智能儀器儀表是計算機技術向儀器儀表移植的產物。含有微計算機或微處理器的儀器儀表，由于要擁有對數據的存儲，運算邏輯判斷及自動化操作等功能，有著智能的作用，因而被稱之為智能儀器儀表。
在系統編程技術（ISP技術）是對軟件進行修改、組態或重組的一種最新技術。它為智能儀器儀表的設計提供了一種新的選擇，其發展前途令人矚目，將會是智能儀器儀表研究的熱門方向之一。
1 ISP技術功能特點
ISP技術（In-SystemProgramming）是LATTICE半導體公司首先提出的一種使我們在產品設計、制造過程中的每個環節甚至在產品買給最終用戶以后，具有對其器件、電路板或整個電子系統的邏輯和功能隨時進行組態或重組能力的最新技術。
ISP消除了傳統技術的某些限制和連接弊病，有利于在板和系統級設計、制造與編程。ISP硬件靈活且易于軟件修改，便于設計開發。由于ISP器件可以像任何其他器件一樣，在印刷電路板（PCB）上處理，因此編程ISP器件不需要專門編程器和較復雜的流程。只要通過PC，嵌入式系統處理器甚至INTERNET遠程網進行編程。
1.1 ISP的功能特點
1.1.1 ISP設計特點
ISP允許設計、測試和制造工程師重組系統特性，而器件仍焊接在電路板上。這個能力革新了板級設計、板級調試、系統制造和升級。
在設計中往往采用：
（1）高級樣機解決方案。不需要組件或印刷電路板布局，借助樣機板，利用設計軟件修改系統。
（2）內部測試方案。利用ISP技術現場在線調試電路板。
（3）板子重組態和現場升級。利用軟件編程技術，實現系統重組態檢修或升級。
1.1.2 ISP的制造特點
ISP器件與技術提供多功能硬件設計，減少系統部件，降低成本，縮短設計、制作周期，加快產品面市速度。
1.1.3ISP技術特點
（1）ISP技術所用的ISP系列器件的編程與改寫簡單易學，直截了當，非常優越。
（2）ISP技術所用的ISP器件保證1萬次可靠的擦除或改寫。
（3）ISP技術無需電路板返工。
（4）ISP技術可進行遠程遙控開級。
（5）ISP技術在速度、工具、質量、可靠性等方面不斷提高。ISP將使“硬件”這個術語過時，真正的可編程系統的新時代將會到來。
1.2 ISP器件種類
（1）ISPLSI。在系統可編程大規模集成。
（2）ISPGAL。在線可編程通過陣列邏輯。
（3）ISPGDS。在系統可編程數字開關系統。
（4）ISPPLD。在系統可編程邏輯器件。
（5）ISPMCU。在系統可編程微處理器。在儀器儀表設計中，主要采用的是ISPPLD和ISPMCU。
2 ISP技術與儀器儀表智能化
智能化是儀器儀表發展方向之一。智能是指學習或獲取各種知識，并利用這些知識去規范或改善系統本身行為的能力。這種能力主要通過控制技術加以設計和實現，即由儀器儀表中控制系統加以設計和實現。智能控制主要處理以下內容：
（1）各種不確定性或定性的信息數據結構。
（2）抽象性的離散的符號指令。
（3）辯識系統結構的變化。
（4）處理各種不同性質的知識。
（5）根據系統本身或環境的變化，對本身參數或結構進行重組。
（6）對系統對象的行為進行預測并控制。
（7）在運動過程中獲取系統被控對象和運行環境的信息知識，并利用這些知識改進系統本身的控制行為。
一個能控系統是應能模仿人類行為的。它應能對一個過程或是所處環境各種因有的信息和知識進行學習，將獲得的知識用于估計、分析、決策和控制，使系統處于最優狀態。當它遇到未學習過的事例時，有能力給些合適處理。系統出現局部故障時可持續工作，甚至能分析和修改故障。系統有相當的靈活性和主動性，能在任何要求的范圍內主動采取措施，當任務有沖突時，可指揮控制器予以決策。
目前在儀器儀表智能化的工作中，專家系統、模糊邏輯和控制以及人工神經網絡是三種主要的技術，網絡化是發展的主要方向，它們各自獨立發展，又彼此相互滲透，走向結合。
2.1 ISP技術與專家系統
專家系統是人工智能的一個重要分支，是一種計算機軟件。它具有相當數量和權威的知識，這些知識用某種方式來表達并組成知識庫。運用這些知識進行相應推理，能對某一專門領域的問題提供具有專家水平的咨詢和解答。
專家系統的基本功能是知識處理，包括6個部分：知識獲取，知識庫，數據庫，推理機，專家用戶接口，解釋系統。專家系統的核心是知識庫和推理機。其中知識庫和推理機根據對象的變化以及專家知識水平的提高必須不斷地修改變化。根據ISP技術的特點，利用ISP技術是完成專家系統設計與升級變化的最好途徑。ISP技術與專家系統相結合是智能儀器儀表發展的趨勢之一。
2.2 ISP技術與模糊邏輯控制
模糊概念是由著名控制專家LA.ZADEH提出的，它吸取了人類對于模糊現象認識和推理的優點，是對許多自然現象和法則準確的表示和評價，模糊控制在機車、家用電器、自動控制、儀器儀表等產品取得了非常成功的應用。
