Die S88 Schnittstelle

Seit dem Einzug in die digitale Mo­dell­bahn­welt hat die Firma Mär­klin einen Rückmelde­bus in ihre 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 unter 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 Beitrag „S88 Klassiker“). 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 kommt von der S88 Zentrale und heißt S88_LOAD und wird von allen Bau­stei­nen zeitgleich durch­geführt. Jetzt stehen alle ak­tuellen S88 In­for­ma­tionen in den CMOS CD4014 Bausteinen sau­ber auf­ge­reiht zum Abholen bereit. Die Zentrale schickt nun allen Bau­­stei­nen einen Im­puls, den S88_CLOCK Im­puls. Der be­wirkt, dass die aufgereihten In­for­ma­tio­nen über alle Bau­stei­ne hinweg um eine Stelle in Rich­tung Zentrale verschoben werden. Am ersten Schie­be­re­gis­ter­bau­stein steht da­mit bei jedem Clock Impuls das nächste Bit der S88 Daten auf der Datenleitung S88_DATA_OUT an. Damit ist es für die Zentrale les­bar. Das Spiel mit dem S88_CLOCK Impuls wie­der­holt sich so lange, bis die Zentrale alle In­for­ma­tio­nen gelesen hat.
Da das Durch­takten diese vielen (bis zu 512) Bit-Informationen zum Schiebe­re­gis­ter­aus­gang einige Zeit in Anspruch nimmt, kommt die Frage auf, was denn mit Ereignissen passiert, die zwischen Laden und letz­tem Clock Impuls auf­tre­ten? Werden kurze Ereignisse, wie das schnel­le Überfahren eines Kontakt- oder Schaltgleises überhaupt registriert? Die Antwort lautet: Ja! Es gibt einen Zwi­schen­spei­cher, der diese Er­eignisse au­tark festhält. Dieser Speicher besteht aus CD4044 CMOS Bausteinen. Jeder dieser Bausteine enthält 4 JK Flipflops (oft auch bi­sta­bi­le Kippstufe genannt), deren Ausgangs­status auf 1 geht und bleibt, wenn der zugehörige Ein­gang (der eigentliche S88 Ein­gang) auf Masse ge­zo­gen wird. Ein noch so kurzer Mas­se­kon­takt reicht zum Setzen der Flipflops aus. Deswegen werden immer alle Er­eig­nis­se erfasst. Mit dem S88_LOAD Signal wird nur der ak­tuel­le Zustand dieser Flip­flops in die Schie­be­re­gis­ter­zellen ko­piert. Danach erst werden alle Flipflops mit ei­nem Reset Impuls S88_RESET zeit­gleich zu­rück­ge­setzt und sind zum Erfassen neu­er Er­eignisse und Zustände bereit.
So kann kein Ereignis „übersehen“ wer­den. Jedes, auch noch so kurze Ereignis 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.

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. Sie sind mit der aktuellen Technik immer noch kom­pa­tibel.
• Die S88 Bausteine werden von vielen Herstellern in diversen Ausprägungen (Masse-Sensor, Strom­sen­sor, Span­­nungs­sensor, RFID-Sensor) an­ge­bo­ten.
• Die überwiegende Mehrzahl der Zen­tralen hat eine S88 Schnittstelle direkt on Board. Bei vielen kann das Interface nach­ge­rüs­tet werden.
• Auch für den PC gibt es Schnitt­stel­len (S88 Zentralen) auf der Basis USB oder RS232.
• Der S88 Bus ist sehr schnell. Es wer­den bis zu 10000 Rück­mel­de­in­for­ma­tio­nen pro Se­kun­de über­mittelt, meist mehr als PC-Software 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, kei­ne Stich­lei­tun­gen) 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 ursprüngliche Märklin S88 Sys­tem ver­wendete 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 wurden, ver­bin­den die Mo­du­le über eine nicht geschirmte Flach­band­leitung. Diese ältere Stecker- und Kabel­typen kom­men aktuell immer noch häufig vor, sie verhalten sich wie Antennen und reagieren deswegen re­la­tiv empfindlich auf elek­tro­mag­ne­tische Stö­run­gen.
• 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. Ein S88 System verfügt nicht über 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 RJ45 Steckern auf den Modulen.
• Versorgung mit 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) fernzuhalten.

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 an anderer Stelle hier im Modellbahn-Blog.

© 2005 – 2022 Gerard Clemens – letzte Aktualisierung 20.10.2022