基于MATLAB的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器報(bào)告

1、基于MATLAB的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告摘 要：數(shù)字信號(hào)發(fā)生器是基于軟硬件實(shí)現(xiàn)的一種波形發(fā)生儀器。在工工程實(shí)踐中需要檢測(cè)和分析的各種復(fù)雜信號(hào)均可分解成各簡(jiǎn)單信號(hào)之和，而這些簡(jiǎn)單信號(hào)皆可由數(shù)字信號(hào)發(fā)生器模擬產(chǎn)生，因此它在工程分析和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著廣泛的應(yīng)用。MATLAB是一個(gè)數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大的工程實(shí)用軟件，他的數(shù)據(jù)采集工具箱為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出提供了十分方便的函數(shù)和命令，在數(shù)字信號(hào)處理方面方便實(shí)用。本文介紹了使用MATLAB建立一個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的基本流程，并詳細(xì)敘述了簡(jiǎn)單波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波、白噪聲）信號(hào)的具體實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵字：MATLAB ，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器1 前言隨

2、著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，越來越多現(xiàn)實(shí)物品的功能能夠由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。信號(hào)發(fā)生器原本是模擬電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，到后來的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器也是通過硬件實(shí)現(xiàn)的，本文將給出通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、自控系統(tǒng)和科學(xué)研究等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的臺(tái)式儀器如任意函數(shù)發(fā)生器等加工工藝復(fù)雜、價(jià)格高、儀器面板單調(diào)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理不方便。以Matlab和LabVlEW為代表的軟件的出現(xiàn)，輕松地用虛擬儀器技術(shù)解決了這些問題。Matlab是一個(gè)數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大的工程實(shí)用軟件，他的數(shù)據(jù)采集工具箱（data acquisition toolbox）為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸

3、出提供了十分方便的函數(shù)和命令，利用這些函數(shù)和命令可以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)外部物理世界的信號(hào)輸出和輸入。根據(jù)聲卡輸出信號(hào)的原理，采用Matlab軟件編程，可以方便地輸出所需要的正弦波、三角波、方波等多種信號(hào)，有效地實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器的基本功能。2 方案設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)的數(shù)字信號(hào)有正弦信號(hào)、方波信號(hào)、三角波、鋸齒波、白噪聲、脈沖信號(hào)。其中，前五種波形都可以利用MATLAB提供的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)輸入的幅值、相位、頻率等信息進(jìn)行調(diào)整。脈沖信號(hào)由自己編寫程序?qū)崿F(xiàn)，并以定義的時(shí)間節(jié)點(diǎn)控制脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻。2.1 正弦信號(hào)的實(shí)現(xiàn)正弦波信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如2.1， 2.1其中：為幅值； 為頻率； 為相位。在MATLAB中，相應(yīng)的

4、數(shù)字信號(hào)可以由下式2.2計(jì)算， 2.2式中時(shí)間變量t可構(gòu)造為一個(gè)一維數(shù)組，并由式2.3進(jìn)行付值， 2.3其中：采樣頻率。幅值、頻率、相位、采樣頻率等在用戶界面輸入。在t與y的表達(dá)式都得到以后，用plot二維作圖函數(shù)獲得波形顯示。2.2 方波信號(hào)實(shí)現(xiàn)像正弦波一樣，從用戶界面獲得幅值、頻率、相位、采樣頻率等信息，用square函數(shù)獲得對(duì)應(yīng)y坐標(biāo)值，用plot繪圖，格式如式2.4 2.4其中，占空比。2.3 三角波和鋸齒波的實(shí)現(xiàn)這兩種波形的y坐標(biāo)表達(dá)式皆要借助于sawtooth命令。Sawtooth(t)用于產(chǎn)生周期為，幅值從-1 +1的鋸齒波，波形的斜率為。Sawtooth(t，width)用于產(chǎn)

5、生三角波，其中width是取值介于0和1之間的一個(gè)參數(shù)，它決定了在一個(gè)周期中峰值的發(fā)生點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中取width=0.5，可以獲得標(biāo)準(zhǔn)形狀的三角波。完整y坐標(biāo)表達(dá)式如式2.5， 2.5 3 硬件電路的工作原理（1）圖形界面設(shè)計(jì)打開MATLAB，新建一個(gè)空白的圖形界面文件，計(jì)算需要添加的控件種類及個(gè)數(shù)并設(shè)計(jì)它們的布局。（a） 添加1個(gè)axes控件，用于顯示波形；（b） 添加5個(gè)static text 控件作為窗口說明使用；（c） 添加4個(gè)Slider 控件用于輸入幅值、頻率等信號(hào)信息；（d） 添加4個(gè)edit text 控件用于顯示幅值、頻率等信號(hào)信息；（e） 添加7個(gè)push button 空間

