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1、 工程信号处理大作业 基于基于 Matlab 的信号处理系统的设计与实现的信号处理系统的设计与实现 伍星、柳小勤、刘畅伍星、柳小勤、刘畅 机电工程学院机电工程学院 KUST-HMI 联合实验室联合实验室 2010.03 基于 Matlab 的信号处理系统的设计与实现（2010 版） 目目 录录 1 预备知识预备知识.3 2 项目意义项目意义.3 3 项目简介项目简介.3 4 项目要求项目要求.3 4.1 “数字电子琴”的软件功能.3 4.2 “数字频谱分析仪”的软件功能.4 4.3 “数字均衡器”的软件功能.5 5 编码规范编码规范.6 5.1 每个程序文件（.M文件）开头的HELP部分.6
2、5.2 程序结构和注释 .6 5.3 代码中的变量定义规则 .6 6 项目提交项目提交.7 KUST-HMI 振动、噪声及检测联合实验室 第 2 页基于 Matlab 的信号处理系统的设计与实现（2010 版） 1 预备知识预备知识 机械工程测试技术、工程信号处理、虚拟仪器、MATLAB 等。 2 项目意义项目意义 1) 将掌握 Matlab 软件开发过程的基本理论、基本知识和基本技能，为开展学位论文课题研究打下坚实的基础。 2) 熟悉基于 Matlab 平台的若干信号处理系统开发及调试方法。 3) 培养科研的团队协作精神。 3 项目简介项目简介 在 Matlab 开发平台上开发若干信号处理系
3、统“数字电子琴、数字频谱分析仪、数字均衡器”。 4 项目要求项目要求 设计“数字电子琴、数字频谱分析仪、数字均衡器”三个信号处理系统，具体要求如下： 1) 自由组合分组，每组 4 人；由班长将分组名单发至教师 email。 2) 相关文献资料阅读和综述分析、项目设计方案制订、主要技术难点和技术实现方法。 3) 使用 M 函数设计具有 GUI（图形化用户界面）的三个信号处理系统。 4) 每组提交一份源程序；撰写不少于 10 页的项目研究报告项目报告，提交纸质版和电子版各 1 份。 5) 每组准备课堂汇报 PPT，讲解整个项目的设计、开发、分工等情况。 4.1 “数字电子琴”的软件功能“数字电子琴
4、”的软件功能 1) 数字信号发生器的功能数字信号发生器的功能：能够产生正弦波、方波、三角波等常见的波形的数字信号，并且提供了图形界面用于选择波形、频率、幅值与相位。能够根据用户指定的波形和参数产生相应的数字信号，然后将数字信号写入声卡的缓冲区，最后由声卡播放出相应的声音。 2) 数字电子琴的功能数字电子琴的功能：电子琴的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，从而达到虚拟的电子琴的功能，界面中包含 A、B、O 共 15 个琴键，鼠标按下时即发声，松开时发声停止。 KUST-HMI 振动、噪声及检测联合实验室 第 3 页基于 Matlab 的信号处理系
5、统的设计与实现（2010 版） 3) GUI 界面参考界面如下，不仅限于此类设计风格，各组自行设计。 图图 1 数字电子琴参考界面数字电子琴参考界面 a) 独立的信号合成子程序 （m 文件） ： 输入信号参数 （波形类型、 频率、幅值、长度等） ，输出信号的波形；扩展该子程序，输入多个分量的参数，输出混合信号的波形。 b) 信号合成的控制界面：编写 GUI 界面，包含单个信号的参数控件，调用 a)中的子程序， 将单个信号的输出波形显示在界面上； 扩展 GUI界面，添加一个混合信号参数表，可以将上一步中的单信号分量加入该表，也可以删除表中的某个分量。调用 a)中的子程序，由参数表构造混合信号，并
6、显示在主界面上。 c) 信号到声卡的子程序（开始、停止） ；扩展 GUI 界面，为混合信号添加播放按钮。 d) 电子琴的音阶定义界面及实现、音阶参数的保存：建立电子琴的主界面程序，为其添加设置菜单；建立电子琴参数设置 GUI：包含一个音阶列表，选中某个音阶，然后调用 c)中的 GUI 进行参数设置，并将参数返回；最终得到一个所有音阶对应的参数列表文件； （也可以将音阶参数直接写在程序里，这样更简单但不够灵活） e) 电子琴主界面实现，调用音阶参数、信号合成、发声程序；设计电子琴键盘界面，捕捉按键上的鼠标动作；根据按键对应的音阶，从d)中的参数表中读出参数，参照 c)，实现声卡输出。 4.2 “
