LabVIEW和声卡控制系统程序设计

LabView大作业实验报告第7 次实验实验名称：基于声卡和LabView的虚拟仪器设计专业：姓名：学号：实验室: 实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：目录前言 (1)1.实验说明 (2)1.1设计原理1.2设计内容与要求1.3说明与注意事项2.软件设计 (5)2.1设计方案2.2程序框图2.3方案实现与前面板设计3.结果分析 (12)结束语 (15)参考文献 (16)附录（使用说明） (17)前言本文主要介绍了基于声卡和LabView的虚拟仪器设计这一实验的过程。

这次实验中主要包括了声卡、线路输入与保存、输入数据回放、信号分析处理以及对计算机内部产生信号的分析处理。

下面先对设计背景做简单介绍。

虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。

在虚拟仪器系统中，硬件解决信号的输入和输出，软件可以方便地修改仪器系统的功能，以适应不同使用者的需要。

其中硬件的核心是数据采集卡。

目前市售的数据采集卡价格与性能基本成正比，一般比较昂贵。

随着DSP(数字信号处理)技术走向成熟，PC机声卡可以成为一个优秀的数据采集系统，它同时具有A／D和D／A转换功能，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、灵活通用，驱动程序升级方便。

同时一般声卡16位的A／D转换精度，比通常12位A／D 卡的精度高，对于许多工程测量和科学实验来说都是足够高的，其价格却比普通数据采集卡便宜得多。

本文主要分为三大部分，第一部分为实验说明，介绍这次实验的要求与内容。

第二部分为软件设计，介绍软件的设计原理，程序框图等。

最后是结果分析与结束语。

在此次设计过程中，得到了两位老师的指导，同时也感谢许多同学对我在实验过程中的帮助。

1.实验说明1.1设计原理声音的本质是一种波，表现为振幅、频率、相位等物理量的连续性变化。

声卡作为语音信号与计算机的通用接口，其主要功能就是将所获取的模拟音频信号转换为数字信号，经过DSP音效芯片的处理，将该数字信号转换为模拟信号输出。

基于声卡的虚拟声控灯系统摘要：本系统是基于 Lab View 设计的一款简单音乐播放器，通过读取音乐数据，经过滤波处理分析音乐的低潮和高潮的对应关系。

并根据音乐的低潮与高潮起落来控制灯光显示出类似喷泉的效果。

关键字：Lab View一、系统设计方案本设计的目的是要根据声音来控制灯光的显示系统，因此声音的来源可以是音乐文件，也可以是实时的录音文件，都可以通过处理实时的控制灯光的显示。

方案 1 基于音乐文件的声控灯对于使用音乐文件，那么就需要通过打开、读取、处理、关闭等操作。

同时也可通过声卡播放出音乐，但是现在 Lab View 只能打开 .wav 的音乐文件，由于 .wav 音乐文件一般都比较大在 30M-50M 之间。

这对内存占用还是比较有影响的。

对于 MP3 文件的音乐，Lab View 可以通过控件调用 Media Player 打开播放，但只是打开播放，播放器上的快进等都不能用并且对于音乐数据的处理也不是很容易。

因而本设计采用播放 .wav 的音乐文件。

方案 2 基于实时录音的声控灯对于使用录音功能控制灯光那么就需要设计一个实时录音、实时处理的模块程序。

这样可以亲身感受一下自己的声音。

自己唱歌或录音其他声音比较自如。

这就相当于一个简单的录音机。

但是对于灯光的控制显示不会像音乐的那样高低起伏良好的效果。

方案选择相比两种方案各有优点，对于音乐文件可以做出自己控制的音乐播放器，相对录音就没有音乐播放的视听效果。

为了感受音乐播放器的设计，因此本设计选择了使用音乐文件，也就是方案 1 基于音乐文件的声控灯。

二、系统整体功能概述本设计的声控灯系统，不仅仅是简单的读取音乐文件分析数据来控制灯光的显示，脉动与灯显示数据处理运行程序检测PLAY 按键下或上一首按钮播放音乐按下暂停键初初始化变量退出按钮使用结束对音乐进行了播放制作了简单的播放器，并有播放、暂停、下一首、上一首按钮的选择，还有音乐背景的更换设计选项，单曲循环和顺序播放的功能。

