DE4122371C2 - Mikroprozessorgesteuertes elektronisches Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Meßgerät laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei den meisten zwischenzeitlich üblichen modernen elektronischen Meßgeräten wie Meßgeneratoren, Spektrum- oder Netzwerk-Analysatoren, EMI-Testgeräten, Meßemp­ fängern, Feldstärkemeßeinrichtungen, Spannungs- und Leistungsmessern, Oszilloskope und dergleichen, wird die Bedienung, Steuerung oder der Ablauf eines Meßprozesses über einen geräte­ internen Mikroprozessor gesteuert. Das Steuerprogramm hierfür wurde bisher in residenten Speicherbausteinen (ROM's oder EPROM's) abgelegt, die mit entsprechenden Sockeln auf den Leiterplatten im Inneren der Meßgeräte eingebaut sind. Eine Änderung dieses Steuerprogramms, beispielsweise zwecks Fehlerbehebung (Update) oder Nutzung erweiterter Funktionen (Upgrade) des Meßgerätes, ist dabei nur durch Austausch der programmierten Speicher­ bausteine möglich, was besonders schwierig und zeitaufwendig ist, wenn die Speicherbausteine zusätzlich noch in einer metallischen Abschirmung eingekapselt sind. Zum Wechsel eines oder mehrerer Steuerprogramme mußte das Gerät aufgeschraubt werden, eventuelle Abschirmungen von der Leiterplatte gelöst werden und dann der oder die betreffenden Speicherbausteine entfernt und durch neu programmierte Speicherbausteine ersetzt werden. Diese Arbeitsvorgänge sind wegen der benötigten Detailkenntnisse nur von Service-Technikern durchführbar, der Benutzer muß das Gerät beim Hersteller einschicken oder den Besuch eines Service- Technikers anfordern. Außerdem besteht die Gefahr, daß beim Auswechseln der Bausteine die neuen Bausteine oder Teile des Gerätes beschädigt werden, besonders arbeitsintensiv ist auch die Belieferung der Service-Werkstätten mit den jeweils aktuellen Bausteinen für die verschiedenen Meßgeräte.

Es ist auch schon bekannt, das Steuerprogramm in einem elektrisch lösch- und programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) abzulegen, so daß dort Daten aus vorhergehenden Messungen abgespeichert werden können (deutsches Gebrauchsmuster 88 11 609).

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein mikroprozessorgesteuertes elektronisches Meßgerät zu schaffen, bei dem auf einfache Weise auch vom Benutzer selbst das gerätespezifische Steuerprogramm geändert werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem elektronischen Meßgerät laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einem Spannungs-Überwachungs-Gerät mit einem eingebauten Mikrocomputer und zugehörigen Nur-Lese-Speichern ROM und RAM ist es an sich bekannt, am Gerät eine serielle Schnittstelle vorzusehen, über welche die im Mikroprozessor gespeicherten Meßdaten ausgelesen werden können (US-Patent 4 884 022). Durch die Anwendung einer solchen an sich bekannten seriellen Schnittstelle im Zusammenhang mit einem lösch- und programmierbaren Speicher bei einem elektronischen Meßgerät der eingangs bezeichneten Art ist es möglich, jederzeit ein neues Steuerprogramm für das Meßgerät einzulesen. Dies wird durch die Kombination von an sich bekannten elektrisch löschbaren und wieder programmierbaren residenten Speicherbausteinen, sogenannten Flash-Memories oder Flash-EPROM's, wie sie beispielsweise von der Firma Intel unter der Bezeichnung 28FO10 angeboten werden (Intel-Prospekt Nr. 290207-002 vom März 1989) möglich. Mit einer zusätzlichen am Gerät vorgesehenen seriellen Schnittstelle ist es also möglich, jederzeit nur durch Einspeisen eines neuen Steuerprogrammes dem Meßgerät eine neue Funktion zu geben.

