信号处理课设,电子琴信号发生器的设计)介绍.doc

摘 要 这次课设我们做的是电子琴信号发生器，电子琴信号发生器是利用MATLAB的GUI工具，设计出虚拟数字信号发生器。每个音节均对应一个特定频率的信号，通过调用数字信号发生器产生一系列指定的频率的声音，实现虚拟电子琴的功能。这次主要做了GUI电子琴界面，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，频谱分析。 关键词：数字信号发生器；简易电子琴；MALTAB软件  目 录 1 一 设计原理 2 1.1 GUI界面搭建 2 1.2数字信号发生器设计原理 2 1.3 离散傅立叶变换（DFT） 3 1.4快速傅立叶变换（FFT） 3 1.5电子琴原理 4 二 详细设计 5 2.1 GUI界面设计 5 2.2 正弦信号的实现 5 2.3方波信号的实现 6 2.4三角波信号的实现 6 2.5锯齿波信号的实现 6 2.6白噪声信号的实现 6 2.7 MATLAB编程 7 三 仿真结果 9 总 结 13 参考文献 14 附 录 15 致 谢 22  前 言 随着信息时代和数字世界的到来,数字信号处理己成为当今一门极其重要的学科和技术领域,数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用，数字信号处理主要用的是MATLAB软件。 MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)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(Graphical User Interface，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GUI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。 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。在音乐世界中，每个音阶均对应一个特定频率的信号，通过调用数字信号发生器产生一系列指定的频率的声音，可以实现虚拟的电子琴的功能。界面中包含1、2、3、4、5、6、7共 7 个基础琴键，鼠标按下时即发声，松开时发声停止。同时能够产生正弦波、余弦波、方波、三角波等常见的波形的数字信号，然后将数字信号写入声卡的缓冲区，由声卡播放出相应的声音[2]。已知音乐的七个音阶的主频率分别是131Hz、147Hz、165Hz、175Hz、196Hz、220Hz和247Hz。 设计虚拟数字信号发生器和数字电子琴，可以加深对信号处理概念的理解，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。 一 设计原理 1.1 GUI界面搭建 图形用户界面（Graphical User Interface，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[3]。 MATLAB环境下的图形用户界面（GUI）是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（Objects）构成的一个用户界面。用户通过一定的方法（如鼠标或键盘）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等。MATLAB的用户，在指令窗中运行demo 打开那图形界面后，只要用鼠标进行选择和点击， 就可产生丰富的内容。 1.2数字信号发生器设计原理 把一般的正弦波、方波、三角波、锯齿波等波形进行采样，实现离散化，离散时间的间隔是均匀的，以表示。的值由信号的采样频率fs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分的2倍。时域抽样定理给出了连续信号抽样过程中信号不失真的约束条件：对于基带信号，信号抽样频率 大于等于2倍的信号最高频率 ，即 。时域抽样是把连续信号 变成适于数字系统处理的离散信号 。对连续信号 以间隔T抽样，则可得到的离散序列为 。 图1-1 连续信号抽样的离散序列 若 ，则信号 与 的频谱之间存在： (1-1)