matlab数字信号发生器及电子琴设计Word格式.docx
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信号发生器又称信号源或振荡器，是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号，常用作测试的信号源或激励源的设备，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类[2]。
各种波形曲线均可以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。
本文设计了一种可以产生正弦波、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技术路线
虚拟数字信号发生器设计的流程图如图2.1：
图2.1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实现方法
3.1数字信号发生器
3.1.1搭建GUI界面
图形用户界面（GraphicalUserInterface，简称GUI，又称图形用户接口）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。
Matlab凭借其强大的计算能力，系统集成能力以及图形处理能力，其图形用户接口（GUI）也日趋成熟。
MatlabGUI的控件丰富，调用方便，可视化效果美观。
GUI可以使得参数的输入和结果的输出可视化更高，操作更加方便。
本次设计使用GUI搭建的界面如图3.1所示。
图3.1数字信号发生器界面
3.1.2编写M文件
搭建好界面后保存，系统将自动生成M文件与Fig文件，并且M文件内部已经按照GUI界面中组件的类别，自动生成了相应的模块调用函数。
根据需要，我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调用关系。
本次实验主要对控件的回调函数（callback）下写入相应的程序。
下面这段程序（部分程序）实现了函数根据用户的输入生成不同的正弦波、余弦波、三角波、方波等，最终将波形显示在坐标轴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，并判断选择的是何种波型，然后对相应的波型的幅值进行修改，最终通过绘图函数的调用将新波形显示在图上。
同理，当我们逐渐改变频率和相位时，波形也会对应发生变化，在此不再赘述。
幅值滚动条的回调函数如下：
functionsliderA_Callback（hObject,eventdata,handles）
a=get（hObject,'
value'
）;
set（handles.editA,'
string'
a）;
幅值可变文本的回调函数如下：
functioneditA_Callback（hObject,eventdata,handles）
val=get（hObject,'
a=str2num（val）;
if~isempty（a）&
&
（val>
=0&
val<
=20）
set（handles.sliderA,'
a）
end
下拉菜单回调函数如下：
functionpopupmenu1_Callback（hObject,eventdata,handles）
A=str2num（get（handles.editA,'
））;
f=str2num（get（handles.editF,'
d=str2num（get（handles.editD,'
fs=5000;
T=0.05;
dt=1.0/fs;
N=T/dt;
t=linspace（0,T,N）;
s=get（hObject,'
switchs
case1
y=A*sin（2*pi*f*t+d）;
axes（handles.axes1）;
plot（t,y）;
case2
y=A*cos（2*pi*f*t+d）;
case3
y=A*square（2*pi*f*t+d）
case4
y=A*sawtooth（2*pi*f*t+d,0.5）;
case5
y=A*sawtooth（2*pi*f*t+d,1）;
case6
y=sqrt
（1）*randn（1,N）
end
3.1.3设计结果
通过数字信号发生器，产生需要的信号，如下图所示：
图3.2正弦波1
图3.3正弦波2
图3.4余弦波
图3.5方波
图3.6三角波
图3.7锯齿波
图3.8白噪声
3.2数字电子琴
3.2.1搭建GUI界面
电子琴GUI界面搭建如图3.9所示：
图3.9数字电子琴
3.2.2编写M文件
波形选择回调函数：
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为音量控制：
functionpushbutton1_Callback（hObject,eventdata,handles）
globala;
axes（handles.axes1）;
a=get（handles.popupmenu1,'
）
Fs=44100;
strA=get（handles.edit2,'
A=str2double（strA）;
str=get（handles.slider2,'
Value'
set（handles.edit2,'
str）;
dt=1.0/Fs;
t=0:
dt:
0.1;
ifa==1
y=A*sin（2*pi*131*t）;
wavplay（y,Fs）;
axis（[00.1-100100]）;
ifa==2
y=A*cos（2*pi*131*t）;
end
ifa==3
y=A*square（2*pi*131*t）;
ifa==4
y=A*sawtooth（2*pi*131*t,0.5）;
ifa==5%¾
â
³
Ý
²
¨
y=A*sawtooth（2*pi*131*t,1）;
3.2.3设计结果
通过鼠标，分别点击按键1-7，产生的波形如下所示。
调节音量，可改变信号幅值。
图3.10电子琴1
图3.11电子琴2
图3.12电子琴3
图3.13电子琴4
图3.14电子琴5
图3.15电子琴6
图3.16电子琴7
4存在的问题
本次设计虽然基本实现了信号发生器和电子琴的要求，但是还是存在一些不足。
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基本的7个音阶，且不能导入音频文件，使用电子琴播放等，这些都是以后的学习中可以改进的地方。
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,2010.1.
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