模拟脉冲调制

简介

脉冲调制（Pulse Width Modulation，PWM）是一种调制技术，将模拟信号转换为数字信号，常用于控制电机、LED等。模拟脉冲调制（Analog Pulse Width Modulation，APWM）是一种类似的技术，但是它可以将数字信号通过一个滤波器转换为模拟信号，用于音频信号、无线电信号等领域。

本文将介绍如何使用Python实现模拟脉冲调制。

实现步骤

1. 定义一个正弦波作为模拟信号。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

t = np.linspace(0, 2*np.pi, 1000)
y = np.sin(t)

plt.plot(t, y)
plt.show()

2. 定义一个脉冲信号作为调制信号。

duty_cycle = 0.5  # 脉冲信号占空比
time_period = 2*np.pi  # 脉冲信号周期

def pulse(t):
    return (t % time_period) < (time_period * duty_cycle)

t = np.linspace(0, 4*np.pi, 1000)
y = pulse(t)

plt.plot(t, y)
plt.show()

3. 将模拟信号和脉冲信号进行调制。

modulated_signal = y * (1 + np.sin(t))

plt.plot(t, modulated_signal)
plt.show()

4. 将调制后的信号通过一个低通滤波器获得模拟信号。

from scipy import signal

nyquist_frequency = 20  # 采样频率的一半
cutoff_frequency = 5  # 截止频率

sampling_period = np.average(np.diff(t))
sampling_frequency = 1 / sampling_period

b, a = signal.butter(4, cutoff_frequency/nyquist_frequency)
filtered_signal = signal.filtfilt(b, a, modulated_signal)

plt.plot(t, filtered_signal)
plt.show()

效果演示

将上面的代码整合到一个文件中，运行之后可以看到以下效果：

可以看到，经过调制和滤波后，获得了一个与原始信号非常接近的模拟信号。

总结

本文介绍了如何使用Python实现模拟脉冲调制，包括正弦波的生成、脉冲信号的生成、调制和滤波等步骤。对于需要生成模拟信号的场合，APWM是一种很好的选项。