Labview设计报告.doc

实 训 报 告 实 训 名 称 基于Labview的音乐彩灯设计 系 别 电子与电气工程学院 专 业、 班 级 , 学生姓名、学号 , 指 导 教 师 , 2013年 1月 10日一、引言Labview是一款程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是 Labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而 Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。 同C语言和BASIC语言一样，Labview也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。Labview的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。Labview也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序的结果、单步执行等等，便于程序的调试。Labview是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而Labview采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是Labview的程序模块。Labview提供很多外观与传统仪器类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在Labview中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是 图形化源代码，又称G代码。Labview的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。而本学期通过对于Labview的学习对于Labview有了一定的认识，在此基础上，我们根据老师的要求，制作了基于Labview的声音和彩灯的小装置，通过Labview与PCI6221 DAQ数据采集卡的结合运用达到采集声音信号从而控制彩灯的闪烁的效果。二、项目方案1、设计项目方案：在Labview开发环境下，应用DAQ助手以及采集卡来采集声音，并将此所检测到的声音文件，输出为不同的数字信号来控制彩灯的闪烁，从而达到随着声音的强弱和节奏彩灯有规律的闪烁的效果。2、人员分配情况：郑广强：方案制定、编写程序、软件调试刘进向：方案制定、硬件电路的搭建、论文报告3、硬件设计： 1）硬件设备: PC机一台、PCI6221实验端口、Labview程序平台、导线、LED灯若干、试验用面包板。 2）硬件结构图:通过上位PC机的Labview程序，根据由PCI6221采集上来的声音信号，转换为数字信号后，控制彩灯闪烁。LED面包板PCI6221数据采集卡 PC机 音乐文件 4、仪器平台：虚拟仪器的硬件平台有两部分构成： 1）计算机 一般为一台PC机或者工作站，它是硬件平台的核心。 2）I/0接口设备 它主要完成被测输入信号的采集，放大，模/数转换。根据采用不同的总线及其相应的I/O接口硬件设备，如利用PC机总线的数据采集卡/板（DAQ）,GPIB总线仪器，VXI总线仪器模块，串口总线仪器等，虚拟仪器的构成方式主要有5种类型，如图1.1所示: 图1.1 虚拟仪器的构成框图1 PC-DAQ系统：它是以数据采集板，信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系统才要PCI和ISA计算机本身的总线，故将数据采集卡/板（DAQ）插入计算机的空槽即可2 GPIB系统：它是以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。3 VXI系统：它是以VXI标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。4 PXI系统：以PXI标准总线仪器模块玉计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。 5 串口系统：它是以SERIAL标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。 无论上述哪种VI系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合，其中PC-DAQ测量系统是构成VI的最基本的方式，也是最廉价的方式。虚拟仪器软件由两大部分组成： a) 实现虚拟面板功能的前板软件程序； b) 定义测试功能的流程图软件程序。 （2） I/O接口仪器驱动程序 I/O接口仪器驱动程序完成特定外部硬件设备的筐子，驱动与通信。开发虚拟仪器必须有合适的软件工具，目前的虚拟仪器 软件开发工具有如下两类： a) 文本式编程语言如VISUALC+,BASIC,LABWINDOWS/CVI等；b) 图形化编程语言如LABVIEW,HPVEE等。这些软件开发工具为用户设计虚拟仪器应用软件提供了最大限度的方便条件与良好的开发环境。三、系统程序设计 1、程序流程系统的PC上位机软件界面上开始按钮按下之后，系统会读取并播放所选定的音乐文件，然后DAQ模块会检测并读取所播放的音乐信号，并产生所需的数字信号，然后由所检测到的数字信号控制不同的彩灯闪烁，从而表示音乐的强弱和节奏。2、设计原理：经由Labview软件编写的程序来控制读取音乐文件，转化输出为数字信号，从而控制数据采集卡达到控制LED灯闪烁频率及规则的实验目的。采用labview自带的声卡程序，来设置播放的音乐，从而达到音效和产生音乐信号的目的。熟练掌握彩灯的控制方式，从而达到各式各样的彩灯闪烁效果。3.3程序控制面板设有开关及音乐文件选择按钮，通过控制开关控制彩灯闪烁方式，通过音乐文件选择按钮选择所配音乐。