Python生成任意波形並存為txt的實現

'''
Author       : Xu Dakang
Email        : [email protected]
Date         : 2021-11-19 19:12:31
LastEditors  : Xu Dakang
LastEditTime : 2021-11-21 21:36:19
Filename     :
Description  :
'''

'''
模塊功能：
1.根據采樣點數，采樣周期數等參數以及波形的數學表達式，生成任意波形
2.將波形數據轉為指定位寬的二進制補碼，然後存為txt
3.繪制原始波形和轉換為二進制補碼後的波形，驗證轉換是否正確
'''

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.pylab import mpl

mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  #顯示中文
mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  #顯示負號
import mplcursors
import time

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

# 我的自編模塊
import myBin2dec2hex

#! 需要變更的參數
file_name = 'waveform-' + now_time

N = 250  # 一個周期的采樣點數，采樣頻率Fs = 信號頻率f * 采樣點數N
TNUM = 10  # 采樣周期數
BIT_WIDTH = 24  # 二進制補碼位數
f = 0.5  # 正弦信號的頻率，可任意取值

t0 = np.linspace(0, 1 / f, N)  # np.linspace(開始, 結束, 個數)，註意開始點會被包含，結束點可能被包含(如果能整除的話)
pi = np.pi

#! 更改y0的表達式以獲得任意波形
# 正弦函數公式 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，並繪制出延拓後的波形
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，最小頻率 = ' + str(f) + '對應周期為' + str(1/f)
          + '，周期數 = ' + str(TNUM) + '，采樣頻率 = ' + str(f * N))
mplcursors.cursor() # 使得可以在圖像上取點

#! 原始波形小數乘以二進制放大倍數再取整
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)

#! 將10進制轉2進制補碼，再存入txt文件中
fotxt = ''
fo = open(file_name + '.txt', 'w', encoding='utf8')
for dec_num in y0_bit_tnum:  # 不包括最後一個數
    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()

#! 讀取寫入的txt文件，轉為10進制並畫出波形，以驗證寫入是否正確
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('先轉二進制補碼再轉10進制後波形, 相當於十進制值乘以2^' + str(BIT_WIDTH - 1) + ' - 1即'
            + str('{:e}'.format(2**(BIT_WIDTH - 1) - 1)))
mplcursors.cursor()
plt.show()