智能丈量仪器作为信息获取工具，是一种集多个门类、多种学科技能于一体的繁芜有机体。随着测试技能、打算机技能和大规模集成电路技能的飞速发展，当代智能丈量仪器不但对功能、性能、精度和指标的哀求越来越高，而且对系统可靠性、可维修性的哀求也越来越高。因此，这就哀求丈量仪用具有完备的内建测试（build intest，BIT）功能以及自我调节和补偿能力，以使丈量仪器系统本身具备测试、诊断和故障定位的能力以及适应各种环境、温度和器部件性能变革的能力。
但是，智能丈量仪器要具备这些测试、诊断以及调节、补偿能力，必须首先对全体丈量仪器事情状态进行监测，然后通过对这些节点的状态进行剖析和处理，从而进行进一步的故障定位或调节补偿。这些状态紧张包括环境温度以及电路板上各关键电路节点的电压、电流、功率等，由于都是仿照量，故常称这些分布在电路板上的不雅观测节点为仿照节点。可见，对智能丈量仪器事情环境以及各关键节点仿照量的检测是智能丈量仪器内建测试以及调节补偿的条件和根本，也是智能丈量仪器可测性设计的主要一环，须要负责对待。
下面先容一种基于串行总线的智能丈量仪器仿照节点旗子暗记监测电路的没计思想和设计方法。
1 仿照节点旗子暗记监测设计事理
范例的电路板仿照节点监测电路常日由旗子暗记检测通道、旗子暗记调理电路、多路选择开关、采样／保持电路、A／D 转换电路以及处理器接口和掌握逻辑等构成，如图 1 所示。
旗子暗记检测通道紧张用来探测电路板上各探测点的温度、电流、电压等仿照量，常日针对不同探测工具而利用不同的传感器、检波器或干系电路将待检测旗子暗记转换成一定的电流或电压旗子暗记。
旗子暗记调理电路是为了担保 A／D 转换的精度而在仿照输入旗子暗记进入 A／D 转换器之前首先进行的必要处理，以有效滤除不须要旗子暗记的影响，改进旗子暗记质量，提高信噪比，增强旗子暗记的抗下扰能力，担保输入旗子暗记符合 A／D 转换器并处于其最佳转换范同。旗子暗记调理所采取的技能常日包括增谧放大、衰减、滤波、整流、检波旗子暗记转换等。多路开关是为了简化电路和降落本钱而担保多个仿照节点共用同一个 A／D 转换器而设计，以方便通过软件实现对某一起仿照艟的转换。多路开关常用的有机器触点式和电子式 2 种，常日须要根据通道数目、输入办法（单端还是差分输入）、电平高低、切换韶光及稳定韶光、通路问所许可的最大串绕偏差以及掌握办法等加以综合考虑选择。
当仿照节点输入旗子暗记的频率较高时，为减小 A／D 转换的孔径偏差常设计利用采样／保持电路。采样保持器常日根据输入旗子暗记范围、输入旗子暗记变革率、采样开关怀换速率以及采样偏差的许可范围等选择。如果输入仿照旗子暗记频率较低，A／D 转换相对足够快或 A／D 集成了采样保持器时则可以省略采样保持器的设计。
A／D 转换器足仿照输入通道的关键器件，用来将仿照旗子暗记转换成数字旗子暗记，以便由处理器进行一系列的后续处理。A／D 转换器件种类很多，选择时需综合考虑分辨力、转换精度、转换速率和功耗等指标。一样平常地，A／D 转换器位数选取应根据被测电路的仿照输入旗子暗记的变革范围和 A／D 转换器量化偏差及量化噪声等综合考虑。
2 基于串行总线的仿照节点旗子暗记监测设计
当代丈量仪器智能化程度和性能指标越来越高，越来越多地利用软件进行性能指标的调节、校准和补偿，同时越来越多地须要实时监测全体仪器的事情状态，以提高系统的町靠性，故对仿照节点数量需求越来越大。此外，当代智能丈量仪器正迅速向低功耗、低本钱、小体积、高性能、高速率方向发展，电路集成度越来越大，本钱越来越低，尺寸越来越小，频率也越来越高。作为丈量仪器的赞助支撑电路，如何在知足功能和性能的条件下尽可能减少电路板面积占用、减小对其他电路的电磁滋扰等影响，一贯是设计者不断追求的目标。可见，基于并行总线的传统仿照节点旗子暗记监测设计思想已经不能知足须要。
随着串行总线接口技能的出身和不断成熟，其大略的接口、较高的数据传输效率、灵巧的互联办法以及其可扩展性能力使得在电子领域及测试领域得到迅速推广和运用。与并行接口比较，串行接口减少了引脚数目，降落了接口没计的繁芜性，减小了电磁辐射和体积。
串行接口常日供应全双工同步操作，数据以位为单位进行串行输入输出。各元器件生产厂家纷纭推出了基于串行总线的器件，越来越多的处理器也开始集成相应的串行通信接口，并兼容一些盛行的串行总线。因此，在精度、速率、分辩力等指标容许的条件下，选择多通道以及具有采样保持器串行 ADC 以及其他串行器件搭建基于串行总线的丈量仪器仿照节点方案无疑是一种空想的选择。基于这种串行总线的仿照节点电路设计如图 2 所示。
在智能丈量仪器中，仿照节点常日分布于仪器的各个电路板和功能模块，而每块电路板和功能模块又可能包括多个仿照探测节点。
为此，在设计中每每根据仿照节点的数量选择利用一片或多片多通道串行 A／D 芯片（如 AD 公司的 AD7812 等）构成每块电路板或功能模块的仿照输入通道，而不同电路板或功能模块上的串行设备均挂接在同一串行总线上，由处理器通过掌握总线及译码逻辑来选择相应的仿照输入通道并掌握相应串行设备的事情。此外，在详细的设计中，每每还可以利用串行总线进行一些赞助电路设计：如利用一些串行 D／A 转换器构成仿照输出通道，以根据须要产生得当的仿照旗子暗记，实现对电路板干系电路的校准与补偿；设计挂接一些串行 E2PROM 存储器，用来存储干系通道的校准与补偿参数，等等。如图 3 所示。
