数字信号处理课设报告虚拟电子琴设计.doc

燕山大学 课 程 设 计 说 明 书 题 目： 虚拟电子琴设计 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职称： 电气工程学院《课程设计》任务书 院（系）：电气工程学院 基层教学单位：自动化仪表系 学号 学生姓名 （专业）班级 设计题目 虚拟电子琴设计 设 计 技 术 参 数 (a) 利用Matlab设计基于虚拟琴键的信号发生器。 (b) 基于单片机对按键输入操作的识别，通过串口发送请求指令给上位机，启动相应琴键发声。在发出不同琴键声音的同时，同时控制单片机系统的LED显示琴键音节数字及波形参数(如幅度、频率等)。 (c) 扩展：也可编制程序自动生成一节旋律，或进行组合和弦声音输出。 设 计 要 求 要求至少输出7个音符的信号并实现相应信号的频谱分析，对比不同信号的时域波形和频谱特性。其中可调参数包括幅值、相位、频率、采样频率等。设计软件分析界面。 工 作 量 两周的课程设计时间，独立完成了一份课程设计报告书，包括设计的基本原理、设计思路与设计的基本思想、设计体会以及相关的程序代码和软件界面的设计。 参 考 资 料 1）《微型计算机控制系统》 赖寿宏，机械工业出版社（教材） 2）《单片机及应用》李大友，高等教育出版社（教材） 3）《信号处理原理及应用》 谢平 等 机械工业出版社（教材） 4)《Matlab程序设计及其在信号处理中的应用》 5）自选其他有关资料………………………………………………………2 第一章 摘要 …………………………………………………3 第二章 系统总体设计方案 ………………………………4 第三章 信号处理模块基本原理 …………………………5 第四章 matlab软件实现 …………………………………7 4.1图形界面设计………………………………………7 4.2 matlab编程…………………………………………8 4.3存在的问题…………………………………………13 第五章 课设心得及总结……………………………………14 参考文献 ………………………………………………………15 附录………………………………………………………………16 第一章 摘 要 目前，音频信号处理技术发展迅猛，其中数字信号处理已成为主流。数字信号适合计算机处理，数字信号的处理速度非常快，发展前景非常广阔。 Matlab是矩阵实验室的简称，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级计数计算语言和交互式环境。 本次“单片机原理及其应用——数字信号处理”课程设计的题目为虚拟电子琴设计。要求上位机和下位机通过串行通讯技术共同控制并实现。本文着重介绍了上位机利用matlab产生虚拟信号发生器，产生不同频率的信号对应不用琴键的音调，通过串行口传给下位机实现功能。在matlab中利用GUI界面设计软件分析界面，对产生的虚拟信号做时域和频域的分析。 关键词：matlab，虚拟电子琴，数字信号 第二章 系统总体设计方案 根据课程设计任务书要求，设计7个音符信号，利用matlab设计对应7个虚拟琴键，没按下一次琴键，通过串口通讯技术，对单片机传送，单片机对接收到的信号进行识别，启动蜂鸣器发出相应频率的音调，同时控制LED显示琴键音节数字和16*16LED点阵显示琴键音节字符。扩展部分：编制一段简单旋律自动输出。 下面具体介绍上位机控制实现部分。下位机控制和实现部分见单片机课程设计报告。 在matlab中主要涉及的问题是：第一，设计7种不同频率的信号发生器对应七种不同的音调；第二，对这七种不同频率的信号进行时域和频域分析，计算一些参数值进行对比；第三，学会使用GUI界面，设计虚拟电子琴界面，其中包括时域和频域图形显示模块，频率，幅值等参数显示模块，虚拟琴键模块等。 第三章 信号处理模块基本原理 一、常用的虚拟信号发生器一般可产生正弦信号，方波新号，三角波信号，锯齿波信号，脉冲信号，阶跃信号，斜坡信号等。对应的数字信号又可称为离散信号，即时间为离散变量的信号。它只是在离散时间上给出的函数值，是时间上不连续的序列。离散时间的间隔是均匀的，以表示。的值是由信号的采样频率决定。为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成份为2倍。这是采样的基本法则，成为采样定理。 Matlab程序提供了常用的各种基本信号的生成函数。本设计中主要应用正弦信号，直接调用matlab提供的函数。 二、正弦信号的实现 正弦信号的数学表达式如下（2.1）所示 （2.1） 其中：A为幅值；为频率；为相位。 在matlab中，将时间变量离散化并构成一个一维数组，如下式（2.2）所示