Matlab課程設(shè)計報告整理資料

PAGEPAGE7《MATLAB實踐》課程設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：目錄1.設(shè)計目的………32.題目分析………33.總體設(shè)計………34.具體設(shè)計………45.小結(jié)和心得……………………76.參考文獻………87.附錄………81、設(shè)計目的運用MATLAB實現(xiàn)MATLAB的GUI程序設(shè)計。培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，增強學(xué)生的程序設(shè)計能力和解決實際問題的能力。通過MATLAB實踐設(shè)計的訓(xùn)練，提高學(xué)生對已學(xué)相關(guān)專業(yè)知識的掌握和應(yīng)用水平。通過學(xué)習(xí)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生樹立如何運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程來選擇設(shè)計題目，并培養(yǎng)學(xué)生合理安排實現(xiàn)設(shè)計的基本程序流程，利用強大的仿真功能與豐富的工具箱來制作、調(diào)試、評價自己設(shè)計的作品。通過課程實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生將已學(xué)課程基礎(chǔ)理論與實踐環(huán)節(jié)實際相結(jié)合。提高學(xué)生實踐動手能力，為日后參加工作奠定一定的實踐基礎(chǔ)。也讓我們明白了程序設(shè)計和MATLAB軟件的應(yīng)用。2、題目分析學(xué)習(xí)MATLABGUI程序設(shè)計，設(shè)計和實現(xiàn)一個音樂鍵盤仿真系統(tǒng)。要求：按照軟件工程方法，根據(jù)需求進行程序的功能分析和界面設(shè)計，給出設(shè)計詳細說明。然后按照自己擬定的功能要求進行程序設(shè)計和調(diào)試。以下幾點是程序的功能：（1）設(shè)計音樂鍵盤GUI界面，實現(xiàn)單音鍵盤的發(fā)聲。（2）實現(xiàn)鍵盤的雙音多頻，即每個鍵盤對應(yīng)低音頻組的一個頻率和高音頻組的一個頻率，實現(xiàn)按鍵的發(fā)出雙音。（3）能改變音樂包絡(luò)形式，實現(xiàn)音型的改變。（4）能夠演奏一段音樂。（5）能夠顯示集成音樂的曲譜，并且將之播放。（6）能夠在動態(tài)框輸入想要的曲譜，并且將之播放。（7）能夠讀取電腦鍵盤的相應(yīng)，發(fā)出與鋼琴鍵盤對應(yīng)的聲音3、總體設(shè)計3.1功能模塊（1）鋼琴鍵盤：先選擇音高和包絡(luò)，點擊鋼琴鍵盤即可發(fā)音。（2）電腦鍵盤：先選擇音高和包絡(luò)，點擊相應(yīng)電腦鍵盤即可發(fā)音。（3）音高和包絡(luò)的選擇：從菜單欄選擇。（4）自主輸入曲譜和播放：從動態(tài)框輸入曲譜并播放。（5）集成曲目的選擇和播放：從菜單欄選擇并播放。（6）使用指南、關(guān)于軟件、退出：從菜單欄選擇。3.2軟件設(shè)計思路4、具體設(shè)計4.1總體界面設(shè)置通過這次的設(shè)計，總共實現(xiàn)了以下五個功能模塊，其中包括：1.音樂鍵盤GUI界面的設(shè)置，包括界面畫面的設(shè)置。2.這次總共用了實現(xiàn)單音鍵盤的發(fā)聲。3.實現(xiàn)鍵盤的雙音多頻，即每個鍵盤對應(yīng)低音頻組的一個頻率和高音頻組的一個頻率，實現(xiàn)按鍵的發(fā)出雙音。4.實現(xiàn)音型的改變，能改變音樂包絡(luò)形式。5.能夠演奏一段音樂，音樂的名字是小星星。4.2，各個功能模塊實現(xiàn)第一點，界面的設(shè)置：這次共用了12個鍵盤。及其七個圖相框，其中鍵盤一組之間共12鍵，7個白鍵，5個黑鍵，按規(guī)定每相鄰半音的頻率比值為12√2=1.059463，還有一個靜態(tài)文檔，一個文本框組成。圖片采用以下圖片和及其應(yīng)用程序。第二點，實現(xiàn)單音的發(fā)音。單音的發(fā)音主要是老師給的一個程序，通過更改n的值可以改變音的長短，改變f00的頻率就可以改變音質(zhì)，f0000=sin(f00*2*pi*n);是一個主音頻率，soundsc(f0000);是播放聲音。k=2.^(1/12);f00=220;n=0:1/8000:1;f0000=sin(f00*2*pi*n);soundsc(f0000);第三點，實現(xiàn)鍵盤的雙音多頻。通過在單音的基礎(chǔ)上加上一個諧波或者多個諧波，讓主音頻率出現(xiàn)疊加。這個不僅可以讓音質(zhì)得到根本上的提高，也可以調(diào)節(jié)聲音讓其變的更加悅耳。k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^12);n=0:1/8000:0.3;f0000=(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);第四點，實現(xiàn)音型的改變，能改變音樂包絡(luò)形式。這個主要是在f0000的單音或者多音的基礎(chǔ)上加上一個包絡(luò)，可以用方波，鋸齒波，三角波等函數(shù)和它相乘第五點，能夠演奏一段音樂，音樂的名字是小星星。