为了实现控制总线的统一，在1997年和1999年IEEE先后颁布了IEEE1451.2标准和IEEE1451.1标准。IEEE1451.1标准定义了网络独立的信息模型，使传感器/执行器" title="执行器">执行器通过网络匹配处理器NCAP(Network Capable Application Processor)连接到控制网络；IEEE1451.2标准定义了一个智能变送器接口模块STIM(Smart Transducer Interface Module)，主要包括电子数据表单TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)和与传感器无关的标准接口TII(Transducer Independent Interface)。
　　目前，市场上基于IEEE1451标准的传感器/执行器不多，仅有的产品也只是借用了IEEE1451标准的部分内容，例如定义了部分的TEDS或是没有完全按照标准定义TII接口。本设计严格按照IEEE1451.2标准，在ADμC831和TMS320F206上分别实现STIM模块和NCAP模块，并且定义了标准的TII接口。
1 接口模块的硬件设计
1.1 ADμC831芯片
　　ADμC831单片机是美国AD公司出品的高性能微转换器，集成了8通道的自校准12位ADC、2个支持PWM输出的12位DAC以及与8051兼容的可编程8位MCU。片内资源为62KB的闪速" title="闪速">闪速程序存储器、4KB的闪速数据存储器以及2304B的RAM。片内集成看门狗定时器(WDT)、电源监视器(PSM)和可用于温度补偿的温度传感器。另外，为多处理器接口和I/O扩展提供了32条可编程的I/O线、I²C兼容的SPI和标准UART串行端口。
1.2 TMS320F206
　　TMS320F206芯片是美国TI公司生产的一款16位定点DSP，采用高性能静态CMOS集成电路工艺制造。它操作灵活、性价比高，已广泛应用于图形图像处理、语音处理、通信及仪器仪表等领域。
　　F206采用先进的改进型哈佛结构，其程序存储器和数据存储器具有各自的总线结构，结合四级流水线操作，两条总线独立编址、独立访问，可允许同时读取数据和指令，从而使数据的吞吐率提高了一倍。F206集成了一个4.5K字的片内RAM存储器、32K字的闪速FLASH存储器，可用于存储程序和数据文件。
1.3 总体设计
　　本设计严格遵循IEEE1451.2标准，采用高性能的单片机ADμC831实现STIM模块的功能，在其上建立完整的TEDS，可以同时控制8路传感器和2路执行器；采用TMS320F206和以太网控制芯片RTL8019AS实现NCAP模块的功能，在其上建立嵌入式Web服务器以响应远程访问；在两个模块之间设计2×5的标准TII接口，以实现两个模块的连接。其设计原理图如图1所示。

1.4 TII接口设计
　　TII是用于连接NCAP和STIM的点对点、时钟同步的标准接口，共有10个引脚。本设计按照IEEE1451.2标准的定义，利用ADμC831、TMS320F206的I/O和中断接口，实现了TII标准接口，其具体含义如表1所示。

　　其中NIOE在ADμC831端为从机选择信号，当其低电平有效时表示处于从机状态，接收外部串行时钟信号以实现数据同步传输，所以F206应通过IO3输出低电平；F206通过IO2触发ADμC831的INT0，在中断程序中实现数据采集和执行器控制；F206的/INT2端与STIM模块断开时为高电平，当与STIM模块连接时，在STIM模块上通过10kΩ电阻接地将之拉至低电平，从而触发中断，而在中断程序中改写标志位，使NCAP确认STIM的存在；当STIM模块需要服务时，通过NINT通知F206的IO1，在NCAP模块的主程序中会查询此端口的状态以判断是否需要对STIM模块服务。
2 STIM模块中TEDS的定义
　　TEDS是IEEE1451.2标准的核心,它完整详细地描述了STIM所支持的传感器/执行器的类型、操作和属性，并具有自动识别这些传感器/执行器的能力。鉴于ADμC831内置了62KB的闪速程序存储器、4KB的闪速数据存储器以及2304B的RAM，资源丰富，所以在TEDS.c文件中完整地定义了TEDS的8个部分，具体定义如表2所示。

3 NCAP模块的软件设计
3.1 软件设计方法
　　为了实现因特网连接，使用μIP协议实现底层网络设备与上层应用程序之间的连接。本设计中μIP协议将ARP协议、IP协议、ICMP协议和TCP协议合为一个有机的整体，通过一系列接口函数" title="接口函数">接口函数与底层网络设备和上层应用程序通信。μIP提供了μip_input()和μip_periodic()两个接口函数给底层网络设备，结合RTL8019AS建立与因特网的连接及数据传输；μIP向应用程序提供了一个接口函数UIP_APPCALL()，将其定义为嵌入式Web服务器程序，从而可以在处理网络数据包时调用Web服务器程序，使远端用户通过Web浏览器(例如IE)便可对NCAP模块上的数据进行读取和改写，从而实现对STIM模块上的传感器/执行器的数据采集和控制。
　　为了实现对传感器/执行器的互动操作，在Web服务器上需要有运行外部程序的接口，即CGI(Common Gate Intergace)，以便提供动态网页。μIP提供的源代码中包括一个WebServer示例，其中一个很小的脚本语言可以实现CGI的功能。这个脚本语言规定每一个脚本行以一个命令字符开头，例如“i”、“t”、“c”、“＃”或者“.”，其语法规则是：
　　(1)“i”命令通知脚本解释器从文件系统取出一个静态文件并输出到浏览器；
　　(2)“t”命令表示将随后的一段文字输出到浏览器；
　　(3)“c”命令用来从cgi.c中调用一个C函数；
　　(4)“＃”命令表示本行为注释行；
　　(5)“.”命令表示本行是最后一行脚本语言。
　　利用这个脚本语言生成的动态网页的代码示例如下：
　　/code　　　　　　　　　　　　　/*表示代码开始*/
　　i/ header.html　　　　　　　　/*将header.html文件输出到浏览器*/
　　t〈H1〉测试页面〈/H1〉 　　　　/*将“测试页面”作为标题输出到浏览器*/
　　c open /index.html　　　　　　/*调用open函数，对index.html文件操作*/
　　./*表示本行是最后一行脚本语言，退出脚本解释器*/
　　/endcode　　　　　　　　　　　/*表示代码结束*/
3.2 主程序的实现
　NCAP模块没有使用嵌入式操作系统，可以进一步节约资源。主程序采用中断加轮询的方式，除了看门狗WDT外，其余中断(包括STIM模块的触发中断)只设定标志位以控制程序流程。
　在程序中轮询有无网络数据包输入。如果没有则检测定时轮询中断是否发生，如果发生则调用μip_periodic()轮询各连接，检查是否有数据要发送，如果有则构造IP包并发送出去。
　如果有数据包输入则判断数据包的种类，如果是ICMP包只需要把类型字段从“echo”类型改变为“echo reply”类型，调整ICMP 校验和，并互换IP 数据包头中的目的地址和源地址，把包发回到发送方，从而实现对ping功能的支持。如果是TCP包，则利用μIP的μip_input()做相(接上页)
　应处理，并通过调用函数UIP_APPCALL()访问Web服务器，在Web服务器上判断是传送静态网页还是通过CGI对传感器/执行器进行操作。
　主程序的流程图如图2所示。