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李廷軍1，張朝英2，邱麗波2，陳怡煥1
（1．海軍航空工程學(xué)院 山東煙臺 264001；2．煙臺市技術(shù)學(xué)院 山東煙臺 264000）
摘 要：介紹了一種高速、實時的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，重點介紹了該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計。
關(guān)鍵詞：高速；實時；數(shù)據(jù)采集；VISA
本文介紹了一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，他主要完成對某設(shè)備上交流電源、直流電源、模擬電壓、開關(guān)信號、脈沖信號等各種信號的采集工作。完成對上述信號的如下特征進行紀(jì)錄：
�。�1）交流電源的電壓、頻率及相序，交流電源的供電時序；
（2）直流電源的電壓及供電時序；
�。�3）模擬信號的幅值及反映其變化規(guī)律的波形；
�。�4）開關(guān)信號的電平幅值及信號時序；
�。�5）脈沖信號的幅值、脈寬和周期、時序。
該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體上由硬件和軟件2部分組成，硬件是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)，他完成各種數(shù)據(jù)的采集；軟件是該系統(tǒng)的核心，他主要完成對各個硬件模塊的控制和調(diào)度，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲，并提供人機操作界面。
1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)過程中，軟件扮演著極其重要的角色。從功能上講，他的涵蓋面很廣，從硬件設(shè)備的驅(qū)動程序到開發(fā)整套系統(tǒng)所需的各個開發(fā)環(huán)節(jié)在內(nèi)，他們的層次性很清晰。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
�。�1）VISA管理程序及接口軟件
VISA（Virtual Instrument Software Architecture）是一個獨立于硬件設(shè)備、接口、操作系統(tǒng)、編程語言的I／O控制庫，處理測控計算機與儀器間物理連接的通訊信息。通過VISA，由不同硬件接口（如：GPIB，VXI或RS232等）連接的儀器設(shè)備可以集成到一個系統(tǒng)中，由一個軟件、一套命令函數(shù)完成所有儀器設(shè)備的控制。
（2）測試資源層
測試資源層主要由測試儀器驅(qū)動軟件組成，系統(tǒng)所選用的貨架成品測試儀器無論是VXI總線還是GPIB總線儀器，每臺儀器均對應(yīng)一個測試驅(qū)動軟件，該軟件應(yīng)按VISA要求編寫，軟件功能函數(shù)則完成對儀器測試功能的控制和測試數(shù)據(jù)的讀寫。
該部分包含有VXI-MXI-II驅(qū)動程序，HPE1413驅(qū)動程序和HP E1459驅(qū)動程序。各個驅(qū)動程序負責(zé)完成對相應(yīng)模塊的初始化和各種配置，并實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的讀寫。該驅(qū)動程序一般不單獨執(zhí)行，他是由執(zhí)行程序來調(diào)用。
�。�3）應(yīng)用開發(fā)層
用戶開發(fā)層是一個軟件開發(fā)平臺，為了充分利用CVI和儀器之間的方便通訊和VC的強大功能及友好的人機界面。該軟件將利用CVI和VC共同開發(fā)，他首先用CVI編制和儀器通訊的動態(tài)鏈接庫，在用VC編寫控制函數(shù)，并調(diào)用CVI編制的動態(tài)鏈接庫里的函數(shù)來從儀器上讀取數(shù)據(jù)。
�。�4）用戶應(yīng)用層
用戶應(yīng)用層是軟件系統(tǒng)的頂層，他實際上就是一個執(zhí)行程序，實現(xiàn)對各種儀器模塊的調(diào)度，包括初始化及各個模塊子系統(tǒng)的配置，最后實現(xiàn)對導(dǎo)彈上各種數(shù)據(jù)的同時讀取，并以波形的形式顯示出來，用來觀察各個信號的幅度大小、頻率大小、相位關(guān)系及各種時序關(guān)系。并把數(shù)據(jù)存儲在硬盤中，好在以后進行數(shù)據(jù)回放。
2 采集軟件的設(shè)計
該程序設(shè)計最主要的部分就是數(shù)據(jù)采集軟件模塊的設(shè)計，他的主要任務(wù)就是完成對數(shù)據(jù)的采集、波形的顯示、數(shù)據(jù)的存儲和數(shù)據(jù)的回放。由于要采集的數(shù)據(jù)量很大，有一百多路信號，包括數(shù)字信號和模擬信號。而且采樣間隔也很短，為1 ms。當(dāng)采用單線程來完成所有的工作時，難以滿足要求。所以該程序?qū)⒉捎枚嗑�程來編程。另外，為了便于更好地管理采集回來的數(shù)據(jù)，該程序?qū)?shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫里。