利用LabVIEW进行控制系统设计与实现控制系统是一种能够监测和调节设备、过程或系统运行状态的系统。

在实际工程中，利用计算机软件进行控制系统设计与实现已经成为一种常见的做法。

本文将介绍如何利用LabVIEW进行控制系统的设计与实现，以及一些相关的注意事项。

一、LabVIEW简介LabVIEW是一种用于设计和实现各种系统、过程和设备的图形化编程软件。

它的独特之处在于采用了图形化的编程语言G语言，使编写程序更加直观和易于理解。

LabVIEW适用于各种不同的行业和领域，如工业自动化、测量仪器、控制系统等。

二、LabVIEW的基本操作在使用LabVIEW进行控制系统设计前，我们先来了解一些LabVIEW的基本操作。

LabVIEW的界面分为两部分，左侧是工具箱，包含各种控件和函数；右侧是前面板，用于搭建程序的用户界面。

通过拖拽工具箱中的控件和函数，我们可以在前面板上搭建控制系统的用户界面。

然后，我们可以使用图形化编程语言G语言来编写程序的逻辑部分，对控件和函数进行数据处理和控制。

最后，我们可以运行程序进行测试和验证。

三、控制系统设计与实现步骤1. 确定系统需求在进行控制系统设计前，我们首先需要明确系统的需求。

例如，需要实现的功能是什么，需要控制的设备是什么，需要采集的传感器数据是什么等等。

只有明确了系统的需求，才能在LabVIEW中进行相应的设计和实现。

2. 构建界面在LabVIEW的前面板上，我们可以将需要控制的设备和传感器等通过拖拽控件的方式放置在界面上，用于用户交互。

例如，我们可以添加按钮用于开关控制，添加指示灯用于状态显示，添加图表用于数据可视化等等。

通过合理的界面设计，可以提高用户的使用体验。

3. 编写程序逻辑在LabVIEW的编程界面上，我们可以使用G语言进行程序逻辑的编写。

通过将拖拽的控件和函数进行连接和配置，实现数据的输入、处理和输出。

例如，我们可以使用while循环来不断读取传感器数据，使用条件语句来实现控制逻辑等等。

LabVIEW中的控制系统设计和调试LabVIEW是一款强大的图形化编程环境，被广泛应用于各种控制系统的设计和调试。

本文将介绍使用LabVIEW进行控制系统设计和调试的基本步骤和注意事项。

一、LabVIEW简介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的一种图形化编程语言和开发环境。

它以直观、易用的方式帮助工程师们完成各种测试、测量、控制和数据采集等任务。

LabVIEW具有丰富的功能模块和强大的图形化编程能力，使得其在控制系统设计和调试方面具有独特的优势。

二、控制系统设计步骤1. 系统建模与仿真在LabVIEW中，第一步是对待设计的控制系统进行建模和仿真。

LabVIEW提供了许多工具和模块，可以轻松地搭建系统的模型，并进行仿真分析。

可以使用Block Diagram来搭建系统框图，使用MathScript Module进行数学建模，使用Simulation模块进行系统仿真。

2. 控制算法设计控制算法是控制系统中的核心部分。

LabVIEW提供了丰富的控制算法模块和函数，可以帮助工程师们快速地设计和实现各种控制算法。

可以使用PID Control模块进行比例、积分和微分控制，使用State-Space模块进行状态空间控制，使用Fuzzy Logic模块进行模糊控制等。

3. 硬件连接与数据采集在控制系统设计中，需要将LabVIEW和硬件设备进行连接，并进行数据采集。

LabVIEW支持多种硬件接口和通信协议，可以与各种传感器、执行器和控制器进行无缝连接。

可以使用Data Acquisition模块进行数据采集，使用Instrument Control模块进行仪器控制。

4. 界面设计与人机交互控制系统通常需要一个友好的界面来展示系统状态和参数，并与用户进行交互。

用LabVIEW编写声控系统复旦大学物理系张咪指导老师：俞熹合作者：高峰摘要本实验中，我们利用LabVIEW的数据输入系统和计算机的声卡，将声音信号转化为数字信号，然后用LabVIEW中的频谱分析功能将信号的频谱计算出来，经过分析声音信号的频谱，可以识别出不同的声音信号，并且输出约定的指令。

关键字LabVIEW 声音信号频谱引言1. LabVIEWLabVIEW是一款工业标准图形化编程工具，主要用于开发测试、测量和控制系统。

它将软件和各种不同的测量仪器硬件及计算机集成在一起，建立虚拟仪器系统，以形成用户自定义的解决方案。

它可以提供很多外观与传统仪器类似的控件，用以创建前面板。

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，这些代码就是LabVIEW的程序框图代码。

编写程序时，我们可以在前面板上输入数据和信号，同时监控经过处理的信号，而在程序框图中编写我们所需要进行的数据操作和逻辑运算。

利用LabVIEW进行数据的处理时，一般是先由被测对象输出信号，经过一些处理后，通过数据采集卡输入计算机成为数字信号，将其输入虚拟仪器LabVIEW之后，经分析后可在前面板上进行实时监控，或者做运算之后再反馈成为硬件的控制信号输出。