Dies kann jederzeit auch vom Benutzer selbst durchgeführt werden, es ist nur nötig, über einen zum Industriestandard kompatiblen handelsüblichen PC mit serieller Schnittstelle das über eine Diskette oder das durch Übertragung über eine öffentliche Datenleitung an diesen PC übertragene neue Steuerprogramm in den elektrisch lösch- und programmierbaren Speicher einzulesen. Dabei wird vorzugsweise der geräteinterne Mikroprozessor gleichzeitig für das Einlesen dieses neuen Programms in das Flash- Memory benutzt. Um dabei einen zusätzlichen gesonderten Lesespeicher für das zum Löschen und/oder Programmieren des Flash-Memory's nötige Hilfsprogramm einzusparen, hat es sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als zweckmäßig erwiesen, dem Mikroprozessor nur eine zusätzliche integrierte Hilfsschaltung (Gate-Array) zuzuordnen, die mit einem kleinen flüchtigen Speicher (RAM) von beispielsweise nur 256 Byte zusammenwirkt. Die von außen über den PC zugeführte Information muß dann nur noch eine entsprechende Initialisierungsanweisung für den Mikroprozessor und das zum Löschen und/oder Programmieren des Flash-Memory's erforderliche Hilfsprogramm aufweisen, das als Vorspann des eigentlichen neuen Steuerprogramms für das Meßgerät über die serielle Schnittstelle dem Mikroprozessor zugeführt wird, der dadurch die Anweisung zum Abspeichern eines eingelesenen Programms erhält und dann das als Vorspann eingelesene Hilfsprogramm in seinen flüchtigen Arbeitsspeicher einliest, das dem Mikroprozessor anschließend als Hilfsprogramm für das Einlesen des neuen Meßgeräte- Programms in das Flash-Memory zur Verfügung steht. Der der integrierten Hilfsschaltung zugeordnete kleine flüchtige Speicher (RAM), der zunächst als sogenannter "Boot-Speicher" für den Mikroprozessor zur Verfügung steht, kann im eigentlichen Meßbetrieb des Meßgerätes gleichzeitig auch noch zur Entlastung des Mikroprozessors von sogenannten "Byte-Ready-Inter­ rupts" und zur beschleunigten Durchführung von Schreib/Lese-Operationen aus oder in das Meßgeräte über die serielle Schnittstelle ausgenutzt werden.

Je nach Umfang des Bedien-, Steuer- und Meßprogramms für das Meßgerät sind in der Praxis meist mehrere Flash-Memories nötig, die dem Mikroprozessor zugeordnet sind. Auch für diesen Fall ist die erfindungsgemäße Weiterbildung mit der integriertem Hilfsschaltung (Gate-Array) und Einlesen des Hilfsprogrammes für das Löschen und neu Programmieren der Flash-Memories von außen über den PC in den Arbeitsspeicher des Mikropro­ zessors von Vorteil, da in diesem Fall auch mehrere unterschiedliche Hilfsprogramme für unterschiedliche Flash-Memories in den Arbeitsspeicher einlesbar sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines mikroprozessor­ gesteuerten Meßgerätes mit erfindungsgemäßem Flash-Memory zum Speichern des Bedien-, Steuer- und Meßprogramms mit Abspeicherung des Hilfsprogramms für das Löschen und Neuprogrammieren in einem zusätzlichen Lesespeicher,

Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Meßgeräte, jedoch ohne zusätzlichem Speicher für das Hilfsprogramm.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines üblichen elek­ tronischen Meßgerätes M, beispielsweise eines der Meß­ geräte beschrieben in dem obengenannten Meßgeräteprospekt der Firma Rohde & Schwarz. Der eigentliche Meßteil 1 wird über einen Mikroprozessor 2 gesteuert, über den Mikroprozessor 2 wird z. B. die Bedienung, das Ein- und Ausschalten sowie Zusammenschalten der verschiedenen elektronischen Baugruppen des Meßteils 1 und der an­ schließende automatische Meßprogrammablauf dieses Meßteils 1 gesteuert, das zugehörige Bedien-, Steuer- und Meß­ programm (Firmware) ist in mindestens einem elektrisch löschbaren und elektrisch programmierbaren residenten Speicherbaustein 3, einem sogenannten Flash-Memory, abgespeichert. Dem Mikroprozessor ist ein üblicher Arbeitsspeicher 4 zugeordnet. Außen am Gehäuse des Gerätes ist eine serielle Schnittstelle 5 beispielsweise nach der internationalen Norm RS232 angeordnet, die über eine Schaltung 6 zur Umwandlung der seriell eingegebenen Daten in entsprechende Paralleldaten mit dem Mikroprozessor verbunden ist. An der seriellen Schnittstelle 5 kann ein handelsüblicher Rechner (PC) 7, der vorzugsweise XT- oder AT-kompatibel ist, über ein handelsübliches Kabel 8 angeschaltet werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist dem Mikro­ prozessor 2 zusätzlich noch ein gesonderter Lesespeicher (ROM) 9 zugeordnet, in welchem das Hilfsprogramm für das Löschen und/oder Programmieren des Flash-Memory-Bau­ steins 3 fest eingespeichert ist.