這個原理主要是通過根據(jù)譜來使得一個個音來拼湊而成，在改變一下它的播音時間，就可以較為連貫的播出。具體程序參見附錄。4.3各模塊的調(diào)試結(jié)果。4.3.1，能夠通過單音播放音樂，根據(jù)老師所給的單音，可以讓鍵盤播出一個拉長的音，通過更改n的間隔范圍或者取值范圍可以讓音變得拉長或者變短。本題通過把0到0.3之間取值范圍為8000份。經(jīng)過調(diào)試可以成功。4.3.2，多音多頻的調(diào)節(jié)主要是在于主函數(shù)加上的其他諧波函數(shù)，這次是加上0.5.*sin（f00*4*pi*n），當然也可以加上更多的諧波，讓音質(zhì)得到一定的變更，此次調(diào)試也得到了成功。4.3.3，包絡(luò)的添加及其改變主要還是通過包絡(luò)函數(shù)，本次采用的是e指數(shù)的衰減函數(shù)，當然可以添加其他的包絡(luò)，這樣的添加效果可以改變音質(zhì)，聽出來的感覺與沒有加包絡(luò)的感覺是不一樣的。同理其他包絡(luò)也是一樣。起初添加的包絡(luò)和函數(shù)沒有匹配，導(dǎo)致演奏不出來，經(jīng)過檢查得到了改正。4.3.4，歌曲的添加，這次添加的歌曲通過百度得到小星星的歌譜，然后在通過疊加得到了這首，當然添加其他的也行。起初，聽起來的聲音是拉長音，通過更改n的值得以連貫。5、小結(jié)和心得通過這次實踐，讓我學(xué)到了很多，明白了很多。首先在第一節(jié)課鄭老師講的MATLAB的GUI界面設(shè)置包括各個鍵的功能以及回調(diào)函數(shù)的應(yīng)用和通過課后的練習(xí)，讓我對這次實踐有了進一步的理論和實踐基礎(chǔ)。在寫下MATLAB設(shè)計任務(wù)安排的時候，期間的進度由于事先沒有寫詳細以至于在安排的進度上出現(xiàn)了小差錯，導(dǎo)致做出來的作品不夠完善。在摸索的道路上慢慢前行，在第一周的時候做出了單音，在通過問老師，同學(xué)和上網(wǎng)查找資料的基礎(chǔ)上，慢慢加上了包絡(luò)，和雙音雙頻等，經(jīng)過這次的親自實踐熟悉和掌握MATLAB程序設(shè)計方法，掌握了最基礎(chǔ)的MATLABGUI程序設(shè)計，學(xué)習(xí)了音樂合成基本知識。當然這次實驗也存在著不足，雖然懂的添加文本選擇框，但是卻沒有正確的回調(diào)函數(shù)讓其運行，使得能夠添加更多的功能和演奏項目。雖然用了ifelse但是還是不行，通過老師的指導(dǎo)用swithcase但是中途中還是出現(xiàn)了不足之處，系統(tǒng)提示出現(xiàn)錯誤，所以經(jīng)過這次的實踐也讓自己明白了一個人的力量是有限了，需要和同學(xué)們進行商量與討論。經(jīng)過這次MATLAB實踐課，充分的讓自己嘗試的結(jié)果得到體驗與能力得到體現(xiàn)。相信不僅僅通過這門課讓自己在畢業(yè)前得到了一次很好的鍛煉，更是希望能夠引以為鑒，爭取在程序中得到加強，在其他設(shè)計方面得到進一步突破，讓自己不斷積累經(jīng)驗。通過這個也讓我明白了這門課的有趣與神奇。以下是經(jīng)過整改和修正后的最終圖片，功能在過程中在添加文本中失敗，以及程序最終沒能夠成功，以至于用簡單的程序完成此次的實踐，雖然這門課程結(jié)束了，但是也希望自己能夠在接下來中更加的出色。6、參考書目：[1]《MATLAB實用教程》鄭阿奇電子工業(yè)出版社[2]《信號系統(tǒng)-MATLAB綜合實驗》谷源濤高等教育出版社[3]基MATLAB的信號與系統(tǒng)試教程徐利民舒軍編著清華大學(xué)出版社[4]信號與系統(tǒng)—MATLAB綜合實驗谷源濤高等教育出版社7、附錄7.1一閃一閃亮晶晶歌曲程序附錄k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^3);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^3);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^10);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^10);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^12);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^12);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^10);n=0:1/8000:1;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^8);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^8);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^7);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^7);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^5);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^5);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