虚拟仪器技术与应用-项目12 数字存储式录音系统

2024/1/3121:19项目12数字存储式录音系统第三篇创新设计项目12数字存储式录音系统12.1项目描述12.2任务1声音数据采集 12.3任务2前面板设计

12.4任务3程序框图设计

12.5任务4运行与调试12.6思考题

知识目标能力目标素养目标1. 了解常用声音传感器和主流声卡的硬件结构。2. 掌握声卡工作原理、配置及主要技术参数。3. 熟练掌握LabVIEW中声音操作函数的使用。能够应用LabVIEW，结合计算机自带声卡设计录音系统。能够根据系统功能要求编写录音系统程序。能够正确进行系统调试测试。能够对系统功能完整描述，并规范撰写项目报告。具有规范的操作习惯和良好的职业行为习惯。具有搜集信息、整理信息、发现问题、分析问题和解决问题的能力。具有良好的沟通交流和实践动手能力。12.1项目描述12.1.1项目目标12.1项目描述12.1.2任务要求设计一个数字存储式录音系统，实现如下功能：可以播放声音文件可以录制声音文件可回放录制的声音文件播放文件可以随时暂停(可选)播放文件可以修改声音大小(可选)12.1项目描述12.1.3任务分析该任务包括两个部分，一个是使用麦克风实现声电转换（录音），一个是采用扬声器实现电声转换（回放音频）。无论是录音还是播放，都需要文件操作，故在硬件动作之前，需要选定合适的文件路径，然后配置硬件资源，录制音频或播放音频，使用模拟信号采集通道或模拟信号生成通道，完成实验内容。根据该任务的功能要求，使用基于状态机编写的程序，来实现数字声音的采集与回放功能。该状态机需要有10个状态：空闲（默认）、初始化、打开录音文件、开始录音、录音、打开播放文件、开始播放、播放、停止播放、停止录音。根据任务要求，应选择“事件结构”，在超时帧中使用状态机，实现录放功能。通过移位寄存器+枚举类型，传递跳转状态。事件结构用来响应界面按钮响应。12.2任务1声音数据采集12.2.1声卡工作原理从数据采集的角度来看，声卡是一种音频范围的数据采集卡。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。声卡作为声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，或经过DSP音效芯片的处理，将数字信号转换为模拟信号输出。输入时，麦克风或线路输入获取的音频信号通过A/D转换器转换成数字信号，送到计算机进行播放、录音等各种处理；输出时，计算机通过总线将数字化的声音信号以脉冲编码调制方式送到D/A转换器，变成模拟的音频信号，进而通过功率放大器或线路输出送到音箱等设备转换为声波。12.2任务1声音数据采集12.2.2声卡的主要技术参数1.采样位数采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。该数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。2.采样频率每秒钟采集声音样本的数量。3.缓冲区与一般数据采集卡不同，声卡面临的D/A和A/D任务通常是连续的。为了在一个简洁的结构下较好地完成某个任务，节省CPU资源，计算机的CPU采用了缓冲区的工作方式。12.2任务1声音数据采集12.2.3LabVIEW中有关声卡的控件利用声卡作为声音信号的DAQ卡，可以方便快捷地编写采集声音信号的程序。与声音信号相关的函数位于编程→图形与声音→声音选板的各子选板。12.3任务2前面板设计12.3任务2前面板设计前面板包括声音信息波形图、录放音控制按键和录放音文件路径等控件。12.4任务3程序框图设计12.4.1系统流状态图12.4任务3程序框图设计12.4.2系统框架整个架构使用while循环、事件结构和状态机。该结构中使用到几个细节：使用事件结构，利用超时帧及状态机，完成各种状态的跳转。移位寄存器，位于循环外框上，可以用来传递状态机的跳转状态，也可以用来传递程序运行过程中所需要传递到下一次循环的各种数值。使用属性节点，配置前面板各个控件的属性，如是否可见、是否禁用（且变灰值）、是否闪烁等。在各个帧中，根据界面设定细节，灵活使用属性节点。12.4任务3程序框图设计12.4.2系统框架超时帧的空闲、初始化界面12.4任务3程序框图设计12.4.2系统框架录音、播放、停止帧12.4任务3程序框图设计12.4.3声音数据采集与回放1.

打开文件，系统在进行录音或播放工作前，都需要文件操作，故首先需要选定合适的文件路径。12.4任务3程序框图设计12.4.3声音数据采集与回放2.开始录音，该分支分别对AI通道和声音文件的初始化信息进行配置。使用“配置声音输入”函数配置声卡参数，采集声音数据并将数据传送至缓冲区，并使用“读取并打开声音文件”函数设置声音文件初始信息。12.4任务3程序框图设计12.4.3声音数据采集与回放3.录音，使用“读取声音输入”函数和“写入声音文件”函数，将AI通道采集到的声音信号写入声音文件。12.4任务3程序框图设计12.4.3声音数据采集与回放4.开始播放和播放，使用AO通道输出声音信号，在开始播放中使用“配置声音输出”函数对声卡设备信息进行配置，在播放分支中读取转化声音文件数据并使用“写入声音输出”函数将数据写入声卡。12.4任务3程序框图设计12.4.3声音数据采集与回放5.当主界面中点击停止按钮时，状态机跳转至结束录音或播放的状态。将所有的硬件通道清零并释放。12.5任务4运行调试、测试12.5任务4运行调试、测试运行程序进行调试、测试。根据任务书要求，撰写设计说明书。2024/1/3121:19思考题音量的修改如何实现？随时暂停的功能，若不适用状态机，实现容易吗？12.5思考题参考资源1.《虚拟仪器技术与应用》