Germanjet SSI 位移传感器主站实现：模块配置与单片机读帧

SSI 常被说成"最省协议"的接口：没有站地址、没有协议栈、不用组态。省的是协议，不是实现——时钟要你自己发，位要你自己拼，帧间隙要你自己留。用现成的 SSI 模块时这些都封在模块里，换成自制板子，这六件事就全回到手上。

主站侧只有四个参数

不管主站是 PLC 模块还是一颗单片机，要配的就是四个数，而且这四个数的来源都是订货码和现场线长，不是"调一调试试"。

参数	取值怎么来	配错的表现
位数	型号编码的数据长度位：1 = 25 位，2 = 24 位	少一位读数减半，多一位读数翻倍
码制	型号编码的代码类型位：B = 二进制，G = 格雷码	读数呈锯齿状折返，不单调
时钟频率	按电缆长度查表，3 m 以内可到 1000 kBd	偶发跳大数、位错
帧间隙	不小于 48 μs 的单稳态时间	整帧偶发错误，读到上一帧残值

型号编码逐项怎么读见 SSI 帧结构，波形层面怎么判读见 SSI 调试。这篇只讲实现侧：模块里填什么，代码里怎么写。

PLC 侧：模块参数怎么填

• 数据结构按 32 位选。25 位已经超过 16 位字长。模块或数据区如果按 16 位读，拿到的是截断值，在监视表里表现为"行程走到后半段数字不动了"。
• 码制选项要跟订货一致。多数模块有 Gray / Binary 两个选项，选错不会报错，只会一直读错。区分方法就是看曲线：折返是码制错，整体偏移是零点错。
• 时钟频率是可配的，不要默认拉满。线超过 50 米还按 1000 kBd 跑，就是偶发跳数的固定来源。
• 扫描周期要容得下一帧。一次读取包含"时钟串 + 单稳态"：25 位在 1000 kBd 下约 25 μs，再加 48 μs，一帧至少 73 μs。扫描周期比这还短，模块要么丢帧、要么报错。

单片机侧：位翻转读一帧

控制器没有 SSI 外设时，用普通 GPIO 就能读，关键是把采样点放对。数据在时钟下降沿之后更新，在上升沿之前已经稳定，所以在上升沿之后取这一位最稳。

uint32_t ssi_read_frame(int bits)      // bits 取 24 或 25，与订货一致
{
    uint32_t v = 0;
    clock_low();                       // 第一个下降沿：传感器锁存位置
    delay_ns(T_BIT / 2);
    for (int i = 0; i < bits; i++) {
        clock_high();                  // 上升沿：此时数据已稳定
        delay_ns(T_BIT / 2);
        v = (v << 1) | data_read();    // 高位先出，左移拼接
        clock_low();
        delay_ns(T_BIT / 2);
    }
    idle_delay_us(50);                 // 单稳态 ≥48 μs，接口复位后才能再读
    return v;
}

三个必须守住的地方：

• 用 uint32_t 承接。25 位放不进 uint16_t，用 16 位变量会静默截掉高位，症状和"位数配少"一模一样，很容易查错方向。
• 采样点放在上升沿之后。在下降沿采，取到的是这一位更新之前的值，整帧会错一位——表现为读数大致对、但总有固定偏差。
• 帧间隙不能省。"循环里读得越快越好"是错的。48 μs 是接口复位时间，压掉它整帧会偶发错误。

时间预算：一帧多久，能读多快

• 时钟串本身：位数 × 位宽。25 位在 1000 kBd（1 μs 一位）约 25 μs。
• 单稳态：≥ 48 μs。
• 合计：约 73 μs，理论最快约 13.7 kHz。

但真实上限通常不在这里。传感器的更新频率随行程变化，1000 mm 行程只有 2.3 kHz，约 430 μs 才更新一次。主站按 13 kHz 去读，读到的是同一帧的重复值，多做的是无用中断。读取周期应取"更新周期"与"73 μs"两个数里较大的那个，再留余量。更新频率随行程的变化见 SSI 帧结构。

多轴时，这笔时间预算要乘上去

一轴一帧 73 μs，八轴看起来就是 584 μs 一轮。SSI 每轴有自己的时钟线和数据线，理论上可以并行读，实际受两件事限制：

• 主站侧的通道数。PLC 的 SSI 模块通常按通道卖，通道够就能并行；单片机上用 GPIO 位翻转，多轴要么分时轮询，要么用移位寄存器或 CPOL 型外设扩展通道。
• CPU 占用。位翻转读一帧要占住 CPU 约 73 μs。八轴分时读，一秒里光拼帧就吃掉几十毫秒，控制周期紧的系统必须把这笔账算进去。

所以多轴场合的实际做法是：通道够就用模块并行读；用 GPIO 就把读取间隔放宽到控制真正需要的程度，比如 10 ms 一次，而不是按传感器的最快更新率去读。轴上去了而线束也跟着上去，这时候该回头比较总线方案，见 按控制器接口选总线。

与 CANopen 主站的区别

同样是自己写主站，SSI 和 CANopen 卡的地方完全不同：SSI 难在时序与位拼接，没有状态机、没有对象字典；CANopen 难在状态机、命令字与字节序，见 Germanjet CANopen 主站实现。SSI 每一轴独占一路时钟与数据，轴数一多线束成本就超过总线，这笔账在选型阶段就该算，见 八种输出接口对照。

一句话

SSI 主站只做三件事：把时钟发对、把位拼对、把间隙留够。三件事省掉任何一件，读出来的都是"看起来对"的数。