（1）數(shù)據(jù)的采集
首先把對儀器進行配置和數(shù)據(jù)讀取的函數(shù)做成動態(tài)鏈接庫，其動態(tài)鏈接庫里的函數(shù)主要有3個：初始化函數(shù)、讀取數(shù)據(jù)的函數(shù)和關(guān)閉儀器的函數(shù)。然后在主程序中調(diào)用動態(tài)鏈接庫里的函數(shù)，首先要加載動態(tài)鏈接庫，然后獲取其函數(shù)的指針，利用其指針來調(diào)用函數(shù)，來實現(xiàn)對儀器的操作。
�。�2）波形的顯示
數(shù)據(jù)的顯示有2種情況，一種是從HPE1459來的開關(guān)信號，還有一種是從HPE1413來的模擬信號，通過選擇，可以顯示他們一部分通道的波形，通過翻頁，可以選擇其他的通道進行顯示。
�。�3）數(shù)據(jù)的存儲
數(shù)據(jù)的存儲就是把讀入內(nèi)存的數(shù)據(jù)通過ODBC存入數(shù)據(jù)庫，由于該數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)非常簡單，只需建立一個表格就可以把他們之間的關(guān)系描述清楚。所以在進行數(shù)據(jù)存盤之前用SQL先建立一個表格，然后在數(shù)據(jù)存盤時和這個表格建立連接，然后把讀取的數(shù)據(jù)存入該表格。
�。�4）數(shù)據(jù)的回放
他主要是把存放在數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)以波形的形式顯示出來。本程序采用多文檔形式，當(dāng)回放時，可以通過按下面板上的按鈕來顯示不同通道的波形。顯示的波形還可以進行放大和縮小變換。
其中軟件工作的程序流程如圖2所示。
3 關(guān)鍵技術(shù)
為了滿足采集系統(tǒng)的試驗要求，本軟件在開發(fā)過程中采用了3項關(guān)鍵技術(shù)。
（1）動態(tài)鏈接庫（DLL）技術(shù)。
動態(tài)鏈接庫是運行時模塊，他是把程序編譯成二進制文件，在運行程序時才加進來，這使得他與編程語言沒有關(guān)系。所以可以利用動態(tài)鏈接庫把幾種編程語言結(jié)合起來編程，充分利用各種編程語言的優(yōu)點。該軟件就是通過動態(tài)鏈接庫，充分利用CVI容易和儀器進行通訊的優(yōu)點和VC的友好界面及靈活的顯示功能。
（2）多媒體定時器（Multimedia Timer）。
為了提高Windows操作系統(tǒng)的定時精度以滿足對通道的讀取精度要求，提高實時顯示的刷新速度和軟件存儲的效率，采用Windows下提供的多媒體定時器，其定時分辨率（Resolution）最高為1 ms，遠遠高于Windows提供的默認Timer的性能（55 ms）。
�。�3）多線程技術(shù)。
Win32是一種搶占式多任務(wù)操作系統(tǒng)，他為每一個線程輪流分配時間段，讓線程在分配的時間段里運行。每個進程除了系統(tǒng)自動生成的主線程外，還可以創(chuàng)建多個線程來協(xié)同完成指定的操作。利用多線程可以大大提高CPU的利用率。對于該應(yīng)用程序，由于要處理的數(shù)據(jù)量非常大，只有利用多線程才能滿足要求，才能保證數(shù)據(jù)不丟失。
�。�4）ODBC（開放數(shù)據(jù)庫互連）技術(shù)。
通過ODBC技術(shù)實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的連接，也即采用SQL數(shù)據(jù)庫查詢語言，可以保證軟件的通用性，避免應(yīng)用程序隨著數(shù)據(jù)庫的改變而改變。另外，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以更方便地對數(shù)據(jù)進行顯示，可以很方便地定位到某一段數(shù)據(jù)的顯示，也可以選擇任意的通道波形進行顯示。
4 結(jié) 語
使用該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以快速地記錄和存儲大量的實時數(shù)據(jù)，這對分析某設(shè)備的性能參數(shù)和工作狀態(tài)具有非常重要的作用。
參考文獻
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［2］ Agilent E1313A and Agilent E1413CHigh Speed Scanning A／DConverter，2000．
［3］ Agilent E1459A／Z2404B64-ChannelIsolatedInput Interrupt Module User′s and SCPI Programming Manual，2000．
摘自 現(xiàn)代電子技術(shù)