Zum Programmieren des Flash-Memory's 3 bei der Herstellung des Meßgerätes im Prüffeld oder bei einem nachträglichen Ändern des Bedien-, Steuer- und Meßprogramms des Flash-Memory's 3 beim Kunden wird der Lesespeicher 9 aktiviert und damit der Mikroprozessor 2 über das im ROM 9 abgespeicherte Hilfsprogramm gesteuert. Zunächst wird über die im Flash-Memory eingebaute Löschlogik das Flash-Memory beispielsweise durch Anlegen einer entspre­ chenden Steuerspannung von 12 V elektrisch gelöscht. Anschließend wird dann ein an der Schnittstelle 5 über den PC 7 eingespeichertes Programm in das Flash-Memory 3 eingelesen. Zu diesem Zweck wird beispielsweise eine das neue Steuerprogramm für das Meßgerät tragende Diskette in den PC eingegeben oder es wird über eine öffentliche Datenleitung das neue Steuerprogramm des Meßgerätes in den PC 7 eingelesen. Über die serielle Schnittstelle 5 wird dann nach entsprechender Umwandlung der seriellen Daten in entsprechende Paralleldaten (Schaltung 6) das neue Programm dem Mikroprozessor 2 zugeführt, der ge­ steuert über das Hilfsprogramm des Lesespeichers 9 dann das neue Programm über die Programmierlogik des Flash-Memory's 3 in dieses einliest. Das neue Programm steht nach Abschluß dieses Einlesevorgangs dann im Flash-Memory 3 wieder für die eigentliche Steuerung des Meßgeräteteils 1 durch den Mikroprozessor 2 zur Verfügung.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein zusätzlicher Lesespeicher 9 überflüssig, die Funktion dieses Speichers übernimmt in diesem Beispiel der Ar­ beitsspeicher 4 von relativ großem Speicherumfang von beispielsweise einigen MByte. Dazu ist es nur nötig, dem Mikroprozessor eine zusätzliche Hilfsschaltung 10 zuzuordnen, die schaltungstechnisch vorzugsweise in der seriellen Schnittstelle 5 integriert wird, so daß durch den Wegfall des Lesespeichers 9 Platz gespart wird. Die Hilfsschaltung 10 besteht einerseits aus der üblichen Schaltung 11 zum Umwandeln von Seriendaten in Parallel­ daten, die der Schaltung 6 entspricht, einer speziellen integrierten Hilfsschaltung 12 (Gate-Array), die mit dem Mikroprozessor 2 verbunden ist sowie einem dem Gate-Array 12 zugeordneten Pufferspeicher 13 (RAM) von beispielsweise nur 256 Byte.

