اتصالات الواجهة التسلسلية المتزامنة Synchronous Serial Interface Communication

من خلال الواجهة التسلسلية المتزامنة “Synchronous Serial Interface” تستقبل الصناعة التي تعتمد على الاتصال بين الآلات تطبيقاً هندسياً حقق مقارنة مع سابقتها، والواجهة المتوازية وتحسينات واضحة على جوانب المرونة والبساطة والتوفير في التكاليف، وبالتحديد تحتاج الواجهة التسلسلية المتزامنة “Synchronous Serial Interface” إلى مكونات أقل من سابقتها الكلاسيكية، ولهذا السبب فهي أيضاً أكثر قوة ضد التداخل المحتمل.

ما هي الواجهة التسلسلية المتزامنة؟

الواجهة التسلسلية المتزامنة “SSI”: هو واجهة يتم استخدامها مع أجهزة إرسال القيمة المطلقة على سبيل المثال مستشعرات الموضع، حيث تتيح هذه الواجهة إمكانية إنشاء نقل بيانات تسلسلي وحيث يتم نقل المعلومات المطلقة المتعلقة بالموقع، وهي واجهة رقمية لأنظمة قياس الوضع المطلق والدوارة، كما إنّه يتيح نقل معلومات الموقع والزاوية رقمياً تماماً وبدون حمل ناقل، ونتيجةً لذلك فهي مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب الموثوقية وقوة الإشارة في البيئة الصناعية.

الصناعة هي قطاع من قطاعات الاقتصاد وتنقسم إلى العديد من الفروع، وعلى الرغم من أنّ هذه الفروع للوهلة الأولى قد تبدو مختلفة تماماً، إلّا أنّها في معظم الحالات تشترك في شيء واحد وهي إنّها تستخدم تركيبات معقدة، كما إنّ استخدام مثل هذه الآلات والتكنولوجيا عالية الذكاء لا يجلب فقط فوائد تصنيع المنتجات بكميات كبيرة وبالتالي زيادة الأرباح في أفضل الأحوال، ولكن أيضاً العيب الذي يصبح من الضروري السماح للآلات بالتواصل مع بعضها البعض بحيث تكون عمليات العمل يمكن أن تحدث من تلقاء نفسها.

يتطلب ذلك نقل البيانات الذي يمكنه إنشاء اتصال قوي وموثوق به داخل الشبكة، والواجهة التسلسلية المتزامنة معروفة بشكل خاص، كما يتطلب النقل عدداً أقل من الخطوط بينما يمكن استخدام أطوال كابلات أطول، وبسبب هذه المزايا أصبحت الواجهة التسلسلية المتزامنة جزءاً مهماً من العديد من الأنظمة الصناعية.

• “SSI” هي اختصار لـ “Synchronous Serial Interface”.

مزايا الواجهة التسلسلية المتزامنة:

تُستخدم الواجهة التسلسلية المتزامنة بشكل عام للاتصالات من نقطة إلى نقطة خاصةً وأنّ نقل البيانات مطلوب بشكل موثوق وآمن، ولهذا السبب توجد هذه الواجهة بشكل أساسي مع التركيبات في الصناعة نظراً لأنّ بناء هذا التطبيق الهندسي بسيط للغاية، ولا يتطلب سوى زوج من الأسلاك لكل من الساعة والبيانات وبما أنّ المستشعر يتطلب أكثر من مجرد سجل إزاحة و”monoflop” للتحكم في سجل التحول.

كما إنّ الميزة الرئيسية لهذه الواجهة هي الكفاءة من حيث التكلفة، وليست هناك حاجة إلى معدات خاصة ويمكن إجراء التثبيت بسرعة، بحيث يمكن توفير الأموال وممّا يدعم مرة أخرى التطبيق الرئيسي في التركيبات الصناعية، وبالإضافة إلى توفير التكاليف توفر الواجهة التسلسلية المتزامنة “Synchronous Serial Interface” مزايا إيجابية أخرى.

• اتصال متزامن لما يصل إلى ثلاثة أجهزة إرسال بساعة واحدة، بحيث يمكن قراءة أجهزة استشعار متعددة في وقت محدد.

• تكلفة منخفضة للتوصيلات، حيث أنّ هذا لا يعتمد على طول كلمة البيانات.

• الفرز ضد التأثيرات المسببة للتداخل من خلال البيانات المتزامنة والمتناظرة وإشارات الساعة.

• يمكن التحكم في الوظائف المختلفة مثل عدد بتات البيانات أو ضبط تردد الساعة عبر البرنامج.

تدفق نقل البيانات في الواجهة التسلسلية المتزامنة:

تتيح الواجهة التسلسلية المتزامنة نقلاً تسلسلياً، حيث يتم نقل قيمة الموضع بشكل متزامن إلى الساعة التي يوفرها عنصر التحكم، ويبدأ هذا النقل لقيمة الموقع دائماً بـ “MSB” وهو البت الأكثر أهمية وعندما تكون الساعة وخط البيانات لا يزالان في حالة راحة، يبقيان في البداية على مستوى عالٍ وتقوم الساعة بتبديل هذا المستوى العالي إلى المستوى المنخفض ثم العودة مرة أخرى في حلقة.

