CN108804044A - 基于深存储的数据采集方法和深存储数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于深存储的数据采集方法和深存储数据采集系统，根据用户设置计算显示抽取系数和深存储前抽系数，对采集数据进行抽点，将以显示抽取系数抽点得到的数据进行实时显示，将以深存储前抽系数抽点得到的数据进行深存储，当用户设置感兴趣波形时，根据感兴趣波形在显示屏上的起点和终点计算感兴趣波形在存储器中的起始读地址、终止读地址，计算得到深存储后抽系数，读取对应数据并根据深存储后抽系数进行抽取，然后进行显示。本发明将实时存储显示与深存储进行结合，可以实现对实时显示波形任意片段的放大显示。

Description

基于深存储的数据采集方法和深存储数据采集系统

技术领域

本发明属于数据采集技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于深存储的数据采集方法和深存储数据采集系统。

背景技术

深存储是示波器设计的一项重要指标。示波器的存储深度反映了示波器对于采集数据的存储能力，也是系统对数据进行处理和分析的基本前提，对于波形的测量和分析具有十分重要的意义。

一般数据采集系统的深存储设计思路为：首先通过ADC将采集到的模拟信号转换为数字信号，然后将转换的信号存储到大容量的外接存储器中(一般为DDR3)，当外接存储器存满数据时再将存储器中的数据读取，读取的数据经过抽点发送到显示屏中。

但是以上设计思路只适合于比较小的时基档位，当时基档位比较大时，由于一般大容量存储器不能同时读写，并且数据将外接存储器写满需要很长时间，这样会导致每显示一屏幕波形需要很长时间即屏幕波形更新很慢；并且在数据从外接存储器读出过程中，一般存储器不能支持数据同时写入，这样会导致若只使用1个外接存储器，2次写入的波形并不连续，在屏幕中显示的波形每次进行屏幕更新时数据并不是连续的，这样容易遗漏波形信息，不利于观察波形细节。

目前有些采集系统(如示波器)支持示波放大功能，但是其一般实现方法是将初始信号进行2路抽点后存储在FIFO存储器中再将存储的数据一帧一帧的发送到显示屏中，这种做法放大信号连续性不好控制，存储数据容量较少，对于2帧之间的波形很难捕捉信号的波形细节。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于深存储的数据采集方法和深存储数据采集系统，将实时存储显示与深存储进行结合，可以实现对实时显示波形任意片段的放大显示。

为了实现以上发明目的，本发明基于深存储的数据采集方法包括以下步骤：

S1：根据用户设置的时基T以及深存储的存储深度P_G，计算显示抽取系数和深存储前抽系数其中f_data表示采集模块的采样速率，m表示显示屏每小格的点数，P_S表示整个显示屏显示数据的个数；

S2：对输入信号按照采集速率f_data进行采集，得到采集数据DATA_adc；

S3：以显示抽取系数D₁对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点后的数据DATA_d1存储至实时显示存储模块；

同时以深存储前抽系数D₂₁对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点后的数据DATA_d2存储至深存储模块；

S4：当用户设置波形数据为实时显示模式，则从实时显示存储模块读取数据DATA_d1送入显示屏进行显示；

S5：当用户在实时显示的波形中观察到感兴趣的波形时，用户输入暂停指令，锁定显示屏当前显示的波形，然后用户设置感兴趣波形的起点A和起点B，分别记起点A和起点B与显示屏中显示起点的距离为L_A、L_B，计算得到感兴趣波形在外部存储模块的起始读地址终止读地址并按照以下公式计算深存储后抽系数D₂₂：

然后按照起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop从深存储模块中读取数据DATA_AB后按照深存储后抽系数D₂₂进行抽取，将抽取得到的波形数据DATA_D22送入显示屏进行显示。

本发明还提供了一种深存储数据采集系统，其特征在于，包括采集模块、中央控制模块、通道选择模块、显示抽点模块、FIFO存储器、深存储前抽模块、深存储模块、深存储后抽模块、传输总线模块、上位机和显示屏，其中中央控制模块、通道选择模块、显示抽点模块、FIFO存储器、深存储前抽模块、深存储模块、深存储后抽模块、传输总线模块在FPGA中实现；

采集模块按照预设的采集速率f_data对输入信号进行采集，将采集数据发送给通道选择模块；

中央控制模块从上位机接收用户所设置的时基T、需要观察的通道序号n和深存储的存储深度P_G，其中1≤n≤N，N表示采集模块的通道数量；中央控制模块将通道序号n发送给通道选择模块，计算显示抽点模块的显示抽取系数和深存储前抽模块的深存储前抽系数其中m表示显示屏每小格的点数，然后发送给对应的模块；当从上位机接收到深存储开始指令，则设置深存储模块的工作状态为写入，当从上位机接收到深存储暂停指令，则设置深存储模块的工作状态为空闲，并从上位机接收起始读地址addr_start、终止读地址addr_stop，按照以下公式计算深存储后抽系数D₂₂：

