Die S88 Schnittstelle

Seit dem Einzug in die digitale Modellbahnwelt hat die Firma Märklin einen Rückmeldebus in seinen Komponenten eingebaut. Die Original Märklin 16-Bit Rückmeldemodule hatten damals die Katalognummer 6088 "S88 Rückmeldedecoder". Diese Katalognummer wandelte sich zu einem Namen für das ganze Rückmeldesystem. Es wurde mit diesem Namen bald auch von anderen Modellbahnherstellern übernommen.
Das Prinzip dieses betagten Rückmeldebusses ist genial einfach und lässt sich mit wenigen CMOS Komponenten relativ einfach und skaliert nachbauen (siehe Bahn-in-haan.de). Prinzipiell besteht es aus einer Kette von Schieberegisterbausteinen, die jeweils 4 oder 8 Bit Statusinformationen von den Modellbahnrückmeldern parallel einlesen und speichern können. Das Kommando zum gemeinsamen Einlesen und Speichern heißt S88_LOAD und wird von allen Bausteinen zeitgleich durchgeführt. Jetzt stehen alle Informationen in den CMOS Schieberegisterbausteinen sauber hintereinander in den Speichern. Die Zentrale schickt nun allen Bausteinen einen Impuls, den S88_CLOCK Impuls. Der bewirkt, dass sich die gespeicherte Information über alle Bausteine hinweg um eine Speicherstelle in Richtung Zentrale verschiebt und dass das jeweils erste Bit auf die Datenleitung S88_DATA_OUT geschoben wird. Damit ist es für die Zentrale lesbar. Das Spiel mit dem S88_CLOCK Impuls wiederholt sich solange, bis die Zentrale alle Informationen gelesen hat. Mit dem S88_LOAD Signal wird der aktuelle Zustand an den parallelen Schieberegistereingängen gespeichert. Um zu vermeiden, dass die Zentrale sehr kurze Änderungen, z.B. das Überfahren eines Reed Kontaktes, zwischen zwei S88_LOAD Impulsen verpasst, sind weitere Speicherbausteine 4044 notwendig. Diese erfassen jede noch so kurze Änderung an den 16 Eingängen und speichern diese Information bis zum S88_RESET Impuls. Der Reset Impuls kommt nachdem die Schieberegister mit LOAD das vorhergehend gespeicherte Eingangsabbild übernommen haben. So kann kein Ereignis "übersehen" werden und steht deswegen in der Zentrale für mindestens einen S88 Zyklus (die Zeit zwischen 2 LOADs) an. Nachstehend ist das Prinzipschaltbild eines 16 Bit S88 Bausteins dargestellt.

Prinzipschaltung eines 16 Bit S88 Bausteins

Obwohl das System mittlerweile technologisch bessere Konkurrenten hat, ist es weit verbreitet und auf den meisten Digitalzentralen direkt oder auch indirekt verfügbar.
Warum sollte man S88 überhaupt noch verwenden oder weiterverwenden?

Vorteile S88

  • Preisgünstige und robuste Komponenten, vielfach noch vorhanden aus früheren Anlagen
  • Die S88 Bausteine werden von vielen Herstellern in diversen Ausrichtungen (Massesensor, Stromsensor, Spannungssensor, RFID-Sensor) angeboten
  • Die meisten Zentralen haben eine S88 Schnittstelle direkt on Board, bei vielen kann das Interface nachgerüstet werden.
  • Auch für den PC gibt es Schnittstellen auf der Basis USB oder RS232
  • Der S88 Bus ist sehr schnell. Es werden bis zu 10000 Statusveränderungen pro Sekunde übermittelt, meist mehr als PC und Zentrale verarbeiten können

Aber wo liegen die Nachteile?

Nachteile

  • S88 ist ein Schieberegister, das aus 1 bis 32 16-bit Rückmeldemodulen besteht, die untereinander linear mit Kabeln verkettet sind. Eine andere als diese lineare Struktur ist technisch nicht möglich (keine Baumstruktur, keine Sternstruktur) oder erfordert zusätzliche Elektronik.
  • Die Rückmeldebits (1 - 512) werden in der Zentrale lückenlos durchnummeriert. Lässt man ein Rückmeldemodul weg, dann verschieben sich die Adressen der nachfolgenden Rückmelder um 16 nach unten. Fügt man irgendwo in der Kette ein S88 Modul ein, dann werden alle nachfolgenden Rückmeldeadressen um 16 erhöht
  • Das Original Märklin S88 System verwendet Flachbandkabel mit Buchsenleisten (Stecker) im 2,54 mm Rasterabstand (6-polig). Manche Nachbauten verwenden nicht geschirmte Rundkabel mit gleichem Steckertyp. Auch die RJ12 Modulstecker, die im o.g. Nachbau verwendet werden, verbinden die Module über nicht geschirmte Flachbandleitung. Diese Leitungen (Antennen) reagieren relativ empfindlich auf EMV-Störeinflüssen.
  • Die S88 Module setzen Standard CMOS Technologie ein und haben keine Leitungstreiber. Das Ganze ist auf geringem Stromverbrauch ausgelegt und die Eingänge sind alle relativ hochohmig, nicht abgeschlossen und entsprechend Störempfindlich
  • Das System ist nicht fehlertolerant oder prüft die eingehenden Daten auf Richtigkeit. Das S88 System basiert nicht auf ein entsprechendes Protokoll.
  • Die räumliche Ausdehnung eines S88 Systems ist auf wenige Meter begrenzt. Aber nicht jeder baut eine Schauanlage mit mehr als 100 m Ausdehnung.
  • Die Staffelung der S88 Module mit 16 Rückmelde-Eingängen (seltener mit 8 Eingängen) passt weniger gut zum Bedarf bei einfachen Gleismodulen. Es werden nicht benutzte Eingänge "verschwendet".

Wie kann man die erwähnten Störungen reduzieren oder vermeiden?

Problemlösungen für S88

  • Verwendung von geschirmten Netzwerk-Patchkabeln zum Verbinden der S88 Module. Verwendung von RJ 45 Steckern auf den Modulen.
  • Verwendung von 12 VDC statt der ursprünglichen 5V zur Erhöhung des Störabstandes. Die herkömmlichen Standard S88 Module sind aufgrund der Verwendung von Standard CMOS Bausteinen bereits für diese höhere Spannung geeignet. Andere als CMOS basierte Original S88 Module und deren Nachbauten sind eher nicht 12 V kompatibel
  • Saubere Modellbahnverkabelung: Schienen, Relais, Weichenspulen und deren Zuleitungen sind von den Signalleitungen (S88 Bus Kabel und Sensorleitungen) fern zu halten.
Wie man darüber hinaus S88 Module mit freier Adressierung und mit beliebiger Verkabelungsstruktur oder auch adressierbare Köpfe für Original S88 Module selber bauen kann, finden Sie auf den nachfolgenden Webseiten.


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