使用 Matplotlib 创建实时示波器

简介

本教程是一份关于如何使用 Python 的 Matplotlib 库创建示波器的分步指南。示波器是一种用于测量和显示随时间变化的电压信号的设备。在本教程中，我们将使用 Matplotlib 的动画模块来创建电压信号的实时显示。

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导入库

在开始编码之前，我们需要导入必要的库。我们将使用 Matplotlib、NumPy 和动画模块。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import matplotlib.animation as animation
from matplotlib.lines import Line2D

设置示波器类

Scope 类将保存我们创建示波器所需的数据和方法。在构造函数中，我们初始化必要的变量并设置绘图。

class Scope:
    def __init__(self, ax, maxt=2, dt=0.02):
        self.ax = ax
        self.dt = dt
        self.maxt = maxt
        self.tdata = [0]
        self.ydata = [0]
        self.line = Line2D(self.tdata, self.ydata)
        self.ax.add_line(self.line)
        self.ax.set_ylim(-.1, 1.1)
        self.ax.set_xlim(0, self.maxt)

定义更新方法

更新方法会在动画的每一帧被调用。它接收一个新值并相应地更新绘图。

def update(self, y):
        lastt = self.tdata[-1]
        if lastt >= self.tdata[0] + self.maxt:  ## reset the arrays
            self.tdata = [self.tdata[-1]]
            self.ydata = [self.ydata[-1]]
            self.ax.set_xlim(self.tdata[0], self.tdata[0] + self.maxt)
            self.ax.figure.canvas.draw()

        t = self.tdata[0] + len(self.tdata) * self.dt

        self.tdata.append(t)
        self.ydata.append(y)
        self.line.set_data(self.tdata, self.ydata)
        return self.line,

创建发射器函数

发射器函数生成将被传递到更新方法的数据。在这种情况下，我们以 0.1 的概率生成随机数据。

def emitter(p=0.1):
    while True:
        v = np.random.rand()
        if v > p:
            yield 0.
        else:
            yield np.random.rand()

设置绘图

我们创建一个新的图形和轴对象，并初始化 Scope 类。然后，我们将更新函数和发射器函数传递给 FuncAnimation 方法以创建动画。

fig, ax = plt.subplots()
scope = Scope(ax)

ani = animation.FuncAnimation(fig, scope.update, emitter, interval=50,
                              blit=True, save_count=100)

plt.show()

总结

在本教程中，我们学习了如何使用 Matplotlib 创建一个示波器，以显示随时间变化的电压信号。我们定义了一个 Scope 类来保存示波器所需的数据和方法，创建了一个更新方法来更新绘图，并使用发射器函数来生成数据。最后，我们设置了绘图，并将更新函数和发射器函数传递给 FuncAnimation 方法以创建动画。