1、電子信息工程學(xué)院DSP技術(shù)及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目：基于MATLAB的數(shù)字電子琴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 專業(yè)班級(jí)：通信工程專業(yè) 二一三 年 六 月 十三 日目 錄一、設(shè)計(jì)目的1二、設(shè)計(jì)要求1三、設(shè)計(jì)原理及方案2四、軟件流程2五、調(diào)試分析5六、設(shè)計(jì)總結(jié)6 七、參考文獻(xiàn)61、 設(shè)計(jì)目的1、 熟悉matlab的軟件環(huán)境，掌握信號(hào)處理的方法，能在matlab的環(huán)境下完成對(duì)信號(hào)的基本處理；2、學(xué)會(huì)使用matlab的GUI控件編輯圖形用戶界面；3、了解matlab中一些常用函數(shù)的使用及常用運(yùn)算符，并能使用函數(shù)完成基本的信號(hào)處理；2、 設(shè)計(jì)要求數(shù)字電子琴的功能是基于數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的，通過條用數(shù)字信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一系列

2、指定的頻率的聲音，從而達(dá)到虛擬的電子琴的功能。具體功能如下：1、 界面中包含do/rai/mi共7個(gè)琴鍵，鼠標(biāo)按下時(shí)即時(shí)發(fā)聲0.5秒；并可通過鍵盤敲擊按鍵進(jìn)行琴音播放；2、 可播放wav格式文件；3、 進(jìn)行圖形繪制，可選擇輸出方波、正弦波等；4、 將該正弦信號(hào)函數(shù)使用plot函數(shù)將正弦函數(shù)圖形界面展示出來；5、 根據(jù)所取的取樣的時(shí)間長度不同時(shí)每個(gè)音階發(fā)出的聲音長度不同；6、 通過每個(gè)按鍵關(guān)聯(lián)鍵盤，實(shí)現(xiàn)鍵盤彈琴功能；7、 通過一個(gè)edit窗口，關(guān)聯(lián)按鍵，是GUI界面可顯示所按下按鍵的音階；8、 通過添加播放與暫停按鈕，可對(duì)edit窗口中的音階進(jìn)行播放的暫停操作；9、 GUI右上角有幫助菜單，彈出

3、messagebox提示用戶；10、 不同音調(diào)的選擇，可選擇C調(diào)，升C調(diào)等不同音調(diào)；11、 通過加入不同程度的衰減和諧波分量實(shí)現(xiàn)不同音色的選擇；12、 加載本地電腦中以存儲(chǔ)好的音符文檔進(jìn)行演奏的功能；13、 當(dāng)彈奏出錯(cuò)時(shí)，將剛彈奏出錯(cuò)的音符刪除的功能；14、 可以實(shí)現(xiàn)黑鍵半音功能。三、設(shè)計(jì)原理及方案1、原理圖開始產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)檢測并接收用戶輸入：波形、幅值、頻率、初始相位初始化（歡迎界面）顯示波形保存用戶輸入音階加載音階驅(qū)動(dòng)聲卡發(fā)出聲音 圖12、原理圖說明 上圖為數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生器的原理圖，由于不同聲音的頻率不同，因此，用MATLAB產(chǎn)生不同的頻率的信號(hào)，然后加載到聲卡，即可產(chǎn)生不同的聲音（1） 初

4、始化：點(diǎn)擊其中一個(gè).M文件。進(jìn)入歡迎界面，歡迎界面，點(diǎn)擊歡迎界面中進(jìn)入程序按鈕，進(jìn)入主程序。（2） 檢測并接收用戶輸入：通過點(diǎn)擊GUI界面中預(yù)設(shè)值好的音階按鈕，對(duì)應(yīng)讓MATLAB中產(chǎn)生不同頻率的正弦單頻信號(hào)。（3） 存用戶輸入的音階：用戶輸入音階后，在GUI 窗口中會(huì)有對(duì)應(yīng)的音符顯示，點(diǎn)擊保存，即可將這些字符保存為一個(gè),txt文件。（4） 加載音階：選擇打開加載音符，點(diǎn)擊暫停播放，即可將之前保存好的音符進(jìn)行播放。（5） 產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)：對(duì)應(yīng)不同的按鍵產(chǎn)生不同的正弦數(shù)字信號(hào)。（6） 波形線束：通過不同的信號(hào)，畫出不同的信號(hào)的時(shí)域與頻域圖。（7） 驅(qū)動(dòng)聲卡：發(fā)出聲音。四、軟件流程 Matlab是一個(gè)

