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1、基于LabVIEW的电子琴的设计摘要 随着电子计算机的不断发展,以及软件开发技术的日新月异,电子计算机在数据的实时分析和处理,现实存贮等方面的优势与传统仪器相比越来越明显,随着计算机性价比的不断提升,传统仪器价格又高居不下,加上传统仪器的功能单一,发展虚拟仪器已经成为一个不可阻挡的历史潮流。在20世纪80年代,美国国家仪器公司最早提出了虚拟仪器的概念,引发了传统仪器领域的一场重大变革,使得计算机网络技术得以长驱直入仪器领域,和仪器技术结合起来,从而开创了软件即是仪器的先河。而虚拟仪器的设计,需要图形化的开发环境LabVIEW。本文讲解了基于LabVIEW的电子琴的设计,通过对声音的频率设置,以
2、及LabVIEW中的常用编程控件,来实现电子琴发声,本程序能实现电子琴基本演奏功能,还有音乐播放功能。关键词：虚拟仪器,LabVIEW,电子琴16 / 19Electric Piano Design Based on LabVIEWAbstract With the rapid development of computer technology and software development technology, the advantagement of the computer in analyzing, processing, displaying, storing the data
3、 becomes more and more obvious. At the same time, developing virtual instrument has become an irresistible trend of history along with high cost performance of computer, high price of traditional instruments and the single function of the traditional instruments. In this environment, the American NI
4、 company firstly began to the study of the virtual oscilloscope; and then launched a plat for the LabVIEW. This thesis designs a set of virtual oscilloscope based on the basic structure of the virtual instrument and related knowledge of signal processing in authors procession. It analyzes the defini
5、tion, structures and trend of development of the virtual instrument. It introduces the basic knowledge related with virtual oscilloscope, which is Fourier transform. Virtual instrument is composed of hardware and software in two parts. This thesis introduces the hardware simply, but studies the soft
6、ware at full length. Based on the study of the two parts of the virtual instrument, the author designs the spectrum analysis module, memory module, display module and measurement module.Key Words: Virtual Instrument, LabVIEW, Electronic piano目录第1章 绪论11.1 电子琴的特色11.2 电子琴的构成11.3 电子琴的发展11.4 产品优势21.5 电子琴
7、的意义2第2章 系统软件的开发平台LabVIEW简介32.1 LabVIEW的基本概述32.2 LabVIEW的模板分析52.2.1工具模板52.2.2 控件选板72.2.3 函数选板7第3章 电子琴的软件设计93.1 设计任务93.2 单按键发声93.3 电子琴设计113.4 播放声音文件13第4章 打包生安装文件16总结25参考文献26致谢27第1章 绪论1.1 电子琴的特色电子琴又称作电子键盘,属于电子乐器,发音音量可以自由调节。音域较宽,和声丰富,甚至可以演奏出一个管弦乐队的效果,表现力极其丰富。它还可模仿多种音色,甚至可以奏出常规乐器所无法发出的声音如合唱声,风雨声,宇宙声等。另外,
8、电子琴在独奏时,还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏,适合于演奏节奏性较强的现代音乐。另外,电子琴还安装有效果器,如混响、回声、延音,震音轮和调制轮等多项功能装置,表达各种情绪时运用自如。电子琴是电声乐队的中坚力量,常用于独奏主旋律并伴以丰富的和声。还常作为独奏乐器出现,具有鲜明时代特色。电子琴的自动节奏部分,为老师给学生进行节奏感的教学提供了有利条件。老师可让学生合着自动节奏反复打拍子,甚至可以运动身体,比如合着节奏踏步、走步,做操等,从中用心和身体去领略各种节奏的律动。并且可以了解各种各样的音乐风格,增加其综合音乐素养。普及型电子琴的演奏有较大一部分是通过自动和弦伴奏来配合完成的,在音乐中