模糊控制器由3部分組成：輸入級、處理級和輸出級。輸入級將輸入數據轉變為模糊控制數據，一般稱為模糊化；處理級仍用模糊數據及模糊邏輯規則推理求解；輸出級最后將模糊數據變成精確數據輸出以進行控制，稱為逆模糊化。輸出函數在模糊控制中隸屬函數模糊規則，是核心。在智能儀器儀表中往往都是用表格來實現。查表方式結構簡單，實施方便，資源開銷少，但更改模糊規則和隸屬函數很困難。智能模糊控制就是要求根據對象或環境變化的需要，獲取被控對象和運行環境的信息精練與提高，要求不斷來改變與調整模糊規則和隸屬函數，傳統的編程方法實現調整與變化十分困難。借助ISP技術調整，不僅簡單方便，而且還可以從遠程遙控完成。
ISP實現的模糊控制調整，主要從隸屬函數修改以及模糊規則的變更兩個方面進行。函數的形狀和位置借助ISP的模糊控制模塊的輸入語句來設置與改變，模糊規則中的“與”、“或”、“最大”、“最小”等模糊算子關系，可以由ISP的模糊推導模塊加以組合組態。
2.3 ISP技術與人工神經網絡
人工神經網絡模擬人類大腦的神經元，神經元之間通過稱為樹突的通路互相連接起來形成神經網絡，當有輸入信號將神經元激活時，經過神經回路產生輸出。神經網絡具有學習能力和聯想記憶，它經過學習能力輸出信號后產生預期的輸出，如果某一信息神經回路沒學習過，它也能得出合理的輸出。在智能儀器儀表中為了計算簡便、實現方便，多采用M-P神經元網絡。連接神經元的傳遞函數常用S型函數，神經網絡的學習算法用的是BP學習算法。
人工神經網絡的學習過程涉及到輸入層各單元到連結層各單元的連接權值調整，連接層各單元的閥值調整，連接層到輸出層單元的連接權值調整，以及輸出層各單元閥值的調整。上述學習過程是很費時間的。通常采用通用計算機借助仿真程序離線進行，一旦神經網絡設計完成，就可由仿真程序對此網絡進行培訓，將所有選定的連接值、閥值等數據送入人工神經網絡中。
這些參數的傳送如果采用傳統方法進行，往往需要脫機把CPU從總線拆裝下來編程，給工作帶來很大的不便，實時性也受到很大的限制。利用ISP技術完成人工神經網絡連接權值和閥值的調整是人工神經網絡型儀器儀表設計與工作的最佳方案之一。
3 ISP技術在智能儀器儀表中的應用實例
智能傳感器是智能儀器儀表技術發展中的一個重要方向。目前的智能傳感器在結構形式中大都由敏感元件和外接的信號處理電路組成。并已研制出一些通用的傳感器總線或模塊（USIC）用來對敏感元件的信號進行放大，濾波，A/D轉換以及數據處理。研制USIC（UnibersatSensorInterfaceChip）是尤里卡計劃中JAMIE（JointLanguageMicrosystemsInitiativeofEurope-EU579）工程中的一部分，目的在于能夠設計各種應用于JAMIE工程中智能傳感器，使傳感器結構更簡單，并且具有容錯型。USIC具有智能傳感器所需要的各種信號處理能力，并能在大多數的傳感器應用場合中使用，它在多數場合只需少量的外圍元件就可提供復雜的高質量信號處理功能。
利用華邦（WINBOND）公司具有ISP功能的微控制器W75E516B可方便地組成USIC。將它定義為USICW51。USICW51核心是W78E516B，并配有多功能轉換開關、運放、A/D轉換器、D/A轉換器、數字通信界面等串行或并行接口。
多路轉換開關完成用標準傳感器對被校傳感器校準。運放可以構造模擬濾波器、電流源、積分器或信號累加器等電路，并可用做普通放大電路，將敏感元件輸出信號放大至0~5V提供給A/D轉換器。W78E516B內部集成的計數器可作為脈沖計數器，定時器用來測量頻率或進行計數。適用于頻率或數字量輸出的傳感器，如流量傳感器、角編碼器等。W78E516B內部具有64K的MTP-ROM可以存儲相當多的預處理表格以滿足不同傳感器的線性擬合、溫度補償等數理預處理的需要。
DAC與軟件結合可以做出正弦波發生器作為傳感器校準時的激勵源，正弦波的頻率在50HZ~10KHZ之間，傳感器的數字輸出可以選擇RS485/RS232通信接口聯接到各種測控網絡上（局域網甚至INTERNET上）
USICW51有多種功能供組態編程選擇。可以外接各種模擬或數字傳感器以實現對力學、電工、過程（溫度，濕度，流量，壓力）等參數的測量與控制。如此巨量的組態模式只有借助ISP技術才能做得到，才能做的好。
主要利用微控制器W78E516B的ISP技術構造的USICW51已經在多種測控系統中發揮了很好的作用。
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本文標題：ISP技術在智能儀器儀表設計中應用
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