5、具有數(shù)值分析、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等功能的工程實(shí)用軟件。本文介紹了一種使用GUI工具箱，用Matlab實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。并在此基礎(chǔ)上，利用聲卡，實(shí)現(xiàn)了簡易的數(shù)字電子琴。 具體軟件流程如下:（1）搭建GUI界面圖形用戶界面（Graphical User Interface，簡稱 GUI，又稱圖形用戶接口）是指采用圖形方式顯示的計(jì)算機(jī)操作用戶界面。Matlab環(huán)境下的圖形用戶界面（GUI）是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說明等對(duì)象（Objects）構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過一定的方法（如鼠標(biāo)或鍵盤）選擇、激活這些圖形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化。做好的GU

6、I界面分別如圖2、圖3所示： 圖2 圖3（2） 編寫.M文件 搭建好GUI界面后，點(diǎn)擊“保存”按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)生成M文件與Fig文件各一個(gè)，并且M文件內(nèi)部已經(jīng)按照GUI界面中組件的類別，分別自動(dòng)生成了相應(yīng)的模塊調(diào)用函數(shù)。根據(jù)需需要，我們對(duì)生成的各個(gè)函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充，完成函數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)及各個(gè)函數(shù)的調(diào)用關(guān)系。本次實(shí)驗(yàn)主要對(duì)控件的回調(diào)函數(shù)（callback）下寫入相應(yīng)的程序，該程序相當(dāng)于一個(gè)將前后面板連接起來的紐帶，在數(shù)字信號(hào)生成中作用很大。主要源程序文件如下：信號(hào)產(chǎn)生部分：global nglobal m;global yc;b=-9,-8,-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4

7、,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26c=b(t);f=440*2(c+m)/12);%C調(diào) D調(diào)改變mfs=10*fx=0:(1/fs):ycswitch yc case 0.25 d=-4 case 0.5 d=-2 case 1 d=-2switch n case 3 y=exp(d*x).*sin(2*pi*f*x)+0.2*exp(d*x).*sin(2*pi*f*3*x)+0.3*exp(d*x).*sin(2*pi*f*3*x)+0.4*exp(d*x).*sin(2*pi*f*4*x)+0.5*

8、exp(d*x).*sin(2*pi*f*5*x) case 1 y=sin(2*pi*f*x) case 2 y=exp(d*x).*sin(2*pi*f*x)end繪圖部分：subplot(2,1,1)plot(x,y);axis(0,yc,-2,2)xlabel(時(shí)間/s)ylabel(幅度)grid on;subplot(2,1,2)Y=abs(fft(y)plot(Y)xlabel(頻率/Hz)ylabel(幅度)grid on%axis(0,yc,-2,2);wavplay(y,fs,async);五、調(diào)試分析 在軟件設(shè)計(jì)過程中遇到了許多困難，以下選擇幾點(diǎn)主要的進(jìn)行分析說明： 1、

9、?；盏娘@示問題：由于本作品想添加?；?，創(chuàng)建了一個(gè)axes坐標(biāo)，但是始終在該坐標(biāo)上無法顯示我們預(yù)設(shè)好的?；?qǐng)D片。 解決方案：在圖片顯示子函數(shù)imshow后加上要顯示的坐標(biāo)，即可將圖片顯示在于設(shè)置的坐標(biāo)上。 2、音階的保存:將輸入的音符進(jìn)行保存為txt文本文件時(shí)，保存時(shí)是按字符串格式保存的，再次加載時(shí)，卻是按照字符進(jìn)行加載，到時(shí)要回刪一個(gè)音階時(shí)，將之前所有以保存的音階會(huì)全部刪除。 解決方案：讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用大括號(hào)，使數(shù)據(jù)為一個(gè)cell型數(shù)組。 3、GUI背景設(shè)置問題：為了美化界面，我們想到使用背景圖片，但是由于MATLAB中沒有該加載背景圖片的功能，因此始終無法加載圖片 解決方案：經(jīng)過上網(wǎng)搜尋方案，

10、想到在GUI界面中建一個(gè)坐標(biāo)覆蓋整個(gè)界面，然后圖片加載到該坐標(biāo)中，使bring back功能將該圖片作為背景。 4、在EDIT窗口中顯示字符問題：開始設(shè)想在一個(gè)EDIT窗口中實(shí)時(shí)顯示按下的音階，但是始終無法實(shí)現(xiàn)該功能解決方法：使用MATLAB中的set與get函數(shù)，最終的以實(shí)現(xiàn)。6、 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過本次實(shí)驗(yàn)，掌握了GUI界面的搭建，對(duì)matlab中常見的函數(shù)有了深刻的認(rèn)識(shí)。在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)matlab是個(gè)很強(qiáng)大的軟件，可惜自己對(duì)它的認(rèn)識(shí)太少，以后還得自己學(xué)習(xí)。同時(shí)，這次制作數(shù)字電子琴，通過晚上查找資料，也對(duì)一些音律方面的知識(shí)有很多的認(rèn)識(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，存在著很多問題，在韓萍老師及何煒琨老師的悉心指導(dǎo)下，最終一個(gè)一個(gè)解決了，通過這次試驗(yàn)，自己獲益匪淺。七、參考