matlab频谱分析仪Word文件下载.docx
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3.2信号输入
6
3.2.1选择信号输入
3.2.2声卡输入
7
3.2.3读取wav文件
3.2.4信号发生器输入
3.3时域分析
8
3.4频域分析
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3.5仿真
10
3.5.1声卡输入
3.5.2读取wav文件
3.5.3信号发生器
11
4存在的问题
15
5致谢
参考文献
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。
可以进行矩阵运算、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，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、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）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。
与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。
MATLAB自带了强大的GUl工具[1]。
在本文中，将利用MATLAB的GUI工具，设计出数字频谱分析仪。
频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。
它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。
现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫兹以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号[2]。
目前已经有许多较成熟的频谱分析软件，如SpectraLAB、RSAVu、dBFA等[3]。
本文将给出的则是通过MATLAB软件实现的基于FFT的数字频谱分析仪。
FFT（FastFourierTransformation），即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。
它对傅氏变换的理论并没有新的发现，但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换，可以说是进了一大步[4]。
通过此次设计，能进一步掌握MATLAB软件开发过程的基本理论、基本知识和基本技能，熟悉基于MATLAB平台的若干信号处理系统开发及调试方法，且成本低，易于实现，容易修改，并可以进行仿真。
该设计的进行可以为我们以后的学习工作奠定一定的基础。
2技术路线
本次设计的频谱分析仪模块划分如图1所示：
图1
频谱分析仪模块划分
3实现方法
3.1搭建GUI界面
此次设计搭建的GUI见面如图2所示：
图2
GUI界面
最上方为标题区，用于显示软件标题等信息。
再往下是信号输入区，首先应输入采样频率和采样点。
信号有3种输入方式，包括声卡输入，读取WAV文件和信号发生器输入。
在信号发生器中加入了信号叠加选项，从而可以将产生的信号与原有的信号进行混迭。
只有当某个单选框被选中时才允许使用对应的输入框、按钮等。
输入区右边为分析区，除了对wav文件进行播放外，还可以对信号进行时域分析和频域分析，该软件的核心代码都在这两个按钮的回调函数中。
再下方为分析结果区，用于显示波形基本参数与统计量的计算结果，
Axes1为波形显示区，在录音结束、打开WAV文件成功或者信号发生器生成波形时会更新显示。
Axes2为频谱图显示区，用于显示各种频谱的谱线，在点击频域分析后会更新显示。
点击频谱类型可以显示不同的频谱图。
本次设计提供了幅频特性分析和相频特性分析。
3.2信号输入
3.2.1选择信号输入
开始使用频谱分析仪时，除了需要设定采样频率和采样点数外，还需要选择信号输入方式，本次设计提供三种输入，分别是：
声卡录音，读取wav文件和信号发生器。
其代码如下（仅以选择声卡输入为例）：
functionrecord_Callback（hObject,eventdata,handles）
set（handles.record,'
value'
1）;
set（handles.wavfile,'
0）;
set（handles.wave,'
h=findobj（'
Tag'
'
recordtime'
）;
set（h,'
enable'
on'
startrecord'
wavname'
off'
openfile'
inwave'
inamp'
infre'
inpha'
mix'
wavemake'
当选择了一种输入方式之后，另外两种输入方式将不能使用。
3.2.2声卡输入
这里声卡输入是指由麦克风录音得到的声音信号的输入，MATLAB提供了wavrecord函数，该函数能够实现读取麦克风录音信号。
声卡输入的主要代码如下所示[5]：
functionstartrecord_Callback（hObject,eventdata,handles）
Fs=str2double（get（handles.samplefre,'
String'
））;
N=str2double（get（handles.recordtime,'
））*Fs;
handles.y=wavrecord（N,Fs,'
double'
handles.inputtype=1;
guidata（hObject,handles）;
plot（handles.axes1,handles.y）;
ysize=size（handles.y）;
set（handles.samplenum,'
num2str（ysize
（1）））;
3.2.3读取wav文件
MATLAB提供了wavread函数，该函数能够方便的打开并读取WAV文件中的声音信息。
其代码如下：
functionopenfile_Callback（hObject,eventdata,handles）
[filename,filepath]=uigetfile（'
*.wav'
wavfile'
set（handles.wavname,'
string'
filename）;
[handles.y,Fs,bit]=wavread（filename）;
handles.inputtype=2;
plot（handles.axes1,（1:
length（handles.y））/Fs,handles.y）;
set（handles.samplefre,'
Fs）;
3.2.4信号发生器输入
MATLAB可以产生标准信号，如sin能够产生正弦波，首先利用get函数获得波形，频率f，幅值a和相位p，然后判断是否有信号叠加，若无叠加，则直接生成信号波形，如有叠加，则进行信号混叠。
functionwavemake_Callback（hObject,eventdata,handles）
N=str2double（get（handles.samplenum,'
x=linspace（0,N/Fs,N）;
t=get（handles.inwave,'
Value'
f=str2double（get（handles.infre,'
a=str2double（get（handles.inamp,'
p=str2double（get（handles.inpha,'
switcht
case1
y=a*sin（2*pi*x*f+p）;
case2
y=a*sign（sin（2*pi*x*f+p））;
case3
y=a*sawtooth（2*pi*x*f+p,0.5）;
case4
y=a*sawtooth（2*pi*x*f+p）;
case5
y=a*（2*rand（size（x））-1）;
end
ifget（handles.mix,'
）==0.0
handles.y=y;
else
handles.y=handles.y+y;
handles.inputtype=3;
xlim（[0200]）;
3.3时域分析
时域分析直接在时间域内对系统动态过程进行研究的方法。
根据输出量的时域表达式，可以分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。
该设计中，时域分析包括峰峰值、均值、均方值、方差的计算。
MATLAB提供了mean，std等函数，能够方便地计算均值、方差。
主要设计代码如下：
functionpushbutton3_Callback（hObject,eventdata,handles）
set（handles.VPP,'
（max（handles.y）-min（handles.y）））;
set（handles.ave,'
mean（handles.y））;
set（handles.RMS,'
mean（handles.y.^2））;
set（handles.var,'
std（handles.y）^2）;
3.4频域分析
频域分析包括幅值谱、相位谱等的计算，结果以图形显示出来。
频域分析需要作Fourier变换，MATLAB提供了fft函数，能够方便地实现快速Four
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