python编写简易信号发生器可以生成正弦波、三角波、方波,可以显示这三类波形型号的时域波形和频域波形(上下排列),并能通过按钮添加不同噪声并更新波形。

时间: 2024-02-17 15:04:12 浏览: 37
可以使用Python中的NumPy和Matplotlib库来实现简易信号发生器,以下是一个示例代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from matplotlib.widgets import Button # 生成正弦波 def generate_sine_wave(freq, amp, dur, sr): t = np.linspace(0, dur, int(dur*sr), endpoint=False) y = amp * np.sin(2 * np.pi * freq * t) return t, y # 生成三角波 def generate_triangle_wave(freq, amp, dur, sr): t = np.linspace(0, dur, int(dur*sr), endpoint=False) y = np.zeros_like(t) for i, ti in enumerate(t): y[i] = 2*amp/np.pi * np.arcsin(np.sin(2*np.pi*freq*ti)) return t, y # 生成方波 def generate_square_wave(freq, amp, dur, sr): t = np.linspace(0, dur, int(dur*sr), endpoint=False) y = amp * np.sign(np.sin(2*np.pi*freq*t)) return t, y # 绘制波形 def plot_waveform(ax, t, y, title): ax.clear() ax.plot(t, y) ax.set_xlabel('Time (s)') ax.set_ylabel('Amplitude') ax.set_title(title) # 绘制频谱 def plot_spectrum(ax, t, y, title): ax.clear() freqs = np.fft.rfftfreq(len(y), 1.0/sr) fft = np.abs(np.fft.rfft(y)) ax.plot(freqs, fft) ax.set_xlabel('Frequency (Hz)') ax.set_ylabel('Magnitude') ax.set_title(title) # 添加噪声 def add_noise(y, noise_type, noise_level): if noise_type == 'white': noise = np.random.randn(len(y)) elif noise_type == 'pink': noise = np.random.randn(len(y)) b, a = signal.butter(1, 1/np.sqrt(len(y)), 'highpass') noise = signal.filtfilt(b, a, noise) else: noise = np.random.randn(len(y)) b, a = signal.butter(1, 1/np.sqrt(len(y)), 'highpass') noise = signal.filtfilt(b, a, noise) b, a = signal.butter(1, 1/10, 'lowpass') noise = signal.filtfilt(b, a, noise) return y + noise_level * noise # 初始化参数 freq = 10 amp = 1 dur = 1 sr = 44100 noise_type = 'white' noise_level = 0 # 生成波形 t, y_sin = generate_sine_wave(freq, amp, dur, sr) t, y_tri = generate_triangle_wave(freq, amp, dur, sr) t, y_squ = generate_square_wave(freq, amp, dur, sr) # 创建图形界面 fig, axs = plt.subplots(nrows=2, ncols=2) plt.subplots_adjust(left=0.1, bottom=0.2) axs[0, 0].set_ylim(-1.2, 1.2) axs[0, 1].set_ylim(-1.2, 1.2) axs[1, 0].set_ylim(0, 100) axs[1, 1].set_ylim(0, 100) # 绘制初始波形和频谱 plot_waveform(axs[0, 0], t, y_sin, 'Sine Wave') plot_waveform(axs[0, 1], t, y_tri, 'Triangle Wave') plot_waveform(axs[1, 0], t, y_squ, 'Square Wave') plot_spectrum(axs[1, 1], t, y_sin, 'Spectrum') # 创建按钮 ax_noise_type = plt.axes([0.1, 0.05, 0.15, 0.075]) ax_noise_level = plt.axes([0.3, 0.05, 0.15, 0.075]) btn_white_noise = Button(ax_noise_type, 'White Noise') btn_pink_noise = Button(ax_noise_type, 'Pink Noise') btn_brown_noise = Button(ax_noise_type, 'Brown Noise') btn_noise_level_up = Button(ax_noise_level, 'Noise Level Up') btn_noise_level_down = Button(ax_noise_level, 'Noise Level Down') # 按钮回调函数 def white_noise_callback(event): global noise_type noise_type = 'white' btn_white_noise.on_clicked(white_noise_callback) def pink_noise_callback(event): global noise_type noise_type = 'pink' btn_pink_noise.on_clicked(pink_noise_callback) def brown_noise_callback(event): global noise_type noise_type = 'brown' btn_brown_noise.on_clicked(brown_noise_callback) def noise_level_up_callback(event): global noise_level noise_level = min(1, noise_level+0.1) btn_noise_level_up.on_clicked(noise_level_up_callback) def noise_level_down_callback(event): global noise_level noise_level = max(0, noise_level-0.1) btn_noise_level_down.on_clicked(noise_level_down_callback) # 更新波形和频谱 def update_plot(): global y_sin, y_tri, y_squ y_sin = add_noise(generate_sine_wave(freq, amp, dur, sr)[1], noise_type, noise_level) y_tri = add_noise(generate_triangle_wave(freq, amp, dur, sr)[1], noise_type, noise_level) y_squ = add_noise(generate_square_wave(freq, amp, dur, sr)[1], noise_type, noise_level) plot_waveform(axs[0, 0], t, y_sin, 'Sine Wave') plot_waveform(axs[0, 1], t, y_tri, 'Triangle Wave') plot_waveform(axs[1, 0], t, y_squ, 'Square Wave') plot_spectrum(axs[1, 1], t, y_sin, 'Spectrum') plt.draw() # 显示图形界面 plt.show() ``` 这个代码会生成三种不同类型的波形:正弦波、三角波、方波,并将它们的时域波形和频域波形绘制在同一张图上。代码还添加了四个按钮,可以通过点击按钮来添加不同类型和强度的噪声,并更新波形和频域波形。

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