虚拟仪器设计课程报告_章喆

1、虚拟仪器设计与仿真实验总结报告 章喆 SY1315325虚拟仪器设计与仿真实验总结报告姓 名：章喆学 号：SY1315325学 院：宇航学院指导教师：李秀芝实验室名称：北航自动化学院仿真中心实验日期：2013年11月（一） 基础实验：虚拟信号发生器设计1.1实验目的本实验属于虚拟仪器仿真基础实验。通过查阅相关的资料、学习Labview软件，掌握编程过程、思路和方法。独立设计一个虚拟信号发生器的前面板和软件编程，进行程序的调试，研究实验现象，解决实验过程中的问题，根据信号发生器的工作原理，实现基本功能。1.2实验设备装有LabVIEW软件的计算机。1.3实验原理说明利用LabVIEW的运算控件、

2、基本波形发生器、任意波形发生器和波形图控件，设计虚拟信号发生器。并能够实现实际信号发生器的主要功能。要求：运行时使用界面简单、易于操作。1.4实验要求1）实现功能： 要有正弦波、方波、三角波、锯齿波、噪声以及任意波形的发生，并能任意切换产生信号类型。2）实现指标：(1)任意波型可实现公式输入；(2)频率、幅度、相位、偏移量可调可控；(3)方波占空比可控；(4)噪声任意可加、波形与数码同时显示，同时显示输出频谱特性；(5)所有调制都可微调与粗调。1.5实验步骤 1）打开LabVIEW程序，新建一个VI程序。 2）先按照方案设计的内容建立前面板图，分别写好它们的标签，再分别调用显示和输入组件，设计

3、波形图显示界面、停止控件、可调旋钮和输入控件的位置，使界面简单，利于操作，添加必要说明美化操作界面。 3）设计后面板，编写信号发生器的程序。首先设计整体的while循环，然后设置基本信号发生器、任意信号函数发生器和噪声发生器的基本参数，采样频率、幅值、偏移量、相位等参量，并配置可调旋钮。 4）将两个信号发生器和波形显示器连接，任意波形发生器和噪声信号连接。5）调试程序。通过调试，检查信号发生器的功能是否实现，各项指标是否满足设计要求。如满足要求，则进行面板修饰，如不满足要求，则进行修改，直至满足要求为止。 1.6软硬件设计（框图）1）前面板如图1所示，包含基本信号发生器通道、任意波形发生器通道

4、和波形图，其中任意波形发生器通道中又包含噪声。基本信号发生器通道的频率、幅值、偏移量、相位可调，方波占空比可控。采样信息采用簇。同时界面中也包含了波形图的一些辅助工具盒结束按钮。图 12）程序框图如图2所示，程序整体采用了While循环，并利用了基本函数发生器、公式波形和均匀白噪声波形。图 21.7实验结果及分析1) 信号发生器实现了双通道输出信号的要求。可以同时输出基本信号和任意输入波形的信号。2) 基本信号发生通道，可以输出正弦波、方波、三角波、锯齿波。可以随时进行切换，并可以通过可调控件来改变信号的幅值、频率、偏移量等。3) 任意波形发生通道，可以按任意输入的函数输出信号，同时可调节粗调

5、、精调控件来改变信号的幅值、频率、偏移量等。并且在任意波形输入时加入了均匀白噪声，噪声的幅值可调。4) 信号显示。可以通过标尺测量输出信号的幅值和相位。5) 各通道之间互不干扰。信号之间切换顺畅，输出信号稳定、可控。自主开发设计实验：基于LabVIEW的双声道语音录制系统 1.设计任务： 任务：设计一套语音信号录制系统，即将PC机上的声卡作为音频信号采集硬件，使用者使用话筒录音，将声音信号由声卡输进计算机，然后由该系统采集音频信号，在最后程序结束以后将该音频文件保存为Wav文件存储到计算机 。要求：1声音质量为双声道；2在开始采集前，操作者可根据实际需要，更改采样位数（8位和16位）；3按下”

6、录音”按钮时，才开始采集声音；4在采集过程中，按下”暂停”按钮，暂定声音的采集，再次按下“暂停”按钮，继续采集声音。5按下“停止”按钮，停止采集声音，并弹出保存文件的对话框，保存成*.wav文件。2.使用设备： 硬件：计算机、声卡、话筒软件：数据采集程序、数据处理程序及数据存储程序，labview开发环境3.任务分析： 仪器组成：计算机、声卡、话筒为所需硬件，LabVIEW软件和设备驱动程序包括数据采集程序模块、数据处理程序模块及数据存储程序模块为所用软件。 功能和技术分析：计算机提供软件的硬件支持，如用于声音信号采集话筒，声卡，和其他支持电路。操作系统为软件提供底层的驱动支持，如声卡的驱动等

