matlab数字信号发生器与电子琴设计.docx
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matlab数字信号发生器与电子琴设计
数字信号发生器和数字电子琴
摘要Matlab是一个具有数值分析、、科学数据可视化和非动态系统的和仿真等功能的工程有效软件。
其易于利用的视窗环境，在专门大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式。
本文介绍了一种利用GUI工具箱，用Matlab实现虚拟数字信号发生器的设计。
关键词Matlab；信号发生器；数字电子琴
1概述
MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件。
能够进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，要紧应用于工程计算、操纵设计、信号处置与通信、图像处置、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
图形用户界面（GraphicalUserInterface，简称GUI，又称图形用户接口）是指采纳图形方式显示的运算机操作用户界面。
与初期运算机利用的命令行界面相较，图形界面关于用户来讲在视觉上更易于同意。
Matlab自带了壮大的GUl工具[1]。
在本文中，将利用Matlab的GUI工具，设计出数字信号发生器和数字电子琴。
信号发生器又称信号源或振荡器，是一种能提供各类频率、波形和输出电平电信号，经常使用作测试的信号源或鼓励源的设备，在生产实践和科技领域中有着普遍的应用。
按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、和随机信号发生器等四大类[2]。
各类波形曲线均能够用三角函数方程式来表示。
能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
本文设计了一种能够产生正弦波、余弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声的虚拟数字信号发生器。
2技术线路
虚拟数字信号发生器设计的流程图如图：
图数字信号发生器流程图
在此基础上，将产生的数字信号写入声卡，即可播放出相应音阶的声音，实现电子琴的功能。
3实现方式
数字信号发生器
搭建GUI界面
图形用户界面（GraphicalUserInterface，简称GUI，又称图形用户接口）是指采纳图形方式显示的运算机操作用户界面。
与初期运算机利用的命令行界面相较，图形界面关于用户来讲在视觉上更易于同意。
Matlab凭借其壮大的计算能力，系统集成能力和图形处置能力，其图形用户接口（GUI）也日趋成熟。
MatlabGUI的控件丰硕，挪用方便，可视化成效美观。
GUI能够使得参数的输入和结果的输出可视化更高，操作加倍方便。
本次设计利用GUI搭建的界面如下图。
图数字信号发生器界面
编写M文件
搭建好界面后保留，系统将自动生成M文件与Fig文件，而且M文件内部已经依照GUI界面中组件的类别，自动生成了相应的模块挪用函数。
依照需要，咱们对生成的各个函数进行补充，完成函数功能的实现及各个函数的挪用关系。
本次实验要紧对控件的回调函数（callback）下写入相应的程序。
下面这段程序（部份程序）实现了函数依照用户的输入生成不同的正弦波、余弦波、三角波、方波等，最终将波形显示在座标轴1上。
其中，sliderA，editA输入幅值，当用户在输入一个新的幅值时，A为对应幅值变量，发生相应改变，并判定选择的是何种波型，然后对相应的波型的幅值进行修改，最终通过画图函数的挪用将新波形显示在图上。
同理，当咱们慢慢改变频率和相位时，波形也会对应发生转变，在此再也不赘述。
幅值转动条的回调函数如下：
functionsliderA_Callback（hObject,eventdata,handles）
a=get（hObject,'value'）;
set,'string',a）;
幅值可变文本的回调函数如下：
functioneditA_Callback（hObject,eventdata,handles）
val=get（hObject,'string'）;
a=str2num（val）;
if~isempty（a）&&（val>=0&val<=20）
set,'value',a）
end
下拉菜单回调函数如下：
functionpopupmenu1_Callback（hObject,eventdata,handles）
A=str2num（get,'string'））;
f=str2num（get,'string'））;
d=str2num（get,'string'））;
fs=5000;
T=;
dt=fs;
N=T/dt;
t=linspace（0,T,N）;
s=get（hObject,'value'）;
switchs
case1
y=A*sin（2*pi*f*t+d）;
axes;
plot（t,y）;
case2
y=A*cos（2*pi*f*t+d）;
axes;
plot（t,y）;
case3
y=A*square（2*pi*f*t+d）
axes;
plot（t,y）;
case4
y=A*sawtooth（2*pi*f*t+d,;
axes;
plot（t,y）;
case5
y=A*sawtooth（2*pi*f*t+d,1）;
axes;
plot（t,y）;
case6
y=sqrt
（1）*randn（1,N）
axes;
plot（t,y）;
end
设计结果
通过数字信号发生器，产生需要的信号，如以下图所示：
图正弦波1
图正弦波2
图余弦波
图方波
图三角波
图锯齿波
图白噪声
数字电子琴
搭建GUI界面
电子琴GUI界面搭建如下图：
图数字电子琴
编写M文件
波形选择回调函数：
a=get（hObject,'value'）;
音量大小通过波形的幅值反映，按键对应的波形的回调函数（以按键1为例）如下，其中edit2，slider2为音量操纵：
functionpushbutton1_Callback（hObject,eventdata,handles）
globala;
axes;
a=get（handles.popupmenu1,'value'）
Fs=44100;
strA=get,'string'）;
A=str2double（strA）;
str=get,'Value'）;
set,'string',str）;
dt=Fs;
t=0:
dt:
;
ifa==1
y=A*sin（2*pi*131*t）;
plot（t,y）;
wavplay（y,Fs）;
axis（[0-100100]）;
end
ifa==2
y=A*cos（2*pi*131*t）;
plot（t,y）;
wavplay（y,Fs）;
axis（[0-100100]）;
end
ifa==3
y=A*square（2*pi*131*t）;
plot（t,y）;
wavplay（y,Fs）;
axis（[0-100100]）;
end
ifa==4
y=A*sawtooth（2*pi*131*t,;
plot（t,y）;
wavplay（y,Fs）;
axis（[0-100100]）;
end
ifa==5%¾â³Ý²¨
y=A*sawtooth（2*pi*131*t,1）;
plot（t,y）;
wavplay（y,Fs）;
axis（[0-100100]）;
end
设计结果
通过鼠标，别离点击按键1-7，产生的波形如下所示。
调剂音量，可改变信号幅值。
图电子琴1
图电子琴2
图电子琴3
图电子琴4
图电子琴5
图电子琴6
图电子琴7
4存在的问题
本次设计尽管大体实现了信号发生器和电子琴的要求，可是仍是存在一些不足。
比如信号发生器功能简陋，不能输入阶跃信号、脉冲信号等，不能完成有效值、平均值、幅值的转换显示等。
数字电子琴的音阶也只是最大体的7个音阶，且不能导入音频文件，利用电子琴播放等，这些都是以后的学习中能够改良的地址。
参考文献
[1].张志涌等．精通MATLAB[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2003．
[2].车子萍.基于Matlab的虚拟信号发生器设计[J].电脑学习,.
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