基于MATLAB的數(shù)字信號發(fā)生器報告

1、基于MATLAB的數(shù)字信號發(fā)生器設計報告摘 要：數(shù)字信號發(fā)生器是基于軟硬件實現(xiàn)的一種波形發(fā)生儀器。在工工程實踐中需要檢測和分析的各種復雜信號均可分解成各簡單信號之和，而這些簡單信號皆可由數(shù)字信號發(fā)生器模擬產生，因此它在工程分析和實驗教學有著廣泛的應用。MATLAB是一個數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強大的工程實用軟件，他的數(shù)據(jù)采集工具箱為實現(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)字信號處理方面方便實用。本文介紹了使用MATLAB建立一個簡單數(shù)字信號發(fā)生器的基本流程，并詳細敘述了簡單波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波、白噪聲）信號的具體實現(xiàn)方法。關鍵字：MATLAB ，數(shù)字信號發(fā)生器1 前言隨

2、著計算機軟硬件技術的發(fā)展，越來越多現(xiàn)實物品的功能能夠由計算機實現(xiàn)。信號發(fā)生器原本是模擬電子技術發(fā)展的產物，到后來的數(shù)字信號發(fā)生器也是通過硬件實現(xiàn)的，本文將給出通過計算機軟件實現(xiàn)的數(shù)字信號發(fā)生器。信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應用于電子技術實驗、自控系統(tǒng)和科學研究等領域。傳統(tǒng)的臺式儀器如任意函數(shù)發(fā)生器等加工工藝復雜、價格高、儀器面板單調、數(shù)據(jù)存儲、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解決了這些問題。Matlab是一個數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強大的工程實用軟件，他的數(shù)據(jù)采集工具箱（data acquisition toolbox）為實現(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現(xiàn)對外部物理世界的信號輸出和輸入。根據(jù)聲卡輸出信號的原理，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，有效地實現(xiàn)信號發(fā)生器的基本功能。2 方案設計要設計的數(shù)字信號有正弦信號、方波信號、三角波、鋸齒波、白噪聲、脈沖信號。其中，前五種波形都可以利用MATLAB提供的函數(shù)實現(xiàn)，并根據(jù)輸入的幅值、相位、頻率等信息進行調整。脈沖信號由自己編寫程序實現(xiàn)，并以定義的時間節(jié)點控制脈沖出現(xiàn)的時刻。2.1 正弦信號的實現(xiàn)正弦波信號的數(shù)學表達式如2.1， 2.1其中：為幅值； 為頻率； 為相位。在MATLAB中，相應的

4、數(shù)字信號可以由下式2.2計算， 2.2式中時間變量t可構造為一個一維數(shù)組，并由式2.3進行付值， 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 方波信號實現(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)獲得對應y坐標值，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現(xiàn)這兩種波形的y坐標表達式皆要借助于sawtooth命令。Sawtooth(t)用于產生周期為，幅值從-1 +1的鋸齒波，波形的斜率為。Sawtooth(t，width)用于產

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

6、用于各種操作的開始控制；雙擊各個控件并修改其顏色、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，自動生成包含各控件回調函數(shù)在內的m文件。點擊保存時可以修改fig及m文件名。系統(tǒng)自動生成的m文件包括：function varargout = signalgenerator(varargin)function signalgenerator_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)function varargout = signalgenerator_OutputFcn(hObject, eventdata,

7、 handles以及各個控件對應的回調函數(shù)的框架，如：function a_Callback(hObject, eventdata, handles)等等。在前面已經(jīng)介紹了各個波形的實現(xiàn)原理及方法，現(xiàn)僅以正弦函數(shù)的實現(xiàn)為例介紹回調函數(shù)的使用及編輯?；卣{函數(shù)即在一定的操作下自動執(zhí)行的指令代碼。注意回調函數(shù)中定義的變量只在其內部有效。正弦波按鈕的回調函數(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 ;%按設定的采樣頻率將時間均勻分割y=a*sin(2*pi*(f*t+x/360);plot(t,y);wavplay(y);%播放生成的信號grid on;i=10;if a<I %定義了不同情況下x軸及y軸上的坐標顯示范圍 axis(0,0.5,-i,i); else axis(0,0.5,-(a+1),(a+1);%超出預定值則重設坐標范圍end5系統(tǒng)調試和結果分析正弦波（2）三角波以下分

10、別是：（3）鋸齒波（4）方波4 6.結論及進一步設想由于是初次使用MATLAB的GUIDE模塊，在設計時暴露出了許多問題：（1） 對其界面和一些操作還不熟悉，直接導致編程中效率很低；（2） 對于基本的MATLAB語句和常用的函數(shù)的學習不系統(tǒng)，有時好的思路無法用MATLAB語言干凈利落的表達；（3） 在初期對句柄的理解不夠深刻，思路不夠清晰。5 7.參考文獻1 劉復華. 單片機及其應用系統(tǒng). 北京：清華大學出版社，19922 李斌，董慧穎. 可重組機器人研究和發(fā)展現(xiàn)狀. 沈陽工業(yè)學院學報，2000，課設體會在后面的學習中，我將更系統(tǒng)的學習MATLAB這一強大的工程軟件，爭取對他有一個宏觀的認識，

11、在此基礎上多進行編程練習，加強對常用函數(shù)和概念的記憶，最后，聯(lián)系實際，嘗試解決一些常見的工程問題。工程數(shù)字信號處理算法與實踐是一門理論與實踐相結合但更偏重于實踐的課程，對于提高我們學生自己的動手能力有很大的幫助。在課程的學習過程中，何嶺松老師一直強調學以致用，在每一階段給我們設置了一個任務，讓我們帶著問題去學習，從查找文獻到提取有用信息，從軟件安裝到實際操作，從編程到最后的調試，在這一過程中我自主能動性被激發(fā)出來，迫使我克服一個有一個難題。老師提倡的這種“無形”的自主學習方式，正是我接下來的研究生階段發(fā)現(xiàn)問題解決問題模式。通過這樣的一次訓練，我對今如何進行學習研究有了清晰的理解，在這里向他表示感謝。同時，在設計的完成過程中，我從實驗室?guī)熜帜抢锏玫搅藢氋F的建議和幫助，有時他們的一個字，一句話就讓我有醍醐灌頂，茅塞頓開之感。同時，寢室室友