智能儀器儀表的ISP技術(shù)與Internet接入

　　1 引言

　　近年來，隨著通訊技術(shù)．網(wǎng)絡技術(shù)和半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，智能儀器儀表系統(tǒng)的設計步入了嶄新的時代。其中，實現(xiàn)Intenet接入是當前智能儀器儀表系統(tǒng)發(fā)展的熱點領(lǐng)域和重要方向。

　　ISP(In System Programmability)在系統(tǒng)可編程技術(shù)對于實現(xiàn)智能儀器儀表系統(tǒng)基于TCP／IP協(xié)議的Internet接入具有重要的意義。所謂“在系統(tǒng)可編程”是指對器件、電路甚至整個系統(tǒng)進行現(xiàn)場升級和功能重構(gòu)的能力。這種重構(gòu)可以在實驗開發(fā)過程中，制造過程中甚至是在交付用戶使用之后在現(xiàn)場或通過Internet進行。

　　利用ISP技術(shù)，能夠使得儀器儀表的硬件系統(tǒng)不再是純粹的固定結(jié)構(gòu)，而是具備某些軟件特性的靈活結(jié)構(gòu)，甚至可以在運行狀態(tài)下根據(jù)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(shù)字系統(tǒng)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(tǒng)中，給智能儀器儀表系統(tǒng)的沒計帶來了革命性的變化。

　　結(jié)合ISP技術(shù)通過Internet將智能儀器儀表系統(tǒng)接入Internet，就可以方便地實現(xiàn)對儀器儀表的遠程監(jiān)視、控制、維護、升級和工業(yè)自動化。

　　2  儀器儀表系統(tǒng)基于ISP技術(shù)的設計思想

　　通過充分利用當前最先進的ISP技術(shù)，我們所設計的智能儀器儀表系統(tǒng)不僅要具備系統(tǒng)級現(xiàn)場可編程的能力，而且能夠通過Intemet實現(xiàn)基于TCP／IP協(xié)議的系統(tǒng)功能遠程動態(tài)重構(gòu)、現(xiàn)場升級和通訊互訪。

　　一般來說，智能儀器儀表系統(tǒng)大都可劃分為3個模塊：CPU、模擬系統(tǒng)和數(shù)字邏輯系統(tǒng)等。這里，我們結(jié)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來具體討論實現(xiàn)ISP和Internet接入的智能儀器儀表系統(tǒng)的設計。

　　3儀器儀表系統(tǒng)的CPU與ISP技術(shù)

　　CPU是智能儀器儀表系統(tǒng)的靈魂。智能儀器儀表系統(tǒng)的整體性能很大程度上取決于CPU的先進性和靈活性。

　　隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了不少增強型的CPU。由于CPU的ISP技術(shù)對于實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡化和遠程監(jiān)控具有決定性的意義，同時由于8位MCU在當前智能儀器儀表系統(tǒng)中應用的廣泛性，我們主要結(jié)合支持ISP技術(shù)的AnalogDevice公司的8位Mcu(ADuC812)來討論ISP技術(shù)的應用。

　　3．1  ADuC812的結(jié)構(gòu)和性能

　　Analog Device公司的ADuC812由與8051兼容的內(nèi)核、存儲器．片內(nèi)外圍設備、電源單元和模擬單元等部分構(gòu)成。與805l兼容的內(nèi)核額定上作頻率為12MHz(最大16MHz)，3個16位定時器／計數(shù)器，功能包括看門狗定時器WDT、電源監(jiān)視器PSM以及高速ADC。至RAM捕獲DMA控制器。片內(nèi)有8K字的閃速／電擦除程序存儲器，640字的閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲器和256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM．支持16M字節(jié)外部數(shù)據(jù)尋址空間和64K字節(jié)外部程序?qū)ぶ房臻g，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，端口3有高電流驅(qū)動能力，同時具有標準的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(nèi)40PPM／℃的電壓基準、兩個12位電壓輸出DAC和片內(nèi)溫度傳感器等�？伸`活地構(gòu)建功能強人的12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

　　MCU內(nèi)核和模擬轉(zhuǎn)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(tǒng)編程

　　ADuC812通過標準UART串行接口實現(xiàn)程序代碼的下載(在系統(tǒng)編程)，用戶在ADuC812串行下載模式下可以將程序代碼通過Pc機的串口下載到芯片程序存儲器中。

　　在ADuC812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(tǒng)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(tǒng)可編程模擬電路ispPAC之前，模擬系統(tǒng)的設計往往需要用大量標準分離器件來搭建。ispPAC的出現(xiàn)，使得高集成度的精確模擬設計現(xiàn)在能夠通過一小塊單片ispPA芯片來實現(xiàn)，從根本上簡化和加速了模擬電路的設計、集成和配置，避免了采用傳統(tǒng)的ASIC芯片時的成本高、設計周期長的缺點，給傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)開發(fā)帶來了革命性的變化，其性能類似于數(shù)字系統(tǒng)中的FPGA。

　　目前ispPAC系列產(chǎn)品包括ispPAC10、ispPAC20和ispPAC80等3種。

　　下面結(jié)合ispPAC來討論ISP技術(shù)在模擬系統(tǒng)設計中的應用。