基于MATLAB的音乐电子琴制作简述：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。
本次设计是基于MATLAB GUI 程序实现的一个音乐键盘仿真系统。
1 功能介绍总体设计框图如下图所示，其包括单音键盘发音模块，音效长短的选择模块，包络的选择模块，实现键盘代替鼠标输入模块，双音多频模块，演奏音乐模块，播放歌曲，视频模块包括对文件播放的暂停，停止和复位，多键盘输入对输入后统一播放模块和画图模块。
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, 通过调用这些函数和命令可以直接控制声卡输出虚拟信号。
只需要一台带有普通多媒体声卡并安装了Matlab 软件的计算机就可以满足要求实现虚拟信号的输出, 系统结构简单方便。
交互界面如图1所示：图1 程序的交互界面1.1功能模块1）单音键盘发音模块设计一个带参子函数实现键盘的发音功能，当实现需要实现音阶的播放时，只要调用这个子函数，并根据不同音阶、不同音调的频率改变子函数的参数即可。
2) 音效长短的选择模块制作一个button group的组控件分别选择不同的控件实现不同的音效长短，音效的长短是通过改变播放一个音阶的时间长短来实现的。
3）包络的选择模块制作一个button group的组控件分别选择不同的控件实现不同的包络，在模块一的基础上，设置选中不同的控件分别对应不同的包络，x为不同包络（如正弦波、三角波、指数等）的表达形式，将x与模块一中实现单音键盘发音的函数相乘时便可实现不同形式的衰减，实现音型的改变。
4）实现键盘代替鼠标输入模块根据计算机键盘上的不同按键对应不同的ASCII码的值，利用函数get()获取当前所按下的数字键对应的ASCII码的值，根据 ASCII码的值判断对应是按下键盘的值。
并执行相应音阶的功能键。
5）双音多频模块通过设置一个radio button 来实现双音多频的功能，设置一个全局变量，当选中该控件时，全局变量的值改变，即在带参的子函数中增加它的频率分量。
就可以实现双音多频功能。
6）演奏音乐模块通过设置一个push button键来实现，按下该键时，可以选择事先自己编好的txt的文档，通过这个文档就可以播放音乐。
7）播放歌曲，视频模块根据matlab提供的函数，视频时首先对文件的名字和路径进行提起，直接对文件的播放。
音乐的则是首先对文件的名字和路径进行提起，得到名字和路径后就对该文件进行采样，使其离散化。
最后实现对文件的播放。
8）多键盘输入对输入后统一播放模块该功能实现先对键盘输入内容进行存储，当输入完成后就可以按播放键对刚才的存储内容进行播放，本功能通过radio button键实现的键盘输入的存储，当该建被选中时，则会不断的扫描键盘是否有键盘按下，并对按下键进行存储，直到该键没有被选中为止，同时设置一个push button键对存储的信息进行播放，播放完成后自动清除存储的内容，以便下一次存储。
9）画图模块该模块的功能是根据播放每一个音符的数组画出每一个音符的波形，使我们对播放的音型可以一目了然，便于观察与分析。
2 功能实现程序由两个部分组成：MATLAB代码（.m文件）和GUI图形（.fig）。
备注：软件版本：MATLAB R2011b2.1单音键盘发音模块根据要求，首先利用push button键作为单音键盘的发音键。
1~7七个音阶对应高中低三种不同的音调共21个键，还有15个辅音，共36个按键。
如图2所示，白色的按键代表音调键，前7个是低音的七个音阶，中间7个是中音的七个音阶，后面7个是高音的七个音阶，黑色的代表辅音。
查阅相关资料可知，发音频率对应的表达式为f=440*2^((s-49)/12)，当所发音为低音时s的取值为31~37，发中音时s的取值为40~46，发高音时s的取值为49~55。
为了程序设计简化目的，设计一个名为gangqin(s)的子函数。
有以上带参的子函数后则每个键盘下面的程序非常简单，然后在每个push button键的callback函数中调用该子函数即可，如gangqin （45）；图2 单音键盘发音模块具体代码参见：function gangqin(s)2.1.1音效长短的选择模块制作一个button group的组控件分别选择不同的控件实现不同的音效长短，该组控件包括三个radio button分别对应不同的音效长短（长，中，短）。
音效长短的改变实质上是改变其音阶播放时间的长短，定义一个全局变量T通过改变T的值来改变音效的长度，gangqin的子函数如上面所示。
界面如图3所示：图3 音效长短的选择模块具体代码参见：Function yinxiao_Callback (hObject, eventdata, handles)2.2包络的选择模块制作一个button group的组控件分别选择不同的控件实现不同的包络，该组控件包括三个radio button分别对应不同的包络。
如图4所示，定义了方波、三角波和正弦波三种不同形式的包络可供选择。
