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智能儀器儀表的I S P技術(shù)與I n te r n et接入
摘要：本文討論了ISP(In System Programmabiljty)技術(shù)和EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology)技術(shù)在智能儀器儀表設計中的應用。結合Lattice公司最新推出的ispPAC、AnalogDevice公司最新推出的模擬MCU、Philips公司最新推出的具備Internet互連能力的MCU和Xilinx公司的FPGA／CPLD等提出了基于ISP技術(shù)和Internet技術(shù)的智能儀表系統的解決方案。
關(guān)鍵詞：智能儀器儀表ISP EMIT Internet
1 引言
近年來(lái)，隨著(zhù)通訊技術(shù)．網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，智能儀器儀表系統的設計步入了嶄新的時(shí)代。其中，實(shí)現Intenet接入是當前智能儀器儀表系統發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域和重要方向。
ISP(In System Programmability)在系統可編程技術(shù)對于實(shí)現智能儀器儀表系統基于TCP／IP協(xié)議的Internet接入具有重要的意義。所謂“在系統可編程”是指對器件、電路甚至整個(gè)系統進(jìn)行現場(chǎng)升級和功能重構的能力。這種重構可以在實(shí)驗開(kāi)發(fā)過(guò)程中，制造過(guò)程中甚至是在交付用戶(hù)使用之后在現場(chǎng)或通過(guò)Internet進(jìn)行。
利用ISP技術(shù)，能夠使得儀器儀表的硬件系統不再是純粹的固定結構，而是具備某些軟件特性的靈活結構，甚至可以在運行狀態(tài)下根據需要重新配置功能。由于模擬集成芯片制造工藝的復雜性，當前ISP技術(shù)主要應用在數字系統設計中，如美國Xilinx公司的FPGA／CPLD等均支持ISP技術(shù)。1999年末，美國Lattice公司率先在制造工藝上取得突破，推出了ispPAC(In System Pro．grammable Analog ICs)，將ISP技術(shù)引入到了模擬系統中，給智能儀器儀表系統的沒(méi)計帶來(lái)了革命性的變化。
結合ISP技術(shù)通過(guò)Internet將智能儀器儀表系統接入Internet，就可以方便地實(shí)現對儀器儀表的遠程監視、控制、維護、升級和工業(yè)自動(dòng)化。
2 儀器儀表系統基于ISP技術(shù)的設計思想
通過(guò)充分利用當前最先進(jìn)的ISP技術(shù)，我們所設計的智能儀器儀表系統不僅要具備系統級現場(chǎng)可編程的能力，而且能夠通過(guò)Intemet實(shí)現基于TCP／IP協(xié)議的系統功能遠程動(dòng)態(tài)重構、現場(chǎng)升級和通訊互訪(fǎng)。
一般來(lái)說(shuō)，智能儀器儀表系統大都可劃分為3個(gè)模塊：CPU、模擬系統和數字邏輯系統等。這里，我們結合。Analog Device公司最新推出的具有模擬功能的ADuC2812 MCU，Philips率先在業(yè)界推出的支持Internet接入的16位MCU，Lattice公司最新推出的ispPAC和Xilinx公司的FPGA／CPLD來(lái)具體討論實(shí)現ISP和Internet接入的智能儀器儀表系統的設計。
3儀器儀表系統的CPU與ISP技術(shù)
CPU是智能儀器儀表系統的靈魂。智能儀器儀表系統的整體性能很大程度上取決于CPU的先進(jìn)性和靈活性。
隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，陸續出現了不少增強型的CPU。由于CPU的ISP技術(shù)對于實(shí)現系統網(wǎng)絡(luò )化和遠程監控具有決定性的意義，同時(shí)由于8位MCU在當前智能儀器儀表系統中應用的廣泛性，我們主要結合支持ISP技術(shù)的AnalogDevice公司的8位Mcu(ADuC812)來(lái)討論ISP技術(shù)的應用。
3．1 ADuC812的結構和性能
Analog Device公司的ADuC812由與8051兼容的內核、存儲器．片內外圍設備、電源單元和模擬單元等部分構成。與805l兼容的內核額定上作頻率為12MHz(最大16MHz)，3個(gè)16位定時(shí)器／計數器，功能包括看門(mén)狗定時(shí)器WDT、電源監視器PSM以及高速ADC。至RAM捕獲DMA控制器。片內有8K字的閃速／電擦除程序存儲器，640字的閃速／電擦除數據存儲器和256字節片內數據RAM．支持16M字節外部數據尋址空間和64K字節外部程序尋址空間，為多處理器接口和I／O擴展提供了32條可編程的I／O總線(xiàn)，端口3有高電流驅動(dòng)能力，同時(shí)具有標準的UART串行端口和可配置的12C或SPI接口。
模擬單元包括8通道、高速(200KSPS)自校準12位ADC、片內40PPM／℃的電壓基準、兩個(gè)12位電壓輸出DAC和片內溫度傳感器等�？伸`活地構建功能強人的12位數據采集系統。
MCU內核和模擬轉換器二者均有正常、空閑和掉電工作模式，提供了適合于低功耗應用的靈活的電源管理方案。
3．2 ADuC812的ISP在系統編程
ADuC812通過(guò)標準UART串行接口實(shí)現程序代碼的下載(在系統編程)，用戶(hù)在A(yíng)DuC812串行下載模式下可以將程序代碼通過(guò)Pc機的串口下載到芯片程序存儲器中。
在A(yíng)DuC812之后，AnalogDevice公司又推出了支持ISP技術(shù)的16位和24位精度的模擬McuADuC816及ADuC824等系列產(chǎn)品。
4 模擬系統的設計與lSP技術(shù)
在Lattlce公司1999年末率先推出高性能的系統可編程模擬電路ispPAC之前，模擬系統的設計往往需要用大量標準分離器件來(lái)搭建。ispPAC的出現，使得高集成度的精確模擬設計現在能夠通過(guò)一小塊單片ispPA芯片來(lái)實(shí)現，從根本上簡(jiǎn)化和加速了模擬電路的設計、集成和配置，避免了采用傳統的ASIC芯片時(shí)的成本高、設計周期長(cháng)的缺點(diǎn)，給傳統的模擬系統開(kāi)發(fā)帶來(lái)了革命性的變化，其性能類(lèi)似于數字系統中的FPGA。
目前ispPAC系列產(chǎn)品包括ispPAC10、ispPAC20和ispPAC80等3種。
下面結合ispPAC來(lái)討論ISP技術(shù)在模擬系統設計中的應用。
4．1 ispPAC：的體系結構
利用ISP技術(shù)，Lattice公司的ispPAC產(chǎn)品支持3維可編程能力：Programmable Functions(Amplification．Conversion，Filtering)，Programmable Charactefistics(Gain，Bandwidth，Offset，Thresholds)和Programmable Interconnect(Reconfigumbl
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