6、用于各種操作的開始控制；雙擊各個(gè)控件并修改其顏色、大小及string屬性。得到界面如下：4軟件編程界面控件及布局創(chuàng)建完成以后，自動(dòng)生成包含各控件回調(diào)函數(shù)在內(nèi)的m文件。點(diǎn)擊保存時(shí)可以修改fig及m文件名。系統(tǒng)自動(dòng)生成的m文件包括：function varargout = signalgenerator(varargin)function signalgenerator_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)function varargout = signalgenerator_OutputFcn(hObject, eventdata,

7、 handles以及各個(gè)控件對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)的框架，如：function a_Callback(hObject, eventdata, handles)等等。在前面已經(jīng)介紹了各個(gè)波形的實(shí)現(xiàn)原理及方法，現(xiàn)僅以正弦函數(shù)的實(shí)現(xiàn)為例介紹回調(diào)函數(shù)的使用及編輯?；卣{(diào)函數(shù)即在一定的操作下自動(dòng)執(zhí)行的指令代碼。注意回調(diào)函數(shù)中定義的變量只在其內(nèi)部有效。正弦波按鈕的回調(diào)函數(shù)如下：% - Executes on button press in pushbuttonzhengxian.function pushbuttonzhengxian_Callback(hObject, eventdata, handles)% h

8、Object handle to pushbuttonzhengxian (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)a=str2double(get(handles.editFUZHI,'String');f=str2double(get(handles.editPINLU,'String');x=str2double(get(hand

9、les.editXIANGWEI,'String');cf=str2double(get(handles.editk,'String');t=0:1/cf:0.5 ;%按設(shè)定的采樣頻率將時(shí)間均勻分割y=a*sin(2*pi*(f*t+x/360);plot(t,y);wavplay(y);%播放生成的信號(hào)grid on;i=10;if a<I %定義了不同情況下x軸及y軸上的坐標(biāo)顯示范圍 axis(0,0.5,-i,i); else axis(0,0.5,-(a+1),(a+1);%超出預(yù)定值則重設(shè)坐標(biāo)范圍end5系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析正弦波（2）三角波以下分

10、別是：（3）鋸齒波（4）方波4 6.結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想由于是初次使用MATLAB的GUIDE模塊，在設(shè)計(jì)時(shí)暴露出了許多問題：（1） 對(duì)其界面和一些操作還不熟悉，直接導(dǎo)致編程中效率很低；（2） 對(duì)于基本的MATLAB語句和常用的函數(shù)的學(xué)習(xí)不系統(tǒng)，有時(shí)好的思路無法用MATLAB語言干凈利落的表達(dá)；（3） 在初期對(duì)句柄的理解不夠深刻，思路不夠清晰。5 7.參考文獻(xiàn)1 劉復(fù)華. 單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng). 北京：清華大學(xué)出版社，19922 李斌，董慧穎. 可重組機(jī)器人研究和發(fā)展現(xiàn)狀. 沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，課設(shè)體會(huì)在后面的學(xué)習(xí)中，我將更系統(tǒng)的學(xué)習(xí)MATLAB這一強(qiáng)大的工程軟件，爭(zhēng)取對(duì)他有一個(gè)宏觀的認(rèn)識(shí)，

11、在此基礎(chǔ)上多進(jìn)行編程練習(xí)，加強(qiáng)對(duì)常用函數(shù)和概念的記憶，最后，聯(lián)系實(shí)際，嘗試解決一些常見的工程問題。工程數(shù)字信號(hào)處理算法與實(shí)踐是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合但更偏重于實(shí)踐的課程，對(duì)于提高我們學(xué)生自己的動(dòng)手能力有很大的幫助。在課程的學(xué)習(xí)過程中，何嶺松老師一直強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，在每一階段給我們?cè)O(shè)置了一個(gè)任務(wù)，讓我們帶著問題去學(xué)習(xí)，從查找文獻(xiàn)到提取有用信息，從軟件安裝到實(shí)際操作，從編程到最后的調(diào)試，在這一過程中我自主能動(dòng)性被激發(fā)出來，迫使我克服一個(gè)有一個(gè)難題。老師提倡的這種“無形”的自主學(xué)習(xí)方式，正是我接下來的研究生階段發(fā)現(xiàn)問題解決問題模式。通過這樣的一次訓(xùn)練，我對(duì)今如何進(jìn)行學(xué)習(xí)研究有了清晰的理解，在這里向他表示感謝。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的完成過程中，我從實(shí)驗(yàn)室?guī)熜帜抢锏玫搅藢氋F的建議和幫助，有時(shí)他們的一個(gè)字，一句話就讓我有醍醐灌頂，茅塞頓開之感。同時(shí)，寢室室友