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智能儀器儀表的I S P技術與I n te r n et接入

時間:2023-03-18 15:33:52 計算機畢業(yè)論文 我要投稿
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智能儀器儀表的I S P技術與I n te r n et接入

摘要:本文討論了ISP(In System Programmabiljty)技術和EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology)技術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技術和Internet技術的智能儀表系統(tǒng)的解決方案。

關鍵詞:智能儀器儀表ISP EMIT Internet

1 引言

近年來,隨著通訊技術.網(wǎng)絡技術和半導體技術的飛速發(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)展的熱點領域和重要方向。

ISP(In System Programmability)在系統(tǒng)可編程技術對于實現(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)場升級和功能重構的能力。這種重構可以在實驗開發(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,能夠使得儀器儀表的硬件系統(tǒng)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(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。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。

結合ISP技術通過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技術的設計思想

通過充分利用當前最先進的ISP技術,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、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

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,我們主要結合支持ISP技術的AnalogDevice公司的8位Mcu(ADuC812)來討論ISP技術的應用。

3.1 ADuC812的結構和性能

Analog Device公司的ADuC812由與8051兼容的內(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。可靈活地構建功能強人的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

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。

下面結合ispPAC來討論ISP技術在模擬系統(tǒng)設計中的應用。

4.1 ispPAC:的體系結構

利用ISP技術,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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