其中彩灯分为两列，一个是由8个彩灯组成的数列彩灯，用来表示音乐强弱，而其余的彩灯组成LZ两个字母。如下图：3.4 Labview程序框图以及程序分析:通过DAQ数字采样系统和循环语句以及选择语句将数字信号输出至PCI6221数据采集卡，开始执行程序后，通过运行次数的余数运算选择输出信号，当运算次数为1时，除法余子式选择执行y=3，而当y=3时运算输出8位二进制高低电平到DAQ数字采样系统，PCI端口控制LED灯组亮起第一对灯，同理,当运行次数为2时,除法余子式选择执行y=4时的命令,将y=4时运行所出的8位二进制高低电平送到DAQ数字采样系统中,PCI端口控制LED灯组的第二对灯亮,依此类推,从而达到预定的实验效果。程序开始执行事件结构，通过运行次数的除法运算选择输出信号，如，当运算次数为1时，除法余子式选择执行y=0，而当y=0时运算输出8位二进制高低电平到DAQ数字采样系统，PCI端口控制LED灯组2亮起第一对灯，同理,当运行次数为2时,除法余子式选择执行y=1时的命令,将y=1时运行所出的8位二进制高低电平送到DAQ数字采样系统中,PCI端口控制LED灯组2的第二对灯亮,依此类推,从而达到预定的实验效果。 彩灯控制模块程序运用事件结构当开关2或3值改变时运行程序，选择不同的背景音乐搭配2组和3组的彩灯闪烁，通过控制2组3组的延时系统来配合音乐节奏达到节日彩灯的效果。当开关1值改变时程序开始执行，通过运行次数的除法运算选择输出信号，当运算次数为1时，除法余子式选择执行y=4，而当y=4时运算输出8位二进制高低电平到DAQ数字采样系统，当y=4时，系统执行播放指定音乐，PCI端口控制LED灯组1亮起第一对灯，同时设置延时使音乐能够在延迟时间内顺利播放完毕；同理,当运行次数为2时,除法余子式选择执行y=5时的命令,将y=5时运行所出的8位二进制高低电平送到DAQ数字采样系统中并播放指定音乐,PCI端口控制LED灯组1的第二对灯亮,从而达到预定的实验效果 声音控制模块程序四、程序测试启动程序，当开关按下时，读取并播放所选的音乐文件，伴随着音乐的播放，LED灯组延时闪烁，并在每个LED灯闪烁时会伴随着音乐的节奏，并伴有不同背景音乐直至循环闪烁结束，关闭开关。关闭程序，程序测试完毕。五、小结1） Labview的发展前景：虚拟仪器正在继续迅速发展。它可以取代测量技术传统领域的各类仪器。虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性与经济性，因而特别适应于当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高更新的测量课题和测量需求。“没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进”。虚拟仪器将会在科学技术的各个领域得到广泛应用。随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善，虚拟仪器将向以下三个方向发展： (1)外挂式虚拟仪器 PC-DAQ式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统，但是，由于基于PCI总线的虚拟仪器在插入DAQ时都需要打开机箱等，比较麻烦，而且，主机上的PCI插槽有限，再加上测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁，同时，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，故以USB接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流。 (2)PXI型高精度集成虚拟仪器测试系统 PXI系统高度的可扩展性和良好的兼容性，以及比VXI系统更高的性价比，将使它成为未来大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。 (3)网络化虚拟仪器 尽管Internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过NI等公司已开发了通过Web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过Internet操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性，我们能够方便地将虚拟仪器组成计算机网络。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。现在，有关MCN(Measurement and Control Networks)方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。由此可见，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。 2） 项目小结：这学期的课程设计，主要讲授了一些LabVIEW的基本操作和编程技巧，Labview作为一门新式的以图形化编程的语言，不仅提供了简单易学的编程方法，而且提供了海量的可调用的模块，子vi，涉及到各个方面。本次实训主要用到Labview软件程序以及PCI6221数据采集卡。从硬件的接线到软件的编写，接线排版，编程运行，之前我们已经系统的学习过Labview这一软件，因此此次实训中对其应用可谓驾轻就熟有了更深一层的认识，而硬件设备PCI6221数据采集卡之前只是粗略的了解了一下，本次实训过后已经可以熟练的找到引脚编号以及并知道其作用。这是一门实践性很强的课，很多知识是从书上看来的，而且看完之后，自己还觉的不错，觉得自己已经掌握的很好了，但真到实际做东西的时候，就会觉得困难重重，这时再去查书，便有了对知识的更深层次的理解，其实在这方面更应该感谢网络给我们带来的方便，有任何问题，上网搜一下，很多问题都可以迎刃而