同步操作将从 ZZH-Finalize/信号实验箱 强制同步,此操作会覆盖自 Fork 仓库以来所做的任何修改,且无法恢复!!!
确定后同步将在后台操作,完成时将刷新页面,请耐心等待。
本软件为一个基于表达式的信号计算、绘图软件, 主要功能为对输入的信号进行采样, 然后对采样序列进行各种运算, 并将运算结果绘制为波形
如果你在使用、阅读源码、构建等方面有任何疑问, 均可在仓库内提交Issues
, 我看到会处理
输入信号表达式, 设置采样率和采样点数即可看到波形
信号可以嵌套使用, 方便拿两个信号做运算, 最大可嵌套15层
除正余弦以外, 内置还有一些其他的函数可供使用, 例如软件随机rand和硬件随机hrand
傅立叶变换, 对变换结果调用length是因为fft函数输出为复数, 而length函数为向量求模函数, 因此可求出幅度谱
软件自带的filters
库内带有几个滤波函数, 其中lpf
与hpf
为IIR滤波器, 分别为低通滤波器与高通滤波器, 接收采样序列和截止频率作为参数, fir
为FIR滤波器, 接收采样序列、滤波器阶数和滤波器系数(可使用matlab导出)作为参数
这里给出1阶IIR低通滤波器、3阶IIR低通滤波器和32阶FIR低通滤波器的示例效果, 关于滤波器的更多信息, 请阅读9. 滤波器指南
查看滤波之后的频谱图可以发现, 高阶数的滤波器可达到较好的滤波效果
在软件内所有的信号定义均为表达式形式, 例如sin(t)
便是代表了经过数字采样的 sin 信号, 例如sin(100*t) + sin(200*t)
便是将两个频率不同的信号叠加
信号间可以相互引用, 例如sig0 = sin(100*t) sig1 = sin(200*t) sig2 = sig0+sig1
信号自身引用自身或交叉引用均会触发最大嵌套限制
软件内置一个简单的编译器, 支持常用的数学表达式文法、双斜杠单行注释文法和 if 条件文法
数学表达式文法即最常用最简单的数学表达式, 例如(sin(t)+cos(t+3))*6
双斜杠单行注释与C语言的单行注释相同, 例如sin(t)//sin of t
, 双斜杠后的所有字符均被忽略
if条件文法的执行逻辑与C语言的三目运算符相同, 但是并不使用?:
符号而是使用if和else关键字, 并且语法顺序也略有不同, 实际上这里的语法和python的设计一致, 语法规则为数学表达式+if关键字+比较表达式[+else+数学表达式]
, 方括号内的部分是可省略的, 例如:
if条件语法搭配 index 变量可非常方便的产生阶跃信号和冲击信号, 例如:
编译器支持如下特殊变量:
t = n/fs
编译器支持一个常量 pi , 代表圆周率
编译器对于符号的处理和解析是大小写无关的, pi等价PI Pi pI, t也等价于T
所有的函数均为外部函数库解析得到, 每个函数库均需要提供pLibFunction_t lib_init(void)
函数, 可用于库被载入时执行一些初始化动作, 并且此函数需要返回函数注册表, 用于描述需要加载动态库文件里面的哪些符号, 以及这些函数所需要的参数数量(用于信号编译时的参数检查)
除此之外, 函数库还可以导出void lib_exit(void)
函数用于在库被卸载时做一些收尾清理工作, 此函数是可选函数, 如果没有导出则不调用, 不影响库的导入
如果没有初始化动作的需求, 则lib_init
函数可被宏register_function_lib
替换, 此宏定义相当于定义lib_init
函数, 并返回参数指定的函数注册表, 节去使用者编写定义函数库的代码
目前软件内置了4个库, 即basic
、filters
、io
和transform
, 分别是常用的数学函数库, 数字滤波器库, IO访问库和信号变换库
数学库包括了sin
、cos
、length
、min/max
、rand/hrand
、abs
等常用函数, 可用于产生信号或者数值计算
滤波器库包括了常见的数字滤波器, 例如低通滤波器lpf
、高通滤波器hpf
和均值滤波器average
变换库目前只有fft
这一个函数, 调用fftw3完成傅里叶变换
IO访问库目前只实现了read_file
和write_file
两个读写文件的接口, 可用于导入信号, 导入滤波器系数或者保存信号
同样的, 如果你自己构建了动态库, 你可以把他们放置在安装目录的lib子目录下, 然后在信号表达式内调用即可
软件内所有的信号、当前的采样率和采样点数的设置共同构成了一个工作区, 而软件可以将这个工作区保存为一个json文件, 并且可从json文件恢复一个工作区, 此json文件的结构是简洁明了的, 很容易看懂其结构, 也很方便手写, 所以你也可以手写一个工作区文件然后直接导入到软件内, 目前此仓库的workspace_demo