9、和弦的连接推动了旋律地进行,不同的和声连接,形成了不同的音乐色彩。1.2 电子琴的构成 本次设计的电子琴是由36个琴键所构成,包含有高音、中音、低音的音阶以及半音阶共同组成。也就是所谓的黑键跟白键。1.3 电子琴的发展 1959年,由雅马哈株式会社生产了世界上第一台立式电子琴,取名为伊莱克通,它有三层键盘。1980年,随着电子集成电路的出现,电子琴开始向小型化发展,雅马哈等厂家生产了便捷式单键盘电子琴。1983年,雅马哈生产的电子合成器DX7和电钢琴问世。1986年,HX系统高级历史电子琴问世。我们现在常见并熟悉的双排键电子琴是日本于1991年之后生产的EL,ELS系列以及便携式双排键DDK7
10、。在中国,1958年北京邮电学院研制了一台电子管单音电子琴。由于种种原因,至1977年后,我国才大批生产电子琴。1989年,我国年产儿童电子琴200万台,并出口39万台。中国的电子琴事业正在迅速发展。 电子琴发展很快,琴的各项功能日趋完善。音色和节奏有最初的几种发展到现在的几百种。除寄存音色外,还可通过插槽外接音色卡。合成器的某些功能,如音色的编辑修改、自编节奏、多轨录音、演奏程序记忆等也运用到电子琴上。1.4 产品优势 目前市场上的电子琴都比较昂贵,利用LabVIEW编程能够简单又方便的实现钢琴的功能。由于学习LabVIEW时间有限,和对其掌握的不够透彻,本产品对于实现高真电子琴模拟还有一段
11、距离。但已经能基本实现电子琴的一份功能,基本能满足使用。1.5 电子琴的意义 1.电子琴的发明极大地推动了流行音乐的发展；现代的流行音乐离不开电子琴,键盘手一般是现代电声乐队的中坚力量。 2.电子琴的发明使人们可以演奏出未曾拥有的音色,丰富了人们情感的表现；电子琴创造出了许多其他乐器无法演奏出的音色,甚至自然不存在的音色,这些音色帮助了人们通过音乐表现自己的情感。 3.电子琴的发明推动了音乐的普及,它让音乐真正成为了大众的音乐,成为了人类社会不可缺少的东西。 电子琴作为科技与音乐的产物,在信息化和电子化的时代,为音乐的大众化做出了不可磨灭的贡献,现代歌曲的制作,很多都需要电子琴才能完成,然后才
12、通过媒介流传开来,电视剧电影插曲、电视节目音效、甚至你的手机铃声,都很可能包含电子琴的身影。第2章 系统软件的开发平台LabVIEW简介2.1 LabVIEW的基本概述LabVIEW是美国国家仪器公司开发的,基于G语言Graphics Language的虚拟仪器开发工具。其特点是用图形化的符号来代替传统的文本语言,从而达到直观,简洁,易懂的目的。1992年8月labVIEW2.5实现了从MaCintosh平台到Windows又砰台的移植,从 LabVIEW3.0版本开始,LabVIEW作为一个完整优异的图形化软件开发环境得到了工业界和学术界的认可,并开始迅速占领市场,赢得了广大用户的青睐。 它
13、的基本特点是： 1.具有良好的用户接口其用户接口类似于传统仪器的面板,包括按钮、旋钮、图形显示组件、控制组件等。通过鼠标和键盘向程序输入数据,操作结果由软件在计算机屏幕上生成。 2.编程方式简单、直观采用图形语一言、图标和联机代替文本形式编写程序,是对具体编程问题的图形化解决方案。 3.具有层次结构和模块化的特点每一个VI可以作为顶层程序,也可以作为其它程序的子程序。 4.提供程序调试功能程序调试工具包括在源代码中可以设置断点,可以单步执行,也可以启动。 LabVIEW创建虚拟仪器过程 创建虚拟仪器的过程分为三步: 1.创建前面板。前面板是图形化用户界面,用于设置输入数值和观察输出量。它模仿了
14、实际仪器的面板。前面板包含了旋钮、按钮、图形和其他控制与显示对象。通过鼠标和键盘输入数据、控制按钮,也可在计算机显示器上直接观看结果。若想要在数字控制中输入或修改数值,只需要用操作工具点击控制部件和增减按钮,或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。 2.创建框图程序。在前面板窗口的主菜单windows中选择 ShowDiagram将前面板窗口切换到框图程序窗口,此时会看到与前面板对象对应的端口。根据需要在功能模板中找到所需的节点,并将节点图标放置到框图程序窗口。用数据连线将这些端口和节点的图标连接起来,形成一个完整的框图程序。 3.创建图标。一个虚拟仪器的图标/连接端口就像一个图形
15、的参数列表。这样,其它的虚拟仪器才能将数据传输给子仪器。图标和连接允许将此仪器作为最高级的程序,也可以作为其它程序或子程序的子程序。运行和调试程序。运行和调试程序是任何一门编程语言编程的最重要的一步。在LabVIEW中,用户可以通过两种方式来运行程序:运行和连续运行。如果一个VI程序存在语法错误,则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头,表示程序不能被执行。这时这个按钮被称作错误列表。点击它,则LabVIEW弹出错误清单窗口,点击其中任何一个所列出的错误,选用Find功能,则出错的对象或端口就会变成高亮。调试程序时可以利用单步执行、设置断点、设置探针来显示数据流动方向。图2.1 LabVIEW前面板图2.2 LabVIEW程序框图2.2 LabVIEW的模板分析LabVIEW是一种图形化设计语言,在一个虚拟仪器VI的开发过程中,主要利用模板创建和运行程序。这些操作模板可以随意在屏幕上移动,并可以放置在屏幕的任意位置。操纵模板共有三类:工具选板、控制选板和功能 选板或称函数选板。图2.3 工具选版2.2.1工具模板工具选板为编程者