图1 数据的传输2. 声音信号声音实际上是一种机械波，随着发声的不同，信号有着不同的振幅（响度）和音调（频率）。

利用电脑声卡的输入将其转化为数字信号之后，这些信号的特征都会被保留，因而我们可以分析数字信号的不同（本实验中主要是其振幅和频率谱），来分辨不同的声音信号，从而对外界做出响应。

主要内容1. 用LabVIEW测量声音强度用LabVIEW测量声音，主要是利用了计算机的声卡的输入和LabVIEW的波形测量功能。

如下图，在我们编写的程序中，由于while循环结构的存在，声音信号一直会输入，并经过读取声音信号的函数将其转化为波型输出到波形图上，同时通过测量信号幅值的函数输出其最大振幅。

LabVIEW与控制系统设计实现系统控制和调节LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 是国家仪器标准委员会推荐的一种基于图形化编程语言的开发环境，广泛应用于各个领域的工程与科学研究中。

LabVIEW提供了直观、易于使用的图形化编程界面，使得控制系统的设计和实现更加高效和灵活。

本文将介绍LabVIEW在控制系统设计和实现中的应用，并探讨其对系统控制和调节的作用。

一、LabVIEW在控制系统设计中的应用1. 系统建模与仿真在控制系统设计阶段，首先需要对被控对象进行建模与仿真。

LabVIEW提供了丰富的数据采集和信号处理的工具，能够方便地获取实验数据，并通过图形化界面进行数据处理与分析。

基于这些功能，控制系统的建模与仿真可以在LabVIEW平台上进行，方便快捷。

2. 系统控制算法的设计与优化控制系统的性能主要取决于其中的控制算法。

LabVIEW提供了一系列的算法库和模块，涵盖了常见的控制算法，如PID控制、模糊控制、自适应控制等。

同时，LabVIEW还支持用户自定义算法的开发，方便针对不同的系统进行优化与调试。

3. 系统参数的自动调整与优化控制系统的参数调整对于系统的性能和稳定性至关重要。

LabVIEW 提供了参数自整定工具，可以实时监测和调整系统参数，降低调试的复杂性。

通过LabVIEW的优化算法，系统参数的自动调整可以更加快速和准确。

二、LabVIEW在系统控制与调节中的作用1. 实时控制与数据采集LabVIEW提供了强大的实时控制功能，能够对系统进行实时监控和控制。

通过与硬件的连接，LabVIEW可以获取实时数据，实现对系统参数的实时调整，并对系统运行状况进行实时监测。

这为系统的控制和调节提供了良好的基础。

2. 界面友好的人机交互LabVIEW的图形化界面使得系统的控制与调节更加直观和直观。

用户可以通过图形化的操作界面，实现对系统的控制参数的设置和调整，并即时查看系统响应及其相应的数据变化。

基于LabVIEW的声卡数据采集系统的开发教程在虚拟仪器系统中，信号的输入环节一般采用数据采集卡实现。

商用的数据采集卡具有完整的数据采集电路和计算机借口电路，但一般比较昂贵，计算机自带声卡是一个优秀的数据采集系统，它具有A/D和D/A转换功能，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、通用性强，软件特别是驱动程序升级方便。

如被测对象的频率在音频X围内，同时对采样频率要求不是太高，则可考虑利用声卡构建一个数据采集系统。

1.从数据采集的角度看声卡1.1声卡的作用从数据采集的角度来看，声卡是一种音频X围内的数据采集卡，是计算机与外部的模拟量环境联系的重要途径。

声卡的主要功能包括录制与播放、编辑和处理、MIDI接口三个部分。

1.2声卡的硬件结构图1是一个声卡的硬件结构示意图。

一般声卡有4~5个对外接口。

图1 声卡的硬件结构示意图声卡一般有Line In 和Mic In 两个信号输入，其中Line In为双通道输入，Mic In仅作为单通道输入。

后者可以接入较弱信号，幅值大约为0.02~0.2V。

声音传感器（采用通用的麦克风）信号可通过这个插孔连接到声卡。

若由MicIn 输入，由于有前置放大器，容易引入噪声且会导致信号过负荷，故推荐使用Line In ，其噪声干扰小且动态特性良好，可接入幅值约不超过1.5V的信号。

另外，输出接口有2个，分别是Wave Out和SPK Out。

Wave Out（或Line Out）给出的信号没有经过放大，需要外接功率放大器，例如可以接到有源音箱；SPK Out给出的信号是通过功率放大的信号，可以直接接到喇叭上。

这些接口可以用来作为双通道信号发生器的输出。

1.3声卡的工作原理声音的本质是一种波，表现为振幅、频率、相位等物理量的连续性变化。

声卡作为语音信号与计算机的通用接口，其主要功能就是将所获取的模拟音频信号转换为数字信号，经过DSP音效芯片的处理，将该数字信号转换为模拟信号输出。