设置深存储模块的工作状态为读取，将起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop发送给深存储模块，将存储后抽系数D₂₂转发至深存储后抽模块；

通道选择模块在接收到通道序号n后，选通通道n与显示抽点模块和存储前抽模块，将通道n的采集数据DATA_adc发送给显示抽点模块和存储前抽模块；

显示抽点模块以抽取系数D₁对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点后的数据DATA_d1存储至FIFO存储器中；

FIFO存储器用于存储数据DATA_d1；

存储前抽模块以抽取系数D₂对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点得到的数据DATA_d2发送给深存储模块7；

深存储模块存在三种工作状态：写入、读取和空闲，当工作状态为写入，则接收存储前抽模块的输出数据DATA_d2并从起始写地址0开始进行存储；当工作状态为读取，则根据从中央控制模块接收的起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop将起始读地址addr_start至终止读地址addr_stop的数据DATA_AB发送给存储后抽模块；当工作状态为空闲，则不作任何操作；

深存储后抽模块用于从中央控制模块接收存储后抽系数D₂₂，从深存储模块接收数据DATA_AB后按照存储后抽系数D₂₂进行抽取，将抽取得到的波形数据DATA_D22发送至上位机；

传输总线模块用于支持存储后抽模块、FIFO存储器、中央控制模块与上位机之间的通信；

上位机用于接收用户的输入参数发送给中央控制模块，输入参数包括时基T、需要观察的通道序号n以及深存储的存储深度P_G，根据用户设置的显示模式从FIFO存储器或深存储后抽模块中读取数据，具体方法如下：

当用户设置为实时显示模式，上位机向中央控制模块发送深存储开始指令，然后从FIFO存储器读取数据实时传输至显示屏中进行显示；

当用户在实时显示的波形中观察到感兴趣的波形时，用户输入暂停指令，上位机锁定显示屏当前显示的波形，同时向中央控制模块发送深存储暂停指令；然后用户设置感兴趣波形的起点A和起点B，上位机分别记起点A和起点B与屏幕起点的距离为L_A、L_B，计算得到感兴趣波形在深存储模块7起始读地址终止读地址

上位机在计算得到起始读地址addr_start、终止读地址addr_stop后发送给中央控制模块，接收存储后抽模块反馈的数据DATA_D22传输至显示屏中进行显示。

显示屏用于对接收到的数据进行显示。

本发明基于深存储的数据采集方法和深存储数据采集系统，根据用户设置计算显示抽取系数和深存储前抽系数，对采集数据进行抽点，将以显示抽取系数抽点得到的数据进行实时显示，将以深存储前抽系数抽点得到的数据进行深存储，当用户设置感兴趣波形时，根据感兴趣波形在显示屏上的起点和终点计算感兴趣波形在存储器中的起始读地址、终止读地址，计算得到深存储后抽系数，读取对应数据并根据深存储后抽系数进行抽取，然后进行显示。

本发明具有以下技术效果：

(1)一般数字采集系统在深存储模式下不支持大时基档位，这样不利于观察信号的细节，本发明采用实时存储显示和深存储相结合的方式，使数字采集系统可以在深存储模式下仍然可在大时基档位下实现数据波形的实时显示；

(2)基于实时存储显示和深存储相结合的方式，本发明支持用户从实时显示波形中选取任意片段进行放大，观察目标片段的细节；

(3)一般数字采集系统在深存储模式下数据显示的方式为：数据循环写入到外部存储模块中，等触发信号到来时再将存储的数据读出并一次性显示，会导致2次显示之间数据并不连续。本发明深存储数据采集系统的主显示波形是在FIFO存储器中，其支持同时读写功能，可将数据实时不间断进行显示；

(4)本发明深存储数据采集系统经深存储前抽模块后外部存储模块中存储的波形数据全部为显示波形的放大数据，即深存储的数据全部是有效数据，避免了存储空间的资源浪费；

(5)在本发明深存储数据采集系统中，不会同时从FIFO存储器和深存储后抽模块中读取数据，因此可以有效避免传输数据过大而造成传输带宽不够。

附图说明

图1是本发明基于深存储的数据采集方法的具体实施方法流程图；

图2是本发明深存储数据采集系统的具体实施方式结构图；

图3是本实施例中显示屏显示示例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明基于深存储的数据采集方法的具体实施方法流程图。如图1所示，本发明深存储数据采集方法的具体步骤包括：