目录下提供了一些用于验证软件功能或验证库功能的demo工作区, 你可以直接导入使用
为了避免使用者自行构建的麻烦, 你可以在仓库右侧, 简介
的下方找到发行版
一栏, 在这里是编译并打包好的软件, 可直接下载使用. 但是请注意, 只有较大版本更新之后才会发布发行版, 因此你所下载到的发行版的功能可能是不如源码强的, 如果要体验最新版软件请参考8. 构建源码自行构建最新版软件
本工程使用CMake
作为顶层构建系统, CMake
可产生多种下层构建系统所需文件, 例如Makefile
除此之外, 本工程的内置编译器并非纯手写完成, 词法分析器和语法分析器基于flex
/bison
构建, 因此在构建时需要用户的开发环境内有可用的flex
和bison
本人使用vscode开发本工程, 所使用到的工作区文件也在源码目录下, 完整下载源码后双击tiny-signal-box.code-workspace文件即可自动打开vscode对代码进行编辑和浏览.工作区文件内包括了vscode的设置项, 构建所用的task以及调试所需要的launch配置, 因此无需使用者再次配置, 只要你是通过工作区文件打开的工程, 那么你所使用的配置就和我的是一样的
构建之前, 请先安装CMake
和Ninja
, 前者用于产生后者所需的文件, 后者则负责执行文件中的规则, 调用编译器编译和链接程序
除此之外, 还需要安装flex
和bison
, 推荐的方式是安装虚拟的linux环境, 比如Cygwin
, 在安装Cygwin
时, 选择flex
和bison
的软件包即可, 在Cygwin
安装完成后, 将vscode的内置终端替换为Cygwin
所使用的bash.exe
如果安装Cygwin
时没有选择flex
和bison
, 可以在安装完成后再次运行安装程序重新选择, 实际上这并不会重新安装, 只会把你对软件包的各种修改应用到已装好的Cygwin
里
关于如何配置vscode的内置终端, 请查看Terminal profiles
如果要在vscode内构建, 请安装CMake Tools
扩展程序, 安装好后再次打开工作区文件, vscode会在上方正中央弹出选择工具链的选择框, 选择QT提供的工具链然后进行CMake配置, 配置完成后源码目录下会出现build文件夹, 然后在vscode内按下Ctrl+Shift+B快捷键即可开始编译, 若你的生成任务默认快捷键不是这个, 也可以手动执行
编译完成后, 按下Crtl+Shift+T快捷键运行测试任务即可看到程序运行效果
若运行中出现问题, 直接在vscode内调试即可(快捷键F5), 但是请确保工作区文件内的gdb可执行文件的路径配置正确
如果你是make
使用者, 请在CMake
配置时传入-G Unix Makefiles
参数, 并正确指定你所使用的工具链, 然后在构建目录下执行make -j
如果你是ninja
使用者, 请在CMake
配置时传入-G Ninja
参数, 并正确指定你所使用的工具链, 然后在构建路径下执行ninja
软件自带的滤波库内的函数, 主要分为两种, 即IIR滤波器和FIR滤波器, 其中lpf
和hpf
属于IIR滤波器, average
和fir
属于FIR滤波器, 两种滤波器的使用方法是不一样的
lpf
和hpf
本身都是一阶的IIR滤波器, 并且无需使用者提供系数, 只需要提供采样序列和截止频率即可, 由于所有的函数的输出都是采样序列, 因此可以嵌套使用构成任意阶数的IIR滤波器
average
内部使用滑动均值滤波, 参数为采样序列和窗口大小, 它可看做系数为1/窗口大小
的FIR滤波器, 也是最简单的一种fir滤波器
fir
为直接型FIR滤波器, 参数为采样序列、滤波器阶数和滤波器系数, 内部对信号和滤波器系数做卷积运算, 因此改变系数就可以变为任何一种FIR滤波器, 此系数可由matlab计算导出保存为文件, 再使用read_file
函数将系数读入为采样序列, 通过传参的方式让fir
函数使用
目前此仓库的matlab_coefficient_demo
目录下提供了一些用matlab设计好的系数, 可以在信号表达式内直接使用, 这些demo参数文件的命名方式为: fir_(截止频率)_(采样率), 系数的采样率和软件设置的采样率一致才可使用
关于如何使用matlab设计FIR滤波器, 如何使用导出的系数, 请参阅matlab_coefficient_demo/fir_2k_5k
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