Python生成任意波形

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Author       : Xu Dakang
Email        : XudaKang_up@qq.com
Date         : 2021-11-19 19:12:31
LastEditors  : Xu Dakang
LastEditTime : 2021-11-21 21:36:19
Filename     :
Description  :
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模块功能：
1.根据采样点数，采样周期数等参数以及波形的数学表达式，生成任意波形
2.将波形数据转为指定位宽的二进制补码，然后存为txt
3.绘制原始波形和转换为二进制补码后的波形，验证转换是否正确
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.pylab import mpl

mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  #显示中文
mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  #显示负号
import mplcursors
import time

now_time = time.strftime("%Y%m%d-%H%M%S", time.localtime(time.time()))

# 我的自编模块
import myBin2dec2hex

#! 需要变更的参数
file_name = 'waveform-' + now_time

N = 250  # 一个周期的采样点数，采样频率Fs = 信号频率f * 采样点数N
TNUM = 10  # 采样周期数
BIT_WIDTH = 24  # 二进制补码位数
f = 0.5  # 正弦信号的频率，可任意取值

t0 = np.linspace(0, 1 / f, N)  # np.linspace(开始, 结束, 个数)，注意开始点会被包含，结束点可能被包含(如果能整除的话)
pi = np.pi

#! 更改y0的表达式以获得任意波形
# 正弦函数公式 y = sin(wt) = sin(2πft)
y0 = np.sin(2 * pi * f * t0) + np.sin(2 * pi * f * 2 * t0)
# y0 = np.sin(2 * pi * f * t0)

#! 原始波形周期延拓，并绘制出延拓后的波形
x0_tnum = []
y0_tnum = []
y0_bit_tnum = []
for i in range(TNUM):
    for j in t0:
        x0_tnum.append(j + i * 1 / f)
    for k in y0:
        y0_tnum.append(k)
plt.figure(1)
plt.subplot(2, 1, 1)
plt.plot(x0_tnum, y0_tnum)
plt.grid()
plt.title('原始波形，最小频率 = ' + str(f) + '对应周期为' + str(1/f)
          + '，周期数 = ' + str(TNUM) + '，采样频率 = ' + str(f * N))
mplcursors.cursor() # 使得可以在图像上取点

#! 原始波形小数乘以二进制放大倍数再取整
y0_bit = np.int0((2**(BIT_WIDTH - 1) - 1) * y0 / max(abs(y0)))
y0_bit_tnum = []
for i in range(TNUM):
    for j in y0_bit:
        y0_bit_tnum.append(j)

#! 将10进制转2进制补码，再存入txt文件中
fotxt = ''
fo = open(file_name + '.txt', 'w', encoding='utf8')
for dec_num in y0_bit_tnum:  # 不包括最后一个数
    fotxt += myBin2dec2hex.signed_dec2bin(dec_num, BIT_WIDTH)[2:] + '\n'
fo.write(fotxt[:-1])
print('生成' + file_name + '.txt文件成功！')
fo.close()

#! 读取写入的txt文件，转为10进制并画出波形，以验证写入是否正确
fi = open(file_name + '.txt', 'r', encoding='utf8')

y_out = []
for line in fi.readlines():
    y_out.append(myBin2dec2hex.signed_bin2dec(line))
fi.close()

x_out = list(range(len(x0_tnum)))

plt.figure(1)
plt.subplot(2, 1, 2)
plt.plot(x_out, y_out)
plt.grid()
plt.title('先转二进制补码再转10进制后波形, 相当于十进制值乘以2^' + str(BIT_WIDTH - 1) + ' - 1即'
            + str('{:e}'.format(2**(BIT_WIDTH - 1) - 1)))
mplcursors.cursor()
plt.show()