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虚拟示波器源代码及实现方法

发布时间:2025-12-30人气:53

虚拟示波器(Virtual Oscilloscope)的源代码通常包括信号采集、图形显示、参数测量等功能。这里提供一个简化的Python示例,使用PyQt5和Matplotlib实现基本的虚拟示波器界面。该示例模拟信号输入并显示波形。


1. 环境配置

安装必要的Python库:

bash
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pip install PyQt5 matplotlib numpy

2. 虚拟示波器源代码

python
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import sysimport numpy as npfrom PyQt5.QtWidgets import *from PyQt5.QtCore import QTimerimport matplotlib.pyplot as pltfrom matplotlib.backends.backend_qt5agg import FigureCanvasQTAgg as FigureCanvasclass VirtualOscilloscope(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.setWindowTitle("Virtual Oscilloscope")
        self.setGeometry(100, 100, 1000, 600)
        
        # 初始化数据
        self.time = np.linspace(0, 1, 1000)
        self.signal = np.sin(2 * np.pi * 5 * self.time)
        
        # 创建UI
        self.initUI()
        
        # 定时器更新波形
        self.timer = QTimer()
        self.timer.timeout.connect(self.update_plot)
        self.timer.start(100)  # 100ms更新一次

    def initUI(self):
        # 中心部件
        central_widget = QWidget()
        self.setCentralWidget(central_widget)
        layout = QVBoxLayout(central_widget)
        
        # 控制面板
        control_panel = QHBoxLayout()
        self.freq_slider = QSlider()
        self.freq_slider.setMinimum(1)
        self.freq_slider.setMaximum(20)
        self.freq_slider.setValue(5)
        self.freq_slider.valueChanged.connect(self.change_frequency)
        control_panel.addWidget(QLabel("Frequency (Hz):"))
        control_panel.addWidget(self.freq_slider)
        
        # 振幅滑块
        self.amp_slider = QSlider()
        self.amp_slider.setMinimum(1)
        self.amp_slider.setMaximum(10)
        self.amp_slider.setValue(1)
        self.amp_slider.valueChanged.connect(self.change_amplitude)
        control_panel.addWidget(QLabel("Amplitude:"))
        control_panel.addWidget(self.amp_slider)
        
        layout.addLayout(control_panel)
        
        # 波形显示区域
        self.figure, self.ax = plt.subplots()
        self.canvas = FigureCanvas(self.figure)
        layout.addWidget(self.canvas)
        
        # 初始绘图
        self.line, = self.ax.plot(self.time, self.signal, 'b-')
        self.ax.set_xlabel("Time (s)")
        self.ax.set_ylabel("Amplitude")
        self.ax.grid(True)
        self.ax.set_ylim(-2, 2)

    def change_frequency(self):
        freq = self.freq_slider.value()
        self.signal = np.sin(2 * np.pi * freq * self.time)

    def change_amplitude(self):
        amp = self.amp_slider.value()
        freq = self.freq_slider.value()
        self.signal = amp * np.sin(2 * np.pi * freq * self.time)

    def update_plot(self):
        # 模拟实时数据更新(此处可替换为实际硬件采集)
        noise = 0.1 * np.random.randn(len(self.time))
        self.line.set_ydata(self.signal + noise)
        self.canvas.draw()if __name__ == "__main__":
    app = QApplication(sys.argv)
    window = VirtualOscilloscope()
    window.show()
    sys.exit(app.exec_())

3. 功能说明

  • 波形显示:使用Matplotlib绘制实时波形。

  • 参数调节:通过滑块调节信号频率和振幅。

  • 实时更新:通过定时器模拟数据采集。

  • 可扩展性

    • 可连接真实硬件(如声卡、ADC模块)替换模拟信号。

    • 添加FFT频谱分析、触发控制、保存数据等功能。


4. 扩展建议

(1)连接真实硬件

  • 使用pyaudio采集音频信号。

  • 使用pyserial连接外部ADC模块(如Arduino)。

(2)高级功能

  • 触发控制:边沿触发、电平触发。

  • 测量工具:电压、频率、占空比测量。

  • 多通道支持:同时显示多个信号。

  • 数据保存:保存为CSV或WAV文件。


5. 注意事项

  • 实际硬件开发需根据设备接口编写驱动。

  • 高性能应用建议使用C++或LabVIEW。

  • 本示例为教学简化版本,实际项目中需优化性能和稳定性。



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