智能仪器仪表是计算机技术向仪器仪表移植的产物。含有微计算机或微处理器的仪器仪表，由于要拥有对数据的存储，运算逻辑判断及自动化操作等功能，有着智能的作用，因而被称之为智能仪器仪表。
在系统编程技术（ISP技术）是对软件进行修改、组态或重组的一种最新技术。它为智能仪器仪表的设计提供了一种新的选择，其发展前途令人瞩目，将会是智能仪器仪表研究的热门方向之一。
1 ISP技术功能特点
ISP技术（In-SystemProgramming）是LATTICE半导体公司首先提出的一种使我们在产品设计、制造过程中的每个环节甚至在产品买给最终用户以后，具有对其器件、电路板或整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组能力的最新技术。
ISP消除了传统技术的某些限制和连接弊病，有利于在板和系统级设计、制造与编程。ISP硬件灵活且易于软件修改，便于设计开发。由于ISP器件可以像任何其他器件一样，在印刷电路板（PCB）上处理，因此编程ISP器件不需要专门编程器和较复杂的流程。只要通过PC，嵌入式系统处理器甚至INTERNET远程网进行编程。
1.1 ISP的功能特点
1.1.1 ISP设计特点
ISP允许设计、测试和制造工程师重组系统特性，而器件仍焊接在电路板上。这个能力革新了板级设计、板级调试、系统制造和升级。
在设计中往往采用：
（1）高级样机解决方案。不需要组件或印刷电路板布局，借助样机板，利用设计软件修改系统。
（2）内部测试方案。利用ISP技术现场在线调试电路板。
（3）板子重组态和现场升级。利用软件编程技术，实现系统重组态检修或升级。
1.1.2 ISP的制造特点
ISP器件与技术提供多功能硬件设计，减少系统部件，降低成本，缩短设计、制作周期，加快产品面市速度。
1.1.3ISP技术特点
（1）ISP技术所用的ISP系列器件的编程与改写简单易学，直截了当，非常优越。
（2）ISP技术所用的ISP器件保证1万次可靠的擦除或改写。
（3）ISP技术无需电路板返工。
（4）ISP技术可进行远程遥控开级。
（5）ISP技术在速度、工具、质量、可靠性等方面不断提高。ISP将使“硬件”这个术语过时，真正的可编程系统的新时代将会到来。
1.2 ISP器件种类
（1）ISPLSI。在系统可编程大规模集成。
（2）ISPGAL。在线可编程通过阵列逻辑。
（3）ISPGDS。在系统可编程数字开关系统。
（4）ISPPLD。在系统可编程逻辑器件。
（5）ISPMCU。在系统可编程微处理器。在仪器仪表设计中，主要采用的是ISPPLD和ISPMCU。
2 ISP技术与仪器仪表智能化
智能化是仪器仪表发展方向之一。智能是指学习或获取各种知识，并利用这些知识去规范或改善系统本身行为的能力。这种能力主要通过控制技术加以设计和实现，即由仪器仪表中控制系统加以设计和实现。智能控制主要处理以下内容：
（1）各种不确定性或定性的信息数据结构。
（2）抽象性的离散的符号指令。
（3）辩识系统结构的变化。
（4）处理各种不同性质的知识。
（5）根据系统本身或环境的变化，对本身参数或结构进行重组。
（6）对系统对象的行为进行预测并控制。
（7）在运动过程中获取系统被控对象和运行环境的信息知识，并利用这些知识改进系统本身的控制行为。
一个能控系统是应能模仿人类行为的。它应能对一个过程或是所处环境各种因有的信息和知识进行学习，将获得的知识用于估计、分析、决策和控制，使系统处于最优状态。当它遇到未学习过的事例时，有能力给些合适处理。系统出现局部故障时可持续工作，甚至能分析和修改故障。系统有相当的灵活性和主动性，能在任何要求的范围内主动采取措施，当任务有冲突时，可指挥控制器予以决策。
目前在仪器仪表智能化的工作中，专家系统、模糊逻辑和控制以及人工神经网络是三种主要的技术，网络化是发展的主要方向，它们各自独立发展，又彼此相互渗透，走向结合。
2.1 ISP技术与专家系统
专家系统是人工智能的一个重要分支，是一种计算机软件。它具有相当数量和权威的知识，这些知识用某种方式来表达并组成知识库。运用这些知识进行相应推理，能对某一专门领域的问题提供具有专家水平的咨询和解答。
专家系统的基本功能是知识处理，包括6个部分：知识获取，知识库，数据库，推理机，专家用户接口，解释系统。专家系统的核心是知识库和推理机。其中知识库和推理机根据对象的变化以及专家知识水平的提高必须不断地修改变化。根据ISP技术的特点，利用ISP技术是完成专家系统设计与升级变化的最好途径。ISP技术与专家系统相结合是智能仪器仪表发展的趋势之一。
2.2 ISP技术与模糊逻辑控制
模糊概念是由著名控制专家LA.ZADEH提出的，它吸取了人类对于模糊现象认识和推理的优点，是对许多自然现象和法则准确的表示和评价，模糊控制在机车、家用电器、自动控制、仪器仪表等产品取得了非常成功的应用。