Das dem Rechner 7 vom Hersteller des Geräts zugeführte neue Steuerprogramm für das Meßgerät enthält als Vorspann zusätzlich noch eine Initialisierungsanweisung für den Mikroprozessor 2 sowie das Hilfsprogramm zum Löschen und/oder zum Programmieren des Flash-Memory's 3, das im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im ROM 9 fest einge­ speichert ist. Beim Einlesen dieses Vorspanns in die Schnittstelle 5 wird über das Gate-Array 12 die Initiali­ sierungsanweisung an den Mikroprozessor 2 gegeben, der Mikroprozessor wird gestartet, das dem Gate-Array 12 zugeordnete RAM 13 dient dabei als sogenannter "Boot-Speicher" für den Mikroprozessor 2. Damit kann dann das anschließend vom PC 7 eingelesene Hilfsprogramm, das im Pufferspeicher 13 zwischengespeichert wird, über den Mikroprozessor 2 in dessen Arbeitsspeicher 4 einge­ lesen und dort abgespeichert werden. Wenn das ganze Hilfsprogramm im Arbeitsspeicher 4 eingespeichert ist und anschließend über den PC 7 dann das eigentliche neue Meßgeräte-Programm eingelesen wird, wird wieder wie nach Fig. 1, gesteuert über den Mikroprozessor 2, die Einlesung dieses neuen Programms in das Flash-Memory 3 durchgeführt, wobei in diesem Fall der flüchtige Arbeitsspeicher 4 das dazu nötige Hilfsprogramm für den Mikroprozessor 2 zur Verfügung stellt.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann also auf einfache Weise beispielsweise auch vom Kunden selbst nicht nur das eigentliche Meßgeräteprogramm im Flash-Memory 3 eingelesen bzw. geändert oder erneuert werden, sondern gleichzeitig auch das für das Einlesen des neuen Programms erforderliche Hilfsprogramm, wie dies nicht nur beispielsweise bei dem seltenen Auswechseln des Flash-Memory's 3 oder des Schnittstellen-Bausteins 5 nötig ist, sondern vor allem bei einer Änderung des Übertragungsprotokolls zwischen Meßgerät und dem ein­ lesenden PC, beispielsweise bei Benutzung eines moderneren PC's. Ein im Sinne des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 aufgebautes elektronisches Meßgerät ist damit jederzeit beispielsweise auch vom Kunden selbst ohne Eingriff in das Meßgerät für neue Meßaufgaben oder Meßabläufe pro­ grammierbar und zwar kann dies mit beliebigen PC's durchgeführt werden, da das eigentliche Hilfsprogramm ebenfalls von außen über den PC eingegeben wird.

Der zusätzliche Pufferspeicher 13 kann im eigentlichen Meßgerätebetrieb außerdem vorteilhaft als Datenpuffer zur beschleunigten Durchführung von Schreib/Lese-Opera­ tionen über die serielle Schnittstelle 5 aus dem Meßgeräte nach außen benutzt werden, dazu wird der Pufferspeicher 13 in zwei unabhängige 128 Byte-Datenpuffer aufgeteilt, wobei der eine Datenpuffer beispielsweise zum beschleu­ nigten Einlesen von für den eigentlichen Meßvorgang er­ forderlichen Daten in den Mikroprozessor und der andere Datenpuffer zum beschleunigten Auslesen von Meßdaten aus dem Meßgerät über die serielle Schnittstelle 5 nach außen zur Verfügung steht. Damit ist eine höhere Über­ tragungsgeschwindigkeit an der seriellen Schnittstelle 5 möglich.

Claims (4)

1. Elektronisches Meßgerät, dessen Bedien-, Steuer- und Meßprogramm für den geräteinternen Mikroprozessor in mindestens einem geräteinternen Speicher abgespeichert ist, der mittels des Mikroprozessors elektrisch lösch- und programmierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Speicher einzuspeichernde neue Programm über eine außen am Gerät vorgesehene serielle Schnittstelle mittels eines externen Rechners dem geräteinternen Mikroprozessor zuführbar ist.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem geräteinternen Mikroprozessor mindestens ein zusätzlicher Lesespeicher zugeordnet ist, in welchem das für das Löschen und/oder Programmieren des oder der Speicher erforderliche Hilfsprogramm gespeichert ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der seriellen Schnittstelle eine zusätzliche mit dem Mikroprozessor zusammenwirkende integrierte Hilfsschaltung (Gate-Array) mit einem Hilfsspeicher (RAM) zugeordnet ist und vor der Eingabe des neuen Meßgerät-Programms dem Mikroprozessor über die integrierte Hilfsschaltung eine Initialisierungsanweisung zugeführt wird und der Mikroprozessor nach seiner Aktivierung dann das für das Löschen und Programmieren des oder der Speicher erforderliche Hilfsprogramm in seinen Arbeitsspeicher übernimmt, aus dem dieses Hilfsprogramm anschließend dem Mikroprozessor für das Löschen und/oder Programmieren des oder der Speicher zur Verfügung steht.

4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Hilfsschaltung und der zugehörige Hilfsspeicher (RAM) so ausgebildet sind, daß dieser zusätzliche Hilfsspeicher im Normalbetrieb des Meßgerätes als Datenpuffer für das schnelle Ein- und/oder Auslesen von Informationen über die serielle Schnittstelle benutzbar ist.