智能仪表的ISP技术与Internet接入
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2001-01-08
1、引言
近年来，随着通讯技术、网络技术和半导体技术的飞速发展，智能仪器仪表系统的设计步入了崭新的时代。其中，实现Internet接入是当前智能仪器仪表系统发展的热点领域和重要方向。
ISP（InSystemProgrammability）在系统可编程技术对于实现智能仪器仪表系统基于TCP/IP协议的Internet接入具有重要的意义。所谓“在系统可编程”是指对器件、电路甚至整个系统进行现场升级和功能重构的能力。这种重构可以在实验开发过程中、制造过程中甚至是在交付用户使用之后在现场或通过Internet进行。
利用ISP技术，能够使得仪器仪表的硬件系统不再是纯粹的固定结构，而是具备某些软件特性的灵活结构，甚至可以在运行状态下根据需要重新配置功能。由于模拟集成芯片制造工艺的复杂性，当前ISP技术主要应用在数字系统设计中，如美国Xilinx公司在FPGA/CPLD等均支持ISP技术。1999年末，美国Lattice公司率先在制造工艺上取得突破，推出了ispPAC（InSystemProgrammableAnalogIcs），将ISP技术引入到了模拟系统中，给智能仪器仪表系统的设计带来了革命性的变化。
结合ISP技术通过Internet将智能仪器仪表系统接入Internet，就可以方便地实现对仪器仪表的远程监视、控制、维护、升级和工业自动化。
2、仪器仪表系统基于ISP技术的设计思想
通过充分利用当前最先进的ISP技术，我们所设计的智能仪器仪表系统不仅要具备系统级现场可编程的能力，而且能够通过Internet实现基于TCP/IP协议的系统功能远程动态重构、现场升级和通讯互访。
一般来说，智能仪器仪表系统大都划分为3个模块：CPU、模拟系统和数字逻辑系统等。这里我们结合合Ana1ogDevice公司最新推出的具有模拟功能的ADuC812MCU，Philips率先在业界推出的支持Internet接入的16位MCU，Lattice公司最新推出的ispPAC和Xilinx公司的FPGA/CPLD来具体讨论实现ISP和Internet接入的智能仪器仪麦系统的设计。
3、仪器仪表系统的CPU与ISP技术
CPU是智能仪器仪表系统的灵魂。智能仪器仪表系统的整体性能很大程度上取决于CPU的先进性和灵活性。
随着半导体技术的发展，陆续出现了不少增强型的CPU，由于CPU的ISP技术对于实现系统网络化和远程监控具育决定性的意义，同时由于8位MCU在当前智能仪器仪表系统中应用的广泛性，我们主要结合支持ISP技术的AnalogDevice公司的8位MCU（ADuC812）来讨论ISP技术的应用。
3.1ADuC812的结构和性能
AnalogDevice公司的ADuC812由与8051兼容的内核、存储器、片内外国设备、电源单元和模拟单元等部分构成。与8051兼容的内核额定工作频率为12MHz（最大16MHz），3个16位定时器/计数器，功能包括看门狗定时器WDT、电源监视器PSM以及高速ADC至RAM捕获DMA控制器。片内有8K字的闪速/电擦除程序存储器，640字的闪速/电擦除数据存储器和256字节片内数据RAM，支持16M字节外部数据寻址空间和64K字节外部程序寻址空间，为多处理器接口和I/O扩展提供了32条可编程的UO口线，端口3有高电流驱动能力，同时具有标准的UART串行端口和可配置的I2C或SPI接口。
模拟单元包括8通道、高速（200KSPS）自校准12位ADC、片内4OPPM/。C的电压基准、两个12位电压输出DAC和片内温度传感器等.可灵活地构建功能强大的12位数据采集系统。
MCU内核和模拟转换器二者均有正常、空闲和掉电工作模式，提供了适合于低劝耗应用的灵活的电源管理方案。
3.2ADuC812的ISP在系统编程
ADuC812通过标准UART串行接口实现和序代码的下载（在系统编程），用户在ADuC812串行下载模式下可以将程序代码通过PC机的串口下载到芯片程序存储器中。
在ADuC812之后，AnalogDevice公司又推出了支持ISP技术的16位和24位精度的模拟MCUADuC816及ADuC824等系列产品。
4、模拟系统的设计与ISP技术
在Lattice公司1999年末率先推出高性能的系统可编程模拟电路ispPAC之前，模拟系统的设计往往需要用大量标准分离器件来搭建。ispPAC的出现，使得高集成度的精确模拟设计现在能够通过一小块单片ispPAC芯片来实现，从根本上简化和加速了模拟电路的设计、集成和配置，避免了采用传统的ASIC芯片时的成本高、设计周期长的缺点，给传统的模拟系统开发带来了革命性的变化，其性能类似于数字系统中的FPGA。
目前ispPAC系列产品包括ispPAC10、ispPAC20和ispPAC80等3种。
下面结合ispPAC来讨论ISP技术在模拟系统设计中的应用。