模糊控制器由3部分组成：输入级、处理级和输出级。输入级将输入数据转变为模糊控制数据，一般称为模糊化；处理级仍用模糊数据及模糊逻辑规则推理求解；输出级最后将模糊数据变成精确数据输出以进行控制，称为逆模糊化。输出函数在模糊控制中隶属函数模糊规则，是核心。在智能仪器仪表中往往都是用表格来实现。查表方式结构简单，实施方便，资源开销少，但更改模糊规则和隶属函数很困难。智能模糊控制就是要求根据对象或环境变化的需要，获取被控对象和运行环境的信息精练与提高，要求不断来改变与调整模糊规则和隶属函数，传统的编程方法实现调整与变化十分困难。借助ISP技术调整，不仅简单方便，而且还可以从远程遥控完成。
ISP实现的模糊控制调整，主要从隶属函数修改以及模糊规则的变更两个方面进行。函数的形状和位置借助ISP的模糊控制模块的输入语句来设置与改变，模糊规则中的“与”、“或”、“最大”、“最小”等模糊算子关系，可以由ISP的模糊推导模块加以组合组态。
2.3 ISP技术与人工神经网络
人工神经网络模拟人类大脑的神经元，神经元之间通过称为树突的通路互相连接起来形成神经网络，当有输入信号将神经元激活时，经过神经回路产生输出。神经网络具有学习能力和联想记忆，它经过学习能力输出信号后产生预期的输出，如果某一信息神经回路没学习过，它也能得出合理的输出。在智能仪器仪表中为了计算简便、实现方便，多采用M-P神经元网络。连接神经元的传递函数常用S型函数，神经网络的学习算法用的是BP学习算法。
人工神经网络的学习过程涉及到输入层各单元到连结层各单元的连接权值调整，连接层各单元的阀值调整，连接层到输出层单元的连接权值调整，以及输出层各单元阀值的调整。上述学习过程是很费时间的。通常采用通用计算机借助仿真程序离线进行，一旦神经网络设计完成，就可由仿真程序对此网络进行培训，将所有选定的连接值、阀值等数据送入人工神经网络中。
这些参数的传送如果采用传统方法进行，往往需要脱机把CPU从总线拆装下来编程，给工作带来很大的不便，实时性也受到很大的限制。利用ISP技术完成人工神经网络连接权值和阀值的调整是人工神经网络型仪器仪表设计与工作的最佳方案之一。
3 ISP技术在智能仪器仪表中的应用实例
智能传感器是智能仪器仪表技术发展中的一个重要方向。目前的智能传感器在结构形式中大都由敏感元件和外接的信号处理电路组成。并已研制出一些通用的传感器总线或模块（USIC）用来对敏感元件的信号进行放大，滤波，A/D转换以及数据处理。研制USIC（UnibersatSensorInterfaceChip）是尤里卡计划中JAMIE（JointLanguageMicrosystemsInitiativeofEurope-EU579）工程中的一部分，目的在于能够设计各种应用于JAMIE工程中智能传感器，使传感器结构更简单，并且具有容错型。USIC具有智能传感器所需要的各种信号处理能力，并能在大多数的传感器应用场合中使用，它在多数场合只需少量的外围元件就可提供复杂的高质量信号处理功能。
利用华邦（WINBOND）公司具有ISP功能的微控制器W75E516B可方便地组成USIC。将它定义为USICW51。USICW51核心是W78E516B，并配有多功能转换开关、运放、A/D转换器、D/A转换器、数字通信界面等串行或并行接口。
多路转换开关完成用标准传感器对被校传感器校准。运放可以构造模拟滤波器、电流源、积分器或信号累加器等电路，并可用做普通放大电路，将敏感元件输出信号放大至0~5V提供给A/D转换器。W78E516B内部集成的计数器可作为脉冲计数器，定时器用来测量频率或进行计数。适用于频率或数字量输出的传感器，如流量传感器、角编码器等。W78E516B内部具有64K的MTP-ROM可以存储相当多的预处理表格以满足不同传感器的线性拟合、温度补偿等数理预处理的需要。
DAC与软件结合可以做出正弦波发生器作为传感器校准时的激励源，正弦波的频率在50HZ~10KHZ之间，传感器的数字输出可以选择RS485/RS232通信接口联接到各种测控网络上（局域网甚至INTERNET上）
USICW51有多种功能供组态编程选择。可以外接各种模拟或数字传感器以实现对力学、电工、过程（温度，湿度，流量，压力）等参数的测量与控制。如此巨量的组态模式只有借助ISP技术才能做得到，才能做的好。
主要利用微控制器W78E516B的ISP技术构造的USICW51已经在多种测控系统中发挥了很好的作用。
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本文标题：ISP技术在智能仪器仪表设计中应用
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