7、数字频谱分析仪”的软件功能“数字频谱分析仪”的软件功能 1) 音频信号输入，从声卡输入、从 WAV 文件输入、从标准信号发生器输入； 2) 各种信号分析方法，包括： KUST-HMI 振动、噪声及检测联合实验室 第 4 页基于 Matlab 的信号处理系统的设计与实现（2010 版） ? 信号时域分析算法：均值、方差、有效值、最大值、最小值、峰峰值等。 ? 信号频域分析算法：幅值谱（含 Log 和 DB） 、功率谱等。 ? 常用窗函数：矩形窗、汉宁窗、海明窗等。 3) 提供 GUI 图形界面用于显示波形与光标读数等。 4) GUI 界面参考界面如下，不仅限于此类设计风格，各组自行设计。 图图
8、2 数字频谱分析仪参考界面数字频谱分析仪参考界面 a) 建立文件输入菜单与信号时间显示窗口， 实现数据读入和波形显示； b) 为时间信号坐标图添加时域统计量，均值、方差等；添加光标功能； c) 建立频谱显示坐标轴；在坐标轴旁添加控制参数：谱图类型、窗函数等，实现这些控件对应的算法；添加光标功能。 d) 可选功能：声卡采集数据， “实时”的信号显示和频谱分析。 4.3 “数字均衡器”的软件功能“数字均衡器”的软件功能 1) WAV 声音信号获取，即从文件(*.wav，*.au 等)读取音频信息； 2) 八段数字均衡器设定； 3) 滤波功能：包括生成低通、高通、带通、带阻的巴特沃斯滤波器，并显示滤
9、波器的频率特征曲线； 4) 保存功能：保存滤波后的音频信息到文件； 5) 播放功能：播放滤后音频信号并实时显示波形及频谱特性。 6) GUI 界面参考界面如下，不仅限于此类设计风格，各组自行设计。 KUST-HMI 振动、噪声及检测联合实验室 第 5 页基于 Matlab 的信号处理系统的设计与实现（2010 版） 图图 3 数字均衡器参考界面数字均衡器参考界面 5 编码规范编码规范 5.1 每个程序文件（每个程序文件（.m 文件）开头的文件）开头的 Help 部分部分 a) 简要描述程序实现的功能； b) 程序名尽量使用完整的英文单词组成； c) 列出程序的调用格式； d) 分别列出输入输出
10、参数的意义，格式（标量、矢量、矩阵）以及其它限制。 5.2 程序结构和注释程序结构和注释 e) 编写每一段代码首先附加注释，说明该段代码实现的功能，程序段之间用空行隔开； f) 程序段中间主要参数和新的函数也加以注释说明； g) 格式： h) 等号两侧加空格，以便于阅读； i) 运算符号两侧适当空格，避免表达式过于拥挤； j) 合理缩进循环 for、 分支 if 等结构中的代码 (右键菜单中的 Smart Indent)。 5.3 代码中的变量定义规则代码中的变量定义规则 k) 尽量保证从变量名称（而不借助于上下文）就能直接看出其表示的意义： l) 通用的缩略词，可以写其符号名称，例如采样频率
11、定义为 fs 等； KUST-HMI 振动、噪声及检测联合实验室 第 6 页基于 Matlab 的信号处理系统的设计与实现（2010 版） m) 常用的缩写例如表示数目的 N 和时间 T，应该尽量与表示的内容合用，避免单独出现，例如表示点的数目用 NPoint； n) 通用的希腊字母符号用其英文发音表示，如 sigma, zeta, omega 等； o) 意义相同的变量在各个程序中使用相同的名称，例如同一组数据在不同 程序中都用 signal 表示； p) 对有意义、较重要的变量，避免使用太短的变量名，尽量使用完整的英文单词，或完整单词的组合。单词间用大写字母或下划线_分开,例如featureSpace； q) 单词组合的变量名中需要使用缩写时，保留原单词的适当长度，便于推测出完整的 单词，例如频率范围 frequency limits 缩写为 freqLimits； r) 意义不明确的变量在第一次出现时后面加注释。 6 项目提交项目提交 项目按要求分阶段进行提交，具体安排如下： 时时 间间 内内 容容 提交各组项目的资料提交各组项目的资料 3 月 1 日至 3 月 26 日 系统实现3 月 26 提交数字电子琴研究报告 ，并汇报工作情况3 月 26 日至 4 月 23 日 系统实现4 月 23 提交数字频
