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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(shè)計(jì)中的應(yīng)用。結(jié)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(tǒng)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)，隨著通訊技術(shù)．網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，智能儀器儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步入了嶄新的時(shí)代。其中，實(shí)現(xiàn)Intenet接入是當(dāng)前智能儀器儀表系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域和重要方向。
ISP(In System Programmability)在系統(tǒng)可編程技術(shù)對(duì)于實(shí)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(duì)器件、電路甚至整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)和功能重構(gòu)的能力。這種重構(gòu)可以在實(shí)驗(yàn)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(xiàn)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(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(yùn)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(fù)雜性，當(dāng)前ISP技術(shù)主要應(yīng)用在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如美國(guó)Xilinx公司的FPGA／CPLD等均支持ISP技術(shù)。1999年末，美國(guó)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(méi)計(jì)帶來(lái)了革命性的變化。
結(jié)合ISP技術(shù)通過(guò)Internet將智能儀器儀表系統(tǒng)接入Internet，就可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、維護(hù)、升級(jí)和工業(yè)自動(dòng)化。
2 儀器儀表系統(tǒng)基于ISP技術(shù)的設(shè)計(jì)思想
通過(guò)充分利用當(dāng)前最先進(jìn)的ISP技術(shù)，我們所設(shè)計(jì)的智能儀器儀表系統(tǒng)不僅要具備系統(tǒng)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)可編程的能力，而且能夠通過(guò)Intemet實(shí)現(xiàn)基于TCP／IP協(xié)議的系統(tǒng)功能遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)重構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)和通訊互訪。
一般來(lái)說(shuō)，智能儀器儀表系統(tǒng)大都可劃分為3個(gè)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(lái)具體討論實(shí)現(xiàn)ISP和Internet接入的智能儀器儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
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(jìn)性和靈活性。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了不少增強(qiáng)型的CPU。由于CPU的ISP技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程監(jiān)控具有決定性的意義，同時(shí)由于8位MCU在當(dāng)前智能儀器儀表系統(tǒng)中應(yīng)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(lái)討論ISP技術(shù)的應(yīng)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(chǔ)器．片內(nèi)外圍設(shè)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(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，功能包括看門(mén)狗定時(shí)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(chǔ)器，640字的閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(kuò)展提供了32條可編程的I／O總線，端口3有高電流驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)具有標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)12位ADC、片內(nèi)40PPM／℃的電壓基準(zhǔn)、兩個(gè)12位電壓輸出DAC和片內(nèi)溫度傳感器等。可靈活地構(gòu)建功能強(qiáng)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(yīng)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)UART串行接口實(shí)現(xiàn)程序代碼的下載(在系統(tǒng)編程)，用戶(hù)在ADuC812串行下載模式下可以將程序代碼通過(guò)Pc機(jī)的串口下載到芯片程序存儲(chǔ)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)往往需要用大量標(biāo)準(zhǔn)分離器件來(lái)搭建。ispPAC的出現(xiàn)，使得高集成度的精確模擬設(shè)計(jì)現(xiàn)在能夠通過(guò)一小塊單片ispPA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，從根本上簡(jiǎn)化和加速了模擬電路的設(shè)計(jì)、集成和配置，避免了采用傳統(tǒng)的ASIC芯片時(shí)的成本高、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，給傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)開(kāi)發(fā)帶來(lái)了革命性的變化，其性能類(lèi)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(lái)討論ISP技術(shù)在模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
4．1 ispPAC：的體系結(jié)構(gòu)
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，F(xiàn)iltering)，Programmable Charactefistics(Gain，Bandwidth，Offset，Thresholds)和Programmable Interconnect(Reconfigumbl
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