S101：计算抽取系数：

首先需要根据用户设置的时基T以及深存储的存储深度P_G，计算显示抽取系数D₁和深存储前抽系数D₂₁，计算方法如下：

●显示抽取系数D₁

在数据采集系统中，时基T表示波形更新显示屏的一个小格所需要的时间，记显示屏每小格(div)的点数为m，所以数据显示采样率而显示抽取系数f_data表示数据采集的采样速率，因此本实施例中设置f_data为100MHz，时基T为200ms/div，m为100，因此抽取系数D₁为200000。

●存储前抽系数D₂₁

本发明需要根据得到的显示抽取系数D₁计算存储前抽系数D₂₁。记深存储时存储深度为P_G，显然P_G＞P_S，因此深存储时对实时显示波形数据的放大倍数其中P_S表示整个显示屏显示数据的个数，则深存储前抽系数本实施例中放大倍数k为100，因此抽取系数D₂为2000。

S102：数据采集：

对输入信号按照采样速率f_data进行采集，得到采集数据DATA_adc。

S103：获取实时显示数据和深存储数据：

以显示抽取系数D₁对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点得到的数据DATA_d1存储至实时显示存储模块，数据DATA_d1即为实时显示数据。

同时以深存储前抽系数D₂₁对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点得到的数据DATA_d2存储至深存储模块，数据DATA_d2即为深存储数据。

S104：判断用户设置的显示模式否为实时显示模式，如果是，进入步骤S105，否则进入步骤S106。

S105：实时显示：

从实时显示存储模块读取数据DATA_d1送入显示屏进行显示。

S106：放大显示：

当用户在实时显示的波形中观察到感兴趣的波形时，用户输入暂停指令，锁定显示屏当前显示的波形，然后用户设置感兴趣波形的起点A和起点B，分别记起点A和起点B与显示屏中显示起点的距离为L_A、L_B，按照以下方法计算得到感兴趣波形在深存储模块中的起始读地址addr_start、终止读地址addr_stop以及深存储后抽系数D₂₂：

计算起始读地址addr_start的计算公式为：同理，终止读地址addr_stop的计算公式为

为了能让用户更好地观察感兴趣波形的细节，读取出的感兴趣波形数据需要填满显示屏整个屏幕，因此需要根据实际情况对读取出的数据DATA_AB的进行抽点，因此还需要计算深存储后抽系数D₂₂，计算公式如下：

也就是说，当addr_stop-addr_start＞P_S时，所读取的感兴趣波形一屏显示不完，需要进行抽点。当addr_stop-addr_start≤P_S时，所读取的感兴趣波形数据刚好或不足以填满整个屏幕，则无需进行抽点。

按照起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop从深存储模块中读取数据DATA_AB，然后按照深存储后抽系数D₂₂进行抽取，将抽取得到的波形数据DATA_D22送入显示屏进行显示。

为了更好地对本发明基于深存储的数据采集方法进行实施，本发明提出了一种深存储数据采集系统。图2是本发明深存储数据采集系统的具体实施方式结构图。如图2所示，本发明深存储数据采集系统包括采集模块1、中央控制模块2、通道选择模块3、显示抽点模块4、FIFO存储器5、深存储前抽模块6、深存储模块7、深存储后抽模块8、传输总线模块9、上位机10和显示屏11，其中中央控制模块2、通道选择模块3、显示抽点模块4、FIFO存储器5、深存储前抽模块6、深存储模块7、深存储后抽模块8、传输总线模块9在FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)中实现。接下来分别对每个模块进行详细说明。

采集模块1中的ADC模块按照预设的采样速率f_data对输入信号进行采集，将采集数据发送给通道选择模块3。本实施例中采集模块1的通道数量为128，即最多可同时采集128通道数据，存储的最大通道数为16，根据实际需要选取要存储和显示的数据即可。

中央控制模块2从上位机10接收用户所设置的时基T、需要观察的通道序号n以及深存储的存储深度P_G，其中1≤n≤N，N表示采集模块1的通道数量。中央控制模块2将通道序号n发送给通道选择模块3，然后计算显示抽点模块4的显示抽取系数D₁、深存储前抽模块6的存储前抽系数D₂₁然后发送给对应的模块，各个抽取参数的计算方法如下：

