数据采集模块：完美解决企业数据采集难题

虚拟仪器的信号采集可通过数据采集器实现。

数据采集器的工作流程如图5-2所示：首先设置A/D采集卡的分频系数以确定采样频率，然后初始化A/D卡，接着不断地查询输出端口以确定是否有信号样本已经被转化为数字形式，若是，将转化好的样本数据读入内存缓冲区，接着检查缓冲区是否已经填满，若是，则本次采集完毕，否则，继续查询A/D卡的输出端口，等待下一个信号样本转化为数字形式。

图5-2 数据采集流程

为提高A/D卡采样的执行效率，采样程序采用部分汇编语言代码，并使其嵌入C++代码中。

从外部来看，数据采集模块是协调数据采集设备（A/D卡）与虚拟仪器软件其他高层功能模块的接口，其核心功能是在需要的时候提供原始的数据作进一步的处理；而从内部来看，对于数据采集模块的设计，需要考虑采样控制和样本缓冲机制、模块的内部结构及外部接口的实现方案以及模块工作流程描述等问题。

1.采样控制及样本缓冲实现方案

模块内部的采样控制主要是指采样设备的选择以及采样频率、样本分析长度和样本平均次数等参数的设定，而采样的开始、暂停、终止等指令控制则属于主控模块的设计内容。图5-3是模块提供的采样控制界面，用户利用该界面设置必要的采样参数。

图5-3 模块提供的采样控制界面

如图5-3所示，默认的采样设备是A/D卡，采样频率可以选择1～250000Hz之间的47个值。

样本分析长度和样本平均次数是从数据分析的角度设置的采样参数。考虑到快速傅里叶变换分析的需要，样本分析长度以K为单位，每个K为1024个样本点；样本平均次数则是考虑到某些分析需要作时域平均，样本平均次数表示的是样本采集的冗余度。

数据采集模块维护一个采集参数结构COLLECT_PARAMETER，定义如下：

该结构详细记录了用户设置的各项采样参数和据此推导出来的部分分析参数。(www.xing528.com)

数据采集模块还包括一个样本数据管理类CDataManager，该类不仅保存采样参数，还用于保存相应的样本数据。该类同样用作样本数据的全局缓冲，也就是说，系统的其他模块可以通过该类访问数据采集模块所保存的样本数据。

2.数据采集模块结构设计

根据前文的介绍，数据采集模块由采集参数设置界面、采集参数结构COLLECT_PA-RAMETER、样本数据管理类CDataManager以及信号采集设备控制逻辑等几个功能实体构成，图5-4是一台虚拟式音频分析仪（对其他类似虚拟测试此数据采集器同样可用，只是被采数据的对象不同而已）的数据采集模块的功能结构图，该图既反映了模块内部各实体之间的相互关系，同时还定义了模块与外部实体之间的联系方式。采样控制逻辑在上一小节介绍过，而样本数据临界访问区则是为了防止多个模块在同一时间内访问同一资源造成冲突而采用的资源访问串行化机制。

图5-4 数据采集模块的功能结构图

3.数据采集模块工作流程

根据图5-4可以很容易地描述出其工作流程：

1）仪器用户利用模块提供的数据采集参数设置界面设置好各项参数。

2）采集参数设置界面将用户设置的各项参数提交给采集参数结构COLLECT_PARAME-TER，由该结构负责保存这些设置。

3）COLLECT_PARAMETER一方面将采样参数通知采集设备控制逻辑，一方面复制一份采样参数的副本提交给样本数据管理类CDataManager保存。

4）采集设备控制逻辑接到主控模块的采集指令后，控制音频采样设备开始采集样本点。

5）样本点采集完毕后，采集设备控制逻辑将临时缓冲区中的样本点数据复制到CDat-aManager中，和先前COLLECT_PARAMETER存入的采集参数副本组合成有效的样本数据对。

6）最后外部的分析模块、显示模块及辅助功能模块可以根据需要访问CDataManager，获取有效样本数据对。