摘要：同步串行接口(SSI)具有速度快、連線簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。一般的工控機(jī)上不提供SSI接口，市場(chǎng)上的SSI接口擴(kuò)展卡很少且價(jià)格昂貴。介紹了SSI并行接口模塊SSI208P，基于數(shù)字量輸入／輸出擴(kuò)展卡和SSI208P，給出了一種工控機(jī)高速采集多通道SSI光電編碼器數(shù)據(jù)的低成本實(shí)現(xiàn)方案，詳細(xì)闡述了硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞：SSI；光電編碼器；工控機(jī)；數(shù)據(jù)采集

    SSI(Synchmnous Serial Interface)即同步串行接口，具有傳輸速度快、連線簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在光電編碼器等各種傳感器上得到了廣泛的應(yīng)用。工控機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有計(jì)算機(jī)CPU、硬盤(pán)、內(nèi)存、外設(shè)及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計(jì)算能力、友好的人機(jī)界面，工控機(jī)以低成本、高性能、高可靠性等優(yōu)勢(shì)成為工業(yè)控制等領(lǐng)域的主流計(jì)算機(jī)。
    工控機(jī)一般不提供SSI接口，很難直接采集SSI接口的編碼器等傳感器數(shù)據(jù)。SSI接口轉(zhuǎn)換器多將SSI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成異步串行總線等低速現(xiàn)場(chǎng)總線，這大大限制了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性；市場(chǎng)上也有國(guó)外提供PCI或ISA接口的SSI接口卡，但價(jià)格昂貴且驅(qū)動(dòng)程序較為復(fù)雜。工控機(jī)上多配備數(shù)字量輸入／輸出卡。本文采用數(shù)字量輸入／輸出卡控制SSI并行接口模塊SSI208P，實(shí)現(xiàn)了一種SSI接口的低成本、高速數(shù)據(jù)采集方法。

1 SSI208P模塊介紹
    SSI208P模塊可將SSI數(shù)據(jù)高速轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，采用DIP28封裝，內(nèi)部集成了SSI同步時(shí)鐘發(fā)生模塊、數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊、接口控制邏輯模塊、輸出控制模塊以及收發(fā)驅(qū)動(dòng)(TTL-RS422電平轉(zhuǎn)換)模塊等功能模塊，其功能框圖如圖1所示。

    采用SSI208P模塊對(duì)SSI接口數(shù)據(jù)的讀取操作就變得類(lèi)似于對(duì)A／D、D／A或存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)的操作，非常簡(jiǎn)單。SSI208P模塊還能將格雷碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。通信速率可配置，當(dāng)通信速率配置為2 MHz時(shí)，對(duì)于16位精度的編碼器，系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新率不低于100 kHz，可以滿足高速伺服控制系統(tǒng)的需求。

    SSI208P控制時(shí)序如圖2所示。CONVST上升沿啟動(dòng)一次SSI編碼器數(shù)據(jù)收發(fā)過(guò)程。CONVST電平升高后，125 ns內(nèi)SSI208P模塊開(kāi)始向編碼器發(fā)送一幀同步時(shí)鐘脈沖信號(hào)，脈沖的個(gè)數(shù)由編碼器的精度決定，同時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳變高。發(fā)送脈沖期間管腳保持高電平狀態(tài)，轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳電平變低后，即可從D0～D7并行讀取編碼器數(shù)據(jù)，每次讀取八位，由A1、A0控制輸出數(shù)據(jù)高低位，0表示讀取最低八位、1表示讀取最高八位，例如對(duì)于16位編碼器只需瀆取兩次(A1、A0分別為00、01)，最多可以讀取32位數(shù)據(jù)。編碼器并行數(shù)據(jù)讀取結(jié)束后將CONVST管腳置低，準(zhǔn)備啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換。

2 硬件設(shè)計(jì)
    數(shù)字量輸入／輸出卡與SSI并行接口模塊SSI208P及SSI光電編碼器之間的硬件連接原理圖如圖3所示。圖中數(shù)字量輸入／輸出卡擴(kuò)展了四路SSI編碼器。數(shù)字量輸入／輸出接口由研華公司的多功能PCI數(shù)據(jù)采集卡PCI-1716提供，該采集卡除了提供16路模數(shù)轉(zhuǎn)換通道和2路數(shù)模轉(zhuǎn)換通道外，還提供了16路數(shù)字量輸入和16路數(shù)字量輸出通道。四通道光電編碼器為16位格雷碼輸出格式。接口板上采用了四片SSI208P芯片，SSI時(shí)鐘速率和編碼器數(shù)據(jù)格式的設(shè)置都由接口板完成。PCI-1716的數(shù)字量輸入端口的信號(hào)電氣特性為：輸入邏輯高電平：2．0～5．25 V；輸入邏輯低電平：0．0～0．80V；輸出邏輯高電平：2．4 V(最小)；輸出邏輯低電平：0．4 V(最大)。參考SSI208P管腳的電氣特性可知，PCI-1716和SSI208P的管腳可以直接連接。

    采用PCI-1716的輸入端口D10～D17連接四片SSI208P的數(shù)據(jù)線D0-D7，由于SSI208P在沒(méi)有片選信號(hào)的情況下數(shù)據(jù)線是高阻態(tài)的，因此數(shù)據(jù)線可以共用。PCI-1716的輸出端口D01連接四片SSI208P的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換管腳START，可以同時(shí)控制四路SSI編碼器。PCI-1716的輸出端口DO0連接四片SSI208P的地址選擇管腳A0，因編碼器為16位，A1接地。PCI-1716的四個(gè)輸出D02-D05分別連接四片SSI208P的片選管腳CS。IO卡的四個(gè)輸入D19-DI11分別連接四片SSI208P的轉(zhuǎn)換結(jié)束指示管腳／END。使用PCI-1716的18個(gè)IO口就可以實(shí)現(xiàn)四路光電編碼器的時(shí)序控制和數(shù)據(jù)采集。

3 軟件設(shè)計(jì)
    編程采用Borland C++ Builder，調(diào)用PCI-1716的驅(qū)動(dòng)程序操作各輸入輸出端口，在各輸入輸出端口上產(chǎn)生滿足SSI208P的控制邏輯即可啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，采集數(shù)據(jù)。由圖2可以看出SSI208P模塊的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制和數(shù)據(jù)讀取操作比較簡(jiǎn)單，軟件流程如圖4所示。

    相應(yīng)的軟件代碼如下：
   
   

4 結(jié)束語(yǔ)
    本文基于SSI并行接口模塊SSI208P和數(shù)字量輸入／輸出接口擴(kuò)展卡，給出了一種工控機(jī)高速采集多通道SSI光電編碼器數(shù)據(jù)的低成本實(shí)現(xiàn)方案。試驗(yàn)證明，在同步時(shí)鐘設(shè)置為500 kHz的情況下，轉(zhuǎn)換讀取四路16位SSI光電編碼器的時(shí)間小于100μs，可用于實(shí)時(shí)性要求很高的應(yīng)用場(chǎng)合。該方案已經(jīng)成功運(yùn)用于某車(chē)載武器系統(tǒng)的火控分系統(tǒng)中，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。