显示抽取系数

深存储前抽系数

当用户在上位机10设置波形数据为实时显示模式，上位机10会发送深存储开始指令，中央控制模块2会从上位机10接收到深存储开始指令，则设置深存储模块7的工作状态为写入。在用户需要观察感兴趣波形时，会通过上位机10发送深存储暂停指令，中央控制接收上位机10的深存储暂停指令，设置深存储模块7的工作状态为空闲，使深存储模块7不再写入数据，避免用户感兴趣波形的数据被覆盖。然后中央控制模块2根据从上位机10接收的深存储模块7的起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop，计算得到存储后抽系数D₂₂，计算公式如下：

设置深存储模块7的工作状态为读取，将起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop发送给深存储模块7，将存储后抽系数D₂₂转发至深存储后抽模块8。

通道选择模块3在接收到通道序号n后，选通通道n与显示抽点模块4和深存储前抽模块6，将通道n的采集数据DATA_adc发送给显示抽点模块4和深存储前抽模块6。

显示抽点模块4以抽取系数D₁对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点后的数据DATA_d1存储至FIFO存储器5中。抽点原理为：当接收到数据流DATA_adc后，计数器在时钟clk下进行计数，系统每接收到一个数据后计数器累加1，每当计数器累加到相应的抽取系数后，系统输出一次当前接收的数据，然后将计数器清零并重新计数，依次循环。

本发明中采用FIFO存储器5作为实时显示存储模块，即FIFO存储器5用于存储数据DATA_d1。

深存储前抽模块6以抽取系数D₂对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点得到的数据DATA_d2输出至深存储模块7。

本发明中采用深存储模块7作为第二存储器，由于要实现深存储，因此深存储模块7一般采用外部大容量存储器。深存储模块7存在三种工作状态：写入、读取和空闲，当工作状态为写入，则接收深存储前抽模块6输出的数据DATA_d2从起始写地址0开始进行存储；当工作状态为读取，则根据从中央控制模块2接收的起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop将起始读地址addr_start至终止读地址addr_stop的数据DATA_AB发送给深存储后抽模块8；当工作状态为空闲，则不作任何操作。

深存储后抽模块8用于从中央控制模块2接收存储后抽系数D₂₂，从深存储模块7接收数据DATA_AB后按照存储后抽系数D₂₂进行抽取，将抽取得到的波形数据DATA_D22发送至上位机10。可见深存储后抽模块8只在对感兴趣波形进行放大显示时才进行工作。

传输总线模块9用于支持深存储后抽模块8、FIFO存储器5、中央控制模块2与上位机10之间的通信。

上位机10用于接收用户的输入参数发送给中央控制模块，输入参数包括时基T、需要观察的通道序号n以及深存储的存储深度P_G，根据用户设置的显示模式从FIFO存储器5或深存储后抽模块8中读取数据，具体方法如下：

当用户设置波形数据为实时显示模式，上位机10向中央控制模块2发送深存储开始指令，然后从FIFO存储器5读取数据实时传输至显示屏11中进行显示。由于FIFO存储器5读写是同时工作的，所以屏幕的更新显示是连续的。

当用户在实时显示的波形中观察到感兴趣的波形时，用户输入暂停指令，上位机10锁定显示屏11当前显示的波形，同时向中央控制模块2发送深存储暂停指令。然后用户设置感兴趣波形的起点A和起点B，上位机10分别记起点A和起点B与屏幕起点的距离为L_A、L_B，计算得到感兴趣波形在深存储模块7中的起始读地址终止读地址

上位机10在计算得到起始读地址addr_start、终止读地址addr_stop后发送给中央控制模块2，接收深存储后抽模块8反馈的数据DATA_D22传输至显示屏11中进行显示。

显示屏11用于对接收到的数据进行显示。为了便于用户观察感兴趣波形，本实施例中显示屏11采用双屏显示，所述显示屏11采用双屏显示，当需要显示感兴趣波形时，将实时显示波形数据和感兴趣波形数据分两路进行处理，同时显示在显示屏11中。图3是本实施例中显示屏11显示示例图。如图3所示，本实施例中显示屏11的上屏用于显示实时波形数据，下屏用于显示感兴趣波形，便于用户对照观察波形数据。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种基于深存储的数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据用户设置的时基T以及深存储的存储深度P_G，计算显示抽取系数和深存储前抽系数其中f_data表示数据采集的采样速率，m表示显示屏每小格的点数，P_S表示整个显示屏显示数据的个数；

S2：对输入信号按照采样速率f_data进行采集，得到采集数据DATA_adc；

S3：以显示抽取系数D₁对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点后的数据DATA_d1存储至实时显示存储模块；

同时以深存储前抽系数D₂₁对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点后的数据DATA_d2存储至深存储模块；

