毕设之数字信号发生器开题报告 - 图文

洛阳理工学院

毕业设计（论文）开题报告

系（部）： 计算机与信息工程系 2013 年 3月 9 日 课题名称 学生姓名 指导教师 李艳芳 李京秀 基于MATLAB和声卡的数字信号发生器设计 专业班级 职称 B090505 教授 课题类型 课题来源 软件工程 自拟 1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 随着计算机软硬件技术的发展，越来越多普通仪器不能达到或不完全能实现的功能能够由计算机实现。信号发生器也称信号源，是用来产生振荡信号的一种仪器，早在20年代电子设备刚出现时就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器。随着信号发生器的迅速发展，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形，实现不同频率的输出,是电子测试系统的重要部件。这其中由以数字信号发生器的设计是应用最快、成效最显著的新科学之一。数字信号发生器是一种数据信号发生器，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，模拟信号发生器随之被数字信号发生器所取代。传统的台式仪器如任意函数发生器等加工工艺复杂、价格高、仪器面板单调、数据存储、处理不方便。以MATLAB和LabVlEW为代表的软件的出现，轻松地用虚拟仪器技术解决了这些问题。 Matlab是美国MathWorks公司自20世纪80年代中期推出的数学软件，优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力使其很快在数学软件中脱颖而出。到目前为止，其最高版本7.1版已经推出。随着版本的不断升级，它在数值计算及符号计算功能上得到了进一步完善。在欧美等高校，Matlab已经成为线性代数、自动控制理论、概率论及数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具，是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门,MATLAB已经走出实验室, 并被广泛地用于研究和解决各种具体的工程问题。Matlab的主要特点是：有高性能数值计算的

高级算法，特别适合矩阵代数领域；有大量事先定义的数学函数，并且有很强的用户自定义函数的能力；有强大的绘图功能以及具有教育、科学和艺术学的图解和可视化的二维、三维图；适合个人应用的强有力的面向矩阵(向量)的高级程序设计语言；与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力；有在多个应用领域解决难题的工具箱。 本课题采用MATLAB来实现是因为MATLAB已成为国际上最流行的计算机仿真软件设计工具。它不再仅仅是一个矩阵实验室，而是一种功能强大的的实用高级计算机编程语言。MATLAB 语言有强大的音频处理函数和数据处理功能，能够方便地产生各种波形的数据数组，利用这些函数和命令可以很容易地实现对外部物理世界的信号输出和输入。根据声卡输出信号的原理，采用MATLAB软件编程，可以方便地输出所需要的正弦波、三角波、方波等多种信号，有效地实现信号发生器的基本功能并且完全支持可视化编程。声卡是将音频输入数据转换为立体声输出的一种设备。现在,声卡作为多媒体计算机系统中最基本最常用的硬件之一, 其技术已经发展成熟,它同时具有A/D和D/A转换功能。通常PC机配置的声卡提供了麦克风输入和扬声器输出2个接口,它集成了信号输入/输出需要的模/数转换器(ADC)和数/模转换器(DAC),因此,利用Matlab软件产生的各种虚拟信号通过声卡的DAC单元就可以直接输出。MATLAB与声卡两者结合，我们可以较方便地实现信号发生器的功能。 目前，我国已研究出的有基于MATLAB和声卡的低频信号发生器和虚拟信号发生器等，研究空间依然非常广阔。MATLAB的数据采集工具箱和图形用户接口提供了十分简便的实现声卡输出功能的命令和函数, 利用MATLAB和声卡设计数字信号发生器十分方便,而在硬件上只需要一块声卡, 无需添加任何其他设备, 价格十分便宜。虽然声卡的设计是产生声音为目的, 有效的音频范围和输出电压的幅度在一定程度上限制了他的使用, 但这已完全能满足产生基本信号源的要求。在本设计的基础上, 通过进一步的MATLAB编程或硬件上的改进和扩展, 可以实现一些常规仪器设备不能产生的信号, 这在实际应用中具有广泛的推广应用前景。