وخلال هذه العملية يتم تخزين المحولات التسلسلية المتوازية بواسطة حمل النقل داخل مزلاج الإدخال بواسطة سجل الإزاحة، كما يمكن تفسير نقل البيانات بشكل أساسي على النحو التالي:

• تتغير إشارة الساعة من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض.

• تجميد البيانات المتوازية.

• التغيير من المستوى المنخفض إلى المستوى العالي.

• نقل قيمة الموقع بأهم بت “MSB”.

• مع كل تغيير إضافي، يتم نقل البتة الأقل دلالة “LSB”.

• التغيير الأخير من المستوى المنخفض إلى المستوى العالي يعني نهاية التحويل.

• خط البيانات الآن عند مستوى منخفض.

ملاحظة:“MSB” هي اختصار لـ “most significant bit” و”LSB” هي اختصار لـ “Least-significant bit”.

أنواع التحويل في الواجهة التسلسلية المتزامنة:

• تحويل واحد.

• تحويل متعدد.

لتكون قادراً على نقل قيمة موضع على الإطلاق ويجب توصيل كمية معينة من نبضات الساعة بإدخال الساعة الخاص بجهاز التشفير، وفي حالة النقل الفردي يتطلب ذلك “13 نبضة على مدار الساعة”، بينما يلزم “25 نبضة على مدار الساعة” للنقل المتعدد، كما تتم عملية النقل الفردي والتي يمكن تسميتها أيضاً بتنفيذ دورة واحدة وبالطريقة الكلاسيكية.

ومع ذلك مع التنفيذ متعدد الأدوار تستفيد الواجهة التسلسلية المتزامنة “Synchronous Serial Interface” من خيار مضاعفة الساعة على الأقل على الرغم من إمكانية الضرب أيضاً، وفي نهاية هذا النقل المتسلسل لمدة “25 ساعة” يتم إجراء التغيير من مستوى منخفض إلى مستوى عالٍ، ممّا يؤدي إلى إخراج إشارة منخفضة إلى إخراج البيانات، ثم يتم استخدام المعلومات الواردة في الإشارة لتقسيم قيمة المركز المضاعفة أو المضاعفة مرة أخرى.

أساسيات الواجهة التسلسلية المتزامنة:

• يكون الإرسال متزامناً مع طلب وحدة التحكم ويتم نقل بت واحد من قيمة الموضع المراد إخراجها مع كل نبضة ساعة.

• يتم نقل إشارات الساعة أو البيانات بشكل تفاضلي عبر واجهة “RS 422“، وتنسيقات البيانات ثنائية أو مشفرة بالرمادي بدقة موضع “24 بت” أو “25 بت”.

يمكن أيضاً إرفاق بت تماثل لزيادة أمان البيانات بتنسيق البيانات “SSI26″، وتتراوح الترددات الممكنة لتسجيل الوقت من “60 كيلو هرتز” إلى “2 ميجاهرتز”، ويمكن تحقيق معدلات تحديث تصل إلى “16 كيلو هرتز”، ويعتمد الحد الأقصى لتردد التوقيت الذي يمكن تحقيقه على طول الكابل وكتل المشغل المستخدمة وهذا يجعل واجهة “SSI” موثوقة وديناميكية وغير مكلفة.

الميزة العظيمة لـ “SSI” هي البناء البسيط، وهناك حاجة إلى اثنين فقط من أزواج الكابلات أحدهما ينقل الساعة والآخر ينقل البيانات، كما تحتاج المستشعرات فقط إلى سجل التحول و”monoflop” لتشغيل سجل التحول ويقلل العدد القليل من الكابلات المطلوبة جهد الأسلاك، كما يوفر الالتواء المزدوج للكابلات والساعة المتزامنة والمتناظرة وإشارات البيانات درعاً جيداً ضد التأثيرات المتداخلة، وإنّ جهد الأسلاك وطول الكابل مستقلان عن طول كلمة البيانات.

مبدأ عمليات نقل البيانات في SSI:

لنقل البيانات من سجل الإزاحة والذي تتم كتابته بشكل دائم بأحدث قيمة مستشعر في كل ساعة يتم وضع بت واحد من أحدث قيمة قياس على خط البيانات، كما يمكن توصيل ما يصل إلى ثلاثة برامج تشفير بساعة واحدة وهذا يعني أنّه يمكن أيضاً قراءة العديد من أجهزة الاستشعار في نفس الوقت، وفي حالة الخمول يقع خط الساعة وخط البيانات على المستوى العالي.

عندما تتغير إشارة الساعة إلى “منخفضة” يتم أولاً تجميد البيانات الموازية للبت في سجل الإزاحة لفترة وجيزة ويبدأ نقل البيانات الفعلي، كما تتحول إشارة الساعة مرة أخرى إلى “عالية” بحيث يمكن إرسال البت الأكثر أهمية أي البت الأول من كلمة البيانات، كما يتم الآن إرسال البتات التالية عند كل تغيير مستوى آخر لخط الساعة حتى يتم إرسال جميع بتات كلمة البيانات، وبعد ذلك يمكن إرسال قيمة القياس التالية.