S4：当用户设置波形数据为实时显示模式，则从实时显示存储模块读取数据DATA_d1送入显示屏进行显示；

S5：当用户在实时显示的波形中观察到感兴趣的波形时，用户输入暂停指令，锁定显示屏当前显示的波形，然后用户设置感兴趣波形的起点A和起点B，分别记起点A和起点B与显示屏中显示起点的距离为L_A、L_B，计算得到感兴趣波形在深存储外部存储模块的起始读地址终止读地址并按照以下公式计算深存储后抽系数D₂₂：

然后按照起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop从深存储模块中读取数据DATA_AB后按照深存储后抽系数D₂₂进行抽取，将抽取得到的波形数据DATA_D22送入显示屏进行显示。

2.一种深存储数据采集系统，其特征在于，包括采集模块、中央控制模块、通道选择模块、显示抽点模块、FIFO存储器、深存储前抽模块、深存储模块、深存储后抽模块、传输总线模块、上位机和显示屏，其中中央控制模块、通道选择模块、显示抽点模块、FIFO存储器、深存储前抽模块、深存储模块、深存储后抽模块、传输总线模块在FPGA中实现；

采集模块按照预设的采集速率f_data对输入信号进行采集，将采集数据发送给通道选择模块；

中央控制模块从上位机接收用户所设置的时基T、需要观察的通道序号n和深存储的存储深度P_G，其中1≤n≤N，N表示采集模块的通道数量；中央控制模块将通道序号n发送给通道选择模块，计算显示抽点模块的显示抽取系数和深存储前抽模块的深存储前抽系数其中m表示显示屏每小格的点数，然后发送给对应的模块；当从上位机接收到深存储开始指令，则设置深存储模块的工作状态为写入，当从上位机接收到深存储暂停指令，则设置深存储模块的工作状态为空闲，并从上位机接收起始读地址addr_start、终止读地址addr_stop，按照以下公式计算深存储后抽系数D₂₂：

设置深存储模块的工作状态为读取，将起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop发送给深存储模块，将存储后抽系数D₂₂转发至深存储后抽模块；

通道选择模块在接收到通道序号n后，选通通道n与显示抽点模块和存储前抽模块，将通道n的采集数据DATA_adc发送给显示抽点模块和存储前抽模块；

显示抽点模块以抽取系数D₁对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点后的数据DATA_d1存储至FIFO存储器中；

FIFO存储器用于存储数据DATA_d1；

存储前抽模块以抽取系数D₂对采集数据DATA_adc进行抽点，将抽点得到的数据DATA_d2发送给深存储模块7；

深存储模块存在三种工作状态：写入、读取和空闲，当工作状态为写入，则接收存储前抽模块的输出数据DATA_d2并从起始写地址0开始进行存储；当工作状态为读取，则根据从中央控制模块接收的起始读地址addr_start和终止读地址addr_stop将起始读地址addr_start至终止读地址addr_stop的数据DATA_AB发送给存储后抽模块；当工作状态为空闲，则不作任何操作；

深存储后抽模块用于从中央控制模块接收存储后抽系数D₂₂，从深存储模块接收数据DATA_AB后按照存储后抽系数D₂₂进行抽取，将抽取得到的波形数据DATA_D22发送至上位机；

传输总线模块用于支持存储后抽模块、FIFO存储器、中央控制模块与上位机之间的通信；

上位机用于接收用户的输入参数发送给中央控制模块，输入参数包括时基T、需要观察的通道序号n以及深存储的存储深度P_G，根据用户设置的显示模式从FIFO存储器或深存储后抽模块中读取数据，具体方法如下：

当用户设置为实时显示模式，上位机向中央控制模块发送深存储开始指令，然后从FIFO存储器读取数据实时传输至显示屏中进行显示；

当用户在实时显示的波形中观察到感兴趣的波形时，用户输入暂停指令，上位机锁定显示屏当前显示的波形，同时向中央控制模块发送深存储暂停指令；然后用户设置感兴趣波形的起点A和起点B，上位机分别记起点A和起点B与屏幕起点的距离为L_A、L_B，计算得到感兴趣波形在深存储模块7起始读地址终止读地址

上位机在计算得到起始读地址addr_start、终止读地址addr_stop后发送给中央控制模块，接收存储后抽模块反馈的数据DATA_D22传输至显示屏中进行显示。

显示屏用于对接收到的数据进行显示。

3.根据权利要求1所述的深存储数据采集系统，其特征在于，所述显示屏采用双屏显示，当需要显示感兴趣波形时，可以将显示屏中主波形任意片段进行波形放大，在波形放大过程中将实时显示波形数据和感兴趣波形数据分两路进行处理，同时显示在显示屏中。