相位A相位B显示正向旋转，反之亦然。增量编码器主要依靠计数来记住它们的位置，但当编码器稍微移动时编码器突然关闭时，当有另一个当前调用时，内存的零点会移动，导致不准确和内存丢失。我们需要添加一个参考点，即Z相位，并使用该参考位置来解决这些问题。然而，这种类型的编码器必须首先为每个具有较差抗扰度和零点累积误差的操作找到参考点。如果使用绝对编码器，则可以解决这些问题。

绝对值编码器的工作原理

绝对编码器的码盘包含许多光通量线，这些光通量线按2行、4行、8行、16行的顺序排列。。。已订购。这些标线片有两个侧面，即负极和正极。通过读取每个标线片的通边和暗边，可以获得一组20~2n-1的唯一二进制码（格雷码），这就是n位绝对值生成器。每个位置对应一个特定的数字，这个数字是绝对唯一的，只指开始和结束，与任何中间过程都无关。在突然停电和重新启动的情况下，参考点和零点以及脉冲数量都不需要像增量编码器一样重新记录。每当你想知道这个地方在哪里，你都可以阅读。这个编码器的数据可靠，不容易受到外部因素的影响。

什么是SSI协议？

绝对编码器主要将待测量的位置信息发送到主控制器，然后通过主控制器发送控制信号。以前的绝对编码器大多使用并行输出，这可以应用于低位计数。一旦比特数量增加，并行输出就不再适用，因为总是存在不准确的数据、故障等。例如，在传输过程中，数据电缆的任何问题都可能影响最终传输的数据，从而影响绝对编码器的正常操作。因此，根据实际情况，SSI协议的输出方法更为合适。它采用串行输出而不是并行输出，利用差分模式提高了传输过程中数据的可靠性，并显著提高了抗干扰能力。同时，通信双方使用相同的波特率来准确地发送和接收数据。



SSI协议的通信模式如图所示。它采用主动读接收方式，包括同步时钟信号clock和数据信号data，其中同步时钟的频率决定了数据传输的速度。在工业控制应用领域中，基于实际传输距离来选择期望的频率。在同步时钟信号的控制下，从最高位（MSB）开始传输。在时钟信号的第一个下降沿，要发送的数据在Tp周期期间被存储，然后在时钟信号每个上升沿被发送，直到所有数据被发送。然后将数据输出端拖动到低电平，延长Tm时间，然后将数据输入端拖动到高电平，准备等待下一个时钟信号并继续发送数据。如果没有发送数据，则时钟信号和数据端子都应保持高电平。图2 SSI通信协议

发送数据所需的位数决定了要发送的同步时钟的数量。图2中的参数定义如下：T是时钟频率，Tp是数据之间的传输间隔，Tm是单稳态触发时间，n是传输位，MSB是最高有效位，LSB是最低有效位。

采用SSI接口的绝对值编码器系统方案设计

主控制器可以在51芯片微控制器、RAM微处理器和CPLD逻辑器件之间进行选择。微控制器结构简单，价格低廉，但运行速度慢，处理速度有限，抗干扰能力不是很强；RAM微处理器具有强大的功能，但其开发周期长，价格昂贵。为了实现高速传输，采用CPLD设计相对灵活，处理速度快，抗干扰能力强，设计时需要大量的时序和逻辑运算。

硬件设计

SSI电路的输入和输出采用差分模式，如图所示。有四条信号线：CLK+、CLK-DATA+和DATA-，其中CLK+和CLK点是时钟输入，DATA+和DATA点是数据输出。时钟输入端通过光耦接收，数据端通过422输出芯片输出。 SSI电路设计框图



软件设计

对于软件部分的设计，SSI协议的实现有两种方法：一种方法是使用微控制器模拟SSI通信，另一种方法则是使用CPLD实现SSI通信。微控制器仿真的关键技术主要包括两个方面：同步时钟信号的准确获取和数据起始位的准确确定。显然，这需要输入和输出端口，以及一个定时器来实现单稳态触发器。在输入端口捕获手表的上升脉冲，当计时器碰到手表的第一个下降脉冲时，计时器开始工作。在数据传输结束时，必须重置计时器才能重新开始计数。软件流程图如图所示。



使用微控制器模拟SSI通信具有相对简单的结构，但通信速度有限。为了实现高速通信，必须使用CPLD。

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