7、和其它软件运行环境的支持。软件的各个模块功能如下：数据采集模块: 数据采集模块要实现的功能就是用软件控制声卡采集输入的信号，并将其转换为数字信号（数据）提供给后续程序处理。它为后续程序提供了一个数据来源。数据采集实现了信号从模拟量到数字量的转换，采样的精度取决于声卡和话筒的性能和软件的设计。本实验仅实现了简单的声音录制功能，对信号的精度要求不高。数据采集程序的流程如图：声卡参数设置启动声卡采集信号停止声卡关闭声卡从声卡参数的初始化，再启动声卡开始录制，到停止录制保存数据文件。这是操作硬件的一般处理过程。参数的初始化由VI自动完成，在使用时仅需设置几个基本参数即可，由VI与操作系统进行通信然后控

8、制硬件。这也是使用使用labview做数据采集的优势之一，对硬件的操作无需从硬件底层的设置开始，简单快捷。 数据处理模块数据处理模块的功能是实时波形显示，并将它添加到已有信号的存在数组中。实时显示采集信号的波形可用Waveform Chart来实现；将新信号添加的已有信号的数组中，可通过移位寄存器来实现。数据处理的方式有很多，通过完善数据处理模块，可以丰富软件的功能，增加软件的可靠性。数据存储模块数据存储模块的功能是在最后程序结束以后，将该音频文件保存为Wav文件存到计算机 。该模块可用录音保存.vi实现。4.设计步骤： 数据采集模块：用函数si config配置声卡，设置声卡的工作模式和参数

9、，为声卡的正常工作做准备。用函数si start启动声音信号的采集，即启动声卡。Si read函数可用来实现声音信号的采集、转换。Si stop函数可用来停止声音信号的采集，即停止声卡。Si clear函数用来关闭声卡。 数据处理模块：经si read读取的信号数据可通过波形图表来实时显示。一个包含若干条件结构的while循环实现信号读取的控制。用创建数组函数可将si read输出的数据添加到已有的二维数组中，将新信号添加到已有信号的数组中，可通过移位寄存器来实现。 数据存储模块：运用已有的录音保存.vi和条件结构可实现将音频文件保存为Wav文件存到计算机中的功能。 控制功能和状态显示功能的实

10、现：录音格式的控制可通过包含三个输入控件的簇来实现。声道和采样位数的显示切换可用字符串常量和条件结构来实现。采样位数的控制由采样位数输入控件和条件结构来实现。数据保存格式的控制由簇“录音格式”的属性节点来实现。录音控制由while循环、一个录音按钮和它的属性节点实现。录音状态显示由一个布尔显示控件及其属性节点来实现。暂停控制由一个条件结构、一个暂停按钮及其局部变量来实现。该条件结构中嵌套了while循环，并使用了si stop和si start函数。停止录音控制由两个条件结构、一个停止按钮来实现，其中的一个条件结构用来实现停止、录音和录音状态显示的协调动作。5.结论与展望： 当前设计可以较好地

11、完成既定设计任务，完成了声音录制和保存的任务。但也存在以下一些不足之处：1录音过程中无法切换采样位数；2 程序功能比较简单；3 声音参数选择较少；4 程序结构稍显复杂。5 有些功能实现存在漏洞。 通过进一步改进原程序，比如增加采样位数实时切换模块、改进输入控制程序模块、合理简化程序模块，可弥补以上不足，使设计达到更高的使用性能。图 32.6实验结果及分析实验中设计的虚拟面板的前面板和程序框图如上所示。1) 通过运行程序，实现数字和字母的输出;2) 按下Caps Lock键后，其旁边的指示灯亮，可切换成大写;3) 按下Shift键后，其旁边的指示灯亮，和双层文本按键结合起来可实现上层文本输出，和字母键结合起来可以切换当前的大小写状态；4) Backspace键可以实现删除输出尾端的字母；5) Clear键可以实现对当前的输出清空；6) 按下Finish键则过程结束。通过运行程序，实验的要求已达到。（三）实验心得体会本次实验课理论课时比较少，但是通过老师的前期指导和后期的自学，我学会了LabVIEW的基本使用。在实验过程中，了解了LabVIEW中