图4 包络的选择模块将组合键中的button group键的Tag的值设置为“baol”，三个radio button键分别对应指数波、三角波、正弦波，相应的Tag设“zhishu”、” sanjiao”、” zhengxian”，def=get(de,'tag')获取三个Radio Button键中Tag的值，设置一个全局变量p，用switch函数实现，当case为 ' zhishu '时，p的值1; case 为' sanjiao '时，p的值2; case 为' zhengxian ' 时p 的值为3。
把p的值反应到gangqin（s）的子函数中，在子函数中根据不同的p的值选用不同的包络，即可实现不同的包络，所发出的音型便不一样。
由于电子琴的实验结果是声音，难以用文字表达，在下面仅用几张图片展示一下结果。
图5 正弦波包络图6 方波包络图7 三角波具体代码参见：Function baoluo_Callback (hObject, eventdata, handles)2.3实现键盘代替鼠标输入模块用一个radio button键便可实现该功能，可以根据不同的键盘按键发出不同的音乐。
同时将该键的string改为“键盘”，表示这个键是实现键盘的功能。
如图8所示：图8 键盘代替鼠标输入根据计算机键盘上不同键对应的ASCII码的值不同，利用函数get()获取当前所按下的键对应的ASCII码的值，并执行相应播放音阶。
具体代码参见：function jianpan_KeyPressFcn(hObject, eventdata, handles)2.4双音多频模块通过设置一个radio button 来实现双音多频的功能，当选中该按钮时，则增加它的频率分量。
使其含有丰富频率分量。
如图9所示：图9 双音多频模块具体代码参见：function duopin_Callback(hObject, eventdata, handles)2.5演奏音乐模块通过设置一个push button键来实现，如图10所示：图10 播放谱曲按下该键时，界面会要求你选择文档，可以选择事先自己编好的txt的文档，选中该文档，并按打开键就可以播放音乐。
txt文件的内容如图11所示：图11 乐谱内容Txt文件代表的意思是如‘44 1’，是表示频率为44，延长的长度为1。
播放音乐不仅需要确定每个音符，还要确定每个音符延长的时间，音符延长的时间是有n的取值大小所确定的。
因此这里就可以调用子函数的形式方便的实现。
具体代码参见：function qinpu(a,b)function dakai_Callback(hObject, eventdata, handles)2.6播放歌曲，视频模块本功能的实现是通过push button键来实现的。
界面如图12所示：图12 播放歌曲视频模块通过按下播放歌曲键或者播放视频键就可以选择播放的文件，界面如图13所示：按打开按钮就可以播放音乐或视频。
图13 播放视频视频时首先对文件的名字和路径进行提起，直接对文件的播放，用的是matlab自带的函数implay（）。
音乐的则是首先对文件的名字和路径进行提起，得到名字和路径后就对该文件进行采样，使其离散化。
最后实现对文件的播放。
这里不仅可以对音乐的播放，还可以对音乐的暂停，复位和停止。
分别用到matlab自带的函数：播放play（），暂停pause （），复位resume（）和停止stop（）。
具体代码参见：function shipin_Callback(hObject, eventdata, handles)function changge_Callback(hObject, eventdata, handles)2.7多键盘输入后统一播放模块本功能通过radio button键实现的键盘输入的存储，当该建被选中时，则会不断的扫描键盘是否有键盘按下，并对按下键进行存储，直到该键没有被选中为止，同时设置一个push button键对存储的信息进行播放，播放完成后自动清除存储的内容，以便下一次存储。
界面如图14所示：图14 多键盘输入后播放该功能实现先对键盘输入内容进行存储，当输入完成后就可以按播放键对刚才的存储内容进行播放，播放完成后对存储的内容进行清空。
实现对键盘的输入内容进行存储，并把存储的值整合到数组y内，push button键是对上述存储的信息进行读取，识别并播放。
具体代码参见：function jianc_KeyPressFcn(hObject, eventdata, handles)function bf_Callback(hObject, eventdata, handles)2.8画图模块通过axse控件实现绘图，绘出播放每个音阶的波形，并把画出的波形显示到axse上，界面如图15所示：图15 音阶的波形该模块的功能是根据播放每一个音符的数组画出每一个音符的波形，并把其显示在界面上。
具体代码参见：function axes1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)3 程序总结本程序实现简单的音频处理功能及便捷的图形化交互界面。
具有以下特点与缺陷：1、图形化用户交互界面简洁明了。
右侧放置音频视频播放的各选项控件，且从上到下的排布体现操作步骤；上侧显示音频文件的数据波形。
提示信息丰富，方便操作。
2、程序可扩展性好，方便功能扩展。
未尽功能：（1）没有调节音量大小的按钮，可以优化。