^3);n=0:1/8000:1;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^10);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^10);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^8);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^8);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^7);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^7);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^5);n=0:1/8000:1;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^10);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^10);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^8);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^8);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^7);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^7);n=0:1/8000:0.3;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);k=2.^(1/12);f00=220.*(k.^5);n=0:1/8000:1;x=exp(-2*n);f0000=x.*(sin(f00*2*pi*n)+0.5*sin(f00*4*pi*n));soundsc(f0000);7.2樂音基本知識聲音是由物體振動（如聲帶琴弦等）產(chǎn)生的波,人類能聽到的聲音頻率范圍集中在10-20kHZ，低于該范圍的聲波稱次聲波，高于該范圍的稱為超聲波。聲音的強弱由振幅決定人耳聽力范圍為0-120dB左右。聲音的頻率和振幅會隨著時間的改變而改變，并最終趨于靜止，一般把聲音的發(fā)展過程分為四個階段，分別為觸發(fā)，衰減，保持和消失，這四個階段稱為“包絡(luò)”，包絡(luò)時間就是一個聲音的長短。音樂是樂音隨時間流動而形成的藝術(shù)。從信號系統(tǒng)的角度看，音樂就是周期信號頻率隨著時間變化的一種表述，樂譜上的每個音符表達了此時此刻規(guī)定出現(xiàn)的信號頻率和持續(xù)時間。[1]音樂曲調(diào)由音階組成，音階由音組成。不同的音有不同的振動頻率，聲音振動的頻率決定了的音符的音高（pitch）。人們選取一定頻率的音符來形成音樂體系所需要的音高。不同音高的樂音，用CDEFGAB表示的，這七個拉丁字母就是樂音的音名（PitchName）。音名對應(yīng)固定的基波信號頻率，如每秒振動440次的聲音是目前國際通用的標準音A。物體振動發(fā)音往往包含復(fù)雜的頻譜結(jié)構(gòu)，如小提琴，A弦振動時，除了產(chǎn)生主要的基音頻率（440HZ）還產(chǎn)生基音的1/2，1/3，1/4頻率的泛音。如果過一個物體振動所發(fā)出的泛音為基音的整數(shù)倍，這個音具有清晰可辨的音高，而噪音通常不具備該條件。我們把這些按順序排列的泛音稱為泛音列，由于不同物體有不同特征的泛音列，這些泛音列的排列也就構(gòu)成了聲音的特性：音質(zhì)。因此，樂音的基本特征可以用基波頻率，諧波頻率和包絡(luò)波形三方面描述。7.2.1樂音的基波十二平均律（十二等程律）是將8度的音程（2倍頻程）按頻率等比率地分成十二等分，每一等份稱為一個半音即小二度。一個大二度（即全音）則是兩等份。半音是十二平均律組織中最小的音高距離。升高半音用“#”符號表示，降低半音用“b”符號表示。十二平均律在交響樂隊和鍵盤樂器中得到廣泛使用，現(xiàn)在的鋼琴即是根據(jù)十二平均律來定音的。如：小字組a（對應(yīng)鋼琴鍵是37）的頻率值小字1組a1（對應(yīng)鋼琴鍵是49A）的頻率值從小字組到小字一組之間共12鍵，7個白鍵，5個黑鍵，按規(guī)定每相鄰半音的頻率比值為12√2=1.059463，根據(jù)這規(guī)定，就可以得出鋼琴上每一個琴鍵音的頻率。用CDEFGAG來表示不同的音名，一次唱成do,re,mi,sol,la,si（簡譜：1234567）又稱唱名（syllablenames）。每個唱名并未固定基波頻率，當指定樂曲的音調(diào)時才知道此時對應(yīng)的音名，亦即確定了對應(yīng)的頻率值。例如，若指定樂曲為C調(diào)，此時唱名與音名的對應(yīng)關(guān)系如下圖所示：可見，1音對應(yīng)頻率261.63Hz。還可以看出，34和7i唱名之間對應(yīng)半音，其余唱名之間對應(yīng)全音。如果改為F調(diào)，唱名和音名的對應(yīng)關(guān)系如下圖所示其中，它的1對應(yīng)F，頻率值為349.23Hz，為了保持34之間的半音規(guī)律，4對應(yīng)bB。7.2.2樂音的諧波樂音諧波（泛音）的作用是改變樂音的音色。無論是鋼琴的弦