3 基于串行总线的仿照节点旗子暗记监测设计要点
3．1 串行总线连接
目前，天下各紧张半导系统编制造商提交了多种不同的串行协议，比较范例的有以 Motorola 公司为代表的 SPI（se-rial peripheral interface：串行外围设备接口）、以 Philips 公司为代表的 I2C（Inter IC）以及国家半导体公司为代表的 MICROWIRE 总线（微总线）等。个中，SPI 是一种高速 4 线同步串行外设接口总线，1 条用于串行移位时钟 SCK，1 条用作从使能旗子暗记（SS），其余 2 条数据线分别用于数据的收发（MISO 和 MOSI），采纳主从式通信办法、全双工传输。传输速率由主控设备编程决定，可选择移位
率、主从模式以及时钟的极性和相位等；I2C 总线是一种用双向 2 线串行总线，1 条串行数据线（SDA）和 1 条串行时钟线（SCL），采取主从办法的同步通信办法，在通信过程通过地址确定通信工具，每个 I2C 器件都有一个唯一的地址，每个器件既可发送也可吸收，是 1 种多主总线；MI-CROWIRE 总线是一种 3 线同步串行接口总线，1 条时钟线（SK）和 2 条数据收发线（SO 和 SI）。
串行总线引脚较少，连接非常大略。口前，很多处理器都直接集成了前述的串行总线接口，可以直接与相应接口的串行设备相连。而在一些高端处理器巾，更是供应了更加灵巧的可编程串行接口，如 Motorola 公州高端 DSP 处理器大都集成了可编程 SSI 串行同步通信接口，而 TI 公司的高端 DSP 处理器大都集成了可编程 McBSP 多通道缓冲串行接口，这接口不但具有与标准串行接口相同的基本功能，还可配置成通用输入输出（GPIO）接口，因此可以方便地与 SPI、I2C 和 MICROWIRE 等兼容设备直接连接。
以 McBSP 多通道缓冲串行接口为例：通过配置 McB-SP 的事情模式，McBSP 可兼容 SPI、MICROWIRE 等协议通信。当 McBSP 被配置为时钟停滞模式时，可兼容 SPI 和 MICROWIRE 总线协议，此时发送器和吸收器在内部是同步的，故可将 McBSP 作为 SPI 主设备或从设备。当设置 McBSP 为主设备时，可将发送数据帧时钟（FSX）用作 SPI 从设备使能旗子暗记（即 SS），而将发送数据位时钟（CLKX）用作 SPI 协议中串行时钟旗子暗记（SCK，MI-CROWIRE 没备的 SK）。当连接 I2C 设备时，可将 McBSP 配置成 GPIO 模式，将 McBSP 的 CLKX 和 FSX 与 I2C 总线设备的 SCL 和 SDA 相连，利用软件仿照 I2C 总线协议。McBSP 为主没备时，几种通信模式下的范例连接关系如图 4 所示。
在智能丈量仪器中，常日选择处理器为主设备，而将各串行器件作为从设备，因此大都采纳上述连接办法。针对不同的处理器，其连接办法略有不同。而对没有供应相应串行通信接口的处理器，也可以按照串行设备的事情时序来通过 GPIO 接口编程或利用可编程逻辑器件进行仿照实现。
3．2 通道扩展与多片连接
当代智能丈量仪器电路板仿照节点数量很多，而且每每还须要利用串行总线构建仿照输出通道和存储系统，这就须要在同一套串行总线上设计挂接多片乃至多种不同型号、不同总线形式的串行器件。如图 5 所示。
不同串行设备的事情时序不尽相同，为担保处理器与串行设备之间的通信须要对串行总线通道进行必要的初始化设置。这些设置紧张包括设备的主从模式（常日设置处理器为主设备）、移位率、时钟极性和相位等属性对利用 GPIO 接口编程仿照串行总线的运用，还须要根据串行器件的时序特点编程设置相应的输出／输出管脚和事情时序。
串行 ADC 常日通过其内置掌握寄存器以掌握字的办法来实现一系列的掌握操作，如采样模式、参考选择、通道选择以及 A／D 转换等。针对拟选择的仿照节点，通过软件掌握干系电路完成旗子暗记调理后，对锁存器相应位进行操作来选择相应的串行 ADC 事情，利用串行总线向串行 ADC 写入掌握字来启动对指定仿照节点旗子暗记的转换操作（如果支持软件启动）。
处理器通过串行总线接口读取转换数据，进行必要的运算和处理后得到仿照节点监测旗子暗记的真实结果，从而进行相应的操作和处理。
在详细的编程中，串行总线应根据串行 ADC 的详细总线接口形式和时序特点进行设置，这一点务必把稳，以免无法建立通信连接。不同串行 ADC 的读写时序不尽相同，编程时须要格外把稳。此外，通过串行总线进行读写操作时，须要根据读写数据的位数担保足够的时钟个数，以免无法正常读写。
对付挂接在总线的其它设备的掌握操作，可根据详细设备的特点，参考类似的办法予以编程实现。
4 结束语
基于串行总线的仿照节点设计方案不但实现大略，本钱低廉，而且还具有电磁辐射小、体积小、可扩展能力强等优点，可以方便、灵巧地根据实际电路的需求进行通道扩展。基于这种设计思想的软硬件方案已经在笔者所从事的系统中已经得到广泛运用，并取得了令人满意的效果。