2. 研究的基本内容，拟解决的主要问题 研究内容：MATLAB是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件, 它的数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数和命令。数字信号发生器能产生正弦波, 方波, 锯齿波等标准信号,并可以根据用户的需要生成各种波形。声卡是多媒体计算机系统中最基本、最常用的硬件之一，现已被广泛应用于声音信号采集和虚拟仪器系统的设计。本课题采用MATLAB软件编程产生简单波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声）信号；根据声卡输出信号的原理，将各种信号输出，实现数字信号发生器的基本功能。 解决的主要问题： （1）系统实现原理 在设计之前应全面了解整个系统的实现原理。 （2）基于MATLAB 的信号发生器的实现方法 MATLAB的数据采集工具箱( DAT ) 提供了一系列的函数和命令来实现实时模拟信号的输出,本课题暂时需正弦波、三角波、方波等多种信号输出。 （3）程序实现 1）通过MATLAB的图形界面控制输出信号的幅度和频率等参数并用来产生正弦波、方波、三角波等常用信号。 2）完成所对应图像的回调函数的编写。 （4）硬件连接 将信号从声卡输出。 （5）信号发生器波形测试、调试 将产生的信号波形进行测试、调试。

3. 研究步骤、方法及措施 步骤 （1）系统实现原理 普通计算机与MATLAB软件相结合实现数字信号发生器的系统结构如图1所示。 图1 数字信号发生器的结构框图 （2）程序实现 利用Matlab软件中GUI模块进行设计,在Matlab中可以方便地设计出基于对话框的图形用户界面,它提供了诸如编辑框、按钮、滚动条等图形对象,通过对这些图形对象的有机组合 ,再对相应的图形对象进行各种属性操作及回调函数的编写。 （3）信号输出 信号通过硬件设备的声卡输出。 （4）信号测试 用示波器将输出的信号进行测试、调试。 （5）噪音干扰分析 查找噪音来源及滤除方法。 研究方法 Matlab将声卡等设备都作为对象处理, 其后的一切操作都不与硬件直接相关, 而是通过对该对象的操作来作用对象。所以,首先要为声卡建立一个设备对象即为模拟输出设备对象建立函数,通过该函数将声卡映射为Matlab环境中的一个模拟输出设备对象句柄。然后同样使用MATLAB添加数据输出通道操作函数和数据输出操作函数，这样就可以达到利用MATLAB和声卡较方便地来实现信号发生器的功能。 在Matlab中用声卡产生数字信号的实现方法如图2所示

图2 MATLAB中用声卡产生数字信号的流程图 4. 研究工作进度 毕业设计从第5周开始。 第5周 收集资料、熟悉毕业设计课题 第6周 学习MATLAB编程方法及GUI界面设计 第7周 数字信号发生器GUI界面设计 第8-12周 完成程序设计 第13周 完成声卡输出 第14周 信号发生器波形测试、调试 第15-16周 撰写论文, 论文审查 第17周 论文答辩

5. 主要参考文献 [1]车子萍.基于Matlab的虚拟信号发生器设计[J].电脑学习，2010，(1)：3-4 [2]薛年喜．MATLAB在数字信号处理中的应用[M].北京：清华大学出版社，2005. [3]唐向宏，岳恒立等.MATLAB及在电子信息类课程中的应用[M].北京:电子工业出版社，2005. [4]傅俊庆,赵爱琼.Matlab中基于声卡的虚拟仪器动态数据分析仪[M].长沙交通学院学报, 2003. [5]王春耀,冯培昌.基于声卡的虚拟仪器示波器设计[J].电气自动化,2003,25 (6):59-61 [6]张志涌, 徐彦琴. Matlab 教程——基于6.x 版本[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2001. [7]彭林.第三代移动通信技术[M].北京:电子工业出版社,2003. [8]张森，张正亮等.MATLAB仿真技术与实例应用教程[M].北京:机械工业出版社，2004. [9]张瑞丰.精通Matlab6.5[M].北京:中国水利水电出版社,2004. [10]姚东.MATLAB及在电子信息课程中的应用(第二版)[M].北京:北京电子工业出版社,2000. [11]施晓红,周佳.精通GUI图形界面编程[M].北京:北京大学出版社, 2003. [12]常春，倪铭.基于MATLAB和声卡的虚拟仪器设计[J].自动化与仪器仪表，2005，(3)：23-25 [13]徐继宁，程志强.基于声卡的虚拟信号发生器设计与实现[J].工业控制计算机，2007，20(2)：72-73 教研室意见 教研室主任签字： 年 月 日

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