c - 在不使用标准函数的情况下在 C 中生成正弦信号

Question

我想在不使用标准函数 sin() 的情况下在 C 中生成正弦信号，以便触发 LED 亮度的正弦形变化。我的基本想法是使用具有 40 个点和插值的查找表。

这是我的第一种方法:

const int sine_table[40] = {0, 5125, 10125, 14876, 19260, 23170, 26509, 29196,
31163, 32364, 32767,  32364, 31163, 29196, 26509, 23170, 19260, 14876, 10125,
5125, 0, -5126, -10126,-14877, -19261, -23171, -26510, -29197, -31164, -32365,
-32768, -32365, -31164, -29197, -26510, -23171, -19261, -14877, -10126, -5126};

int i = 0;
int x1 = 0;
int x2 = 0;
float y = 0;

float sin1(float phase)
{
    x1 = (int) phase % 41;
    x2 = x1 + 1;
    y = (sine_table[x2] - sine_table[x1])*((float) ((int) (40*0.001*i*100) % 4100)/100 - x1) + sine_table[x1];
    return y;
}

int main()
{
    while(1)
    {
    printf("%f      ", sin1(40*0.001*i)/32768);
    i = i + 1;
    }
}

不幸的是，这个函数有时会返回远大于 1 的值。此外，插值似乎不太好(我用它来创建 LED 的正弦形亮度变化，但这些非常不平滑)。

有人有更好的主意用 C 语言实现正弦发生器吗？

Answer 1

OP 的主要问题是为表查找生成索引。

OP 的代码尝试访问外部数组 sine_table[40] 导致 undefined behavior .至少解决这个问题。

const int sine_table[40] = {0, 5125, 10125, ...
    ...
    x1 = (int) phase % 41;                     // -40 <= x1 <= 40
    x2 = x1 + 1;                               // -39 <= x2 <= 41  
    y = (sine_table[x2] - sine_table[x1])*...  // bad code, consider x1 = 40 or x2 = 40,41

建议的更改

    x1 = (int) phase % 40;   // mod 40, not 41
    if (x1 < 0) x1 += 40;    // Handle negative values
    x2 = (x1 + 1) % 40;      // Handle wrap-around 
    y = (sine_table[x2] - sine_table[x1])*...  

存在更好的方法，但要关注 OP 的方法，请参见下文。

#include <math.h>
#include <stdio.h>

const int sine_table[40] = { 0, 5125, 10125, 14876, 19260, 23170, 26509, 29196,
31163, 32364, 32767, 32364, 31163, 29196, 26509, 23170, 19260, 14876, 10125,
5125, 0, -5126, -10126, -14877, -19261, -23171, -26510, -29197, -31164, -32365,
-32768, -32365, -31164, -29197, -26510, -23171, -19261, -14877, -10126, -5126 };

int i = 0;
int x1 = 0;
int x2 = 0;
float y = 0;

float sin1(float phase) {
  x1 = (int) phase % 40;
  if (x1 < 0) x1 += 40;
  x2 = (x1 + 1) % 40;
  y = (sine_table[x2] - sine_table[x1])
      * ((float) ((int) (40 * 0.001 * i * 100) % 4100) / 100 - x1)
      + sine_table[x1];
  return y;
}

int main(void) {
  double pi = 3.1415926535897932384626433832795;
  for (int j = 0; j < 1000; j++) {
    float x = 40 * 0.001 * i;
    float radians = x * 2 * pi / 40;
    printf("%f %f %f\n", x, sin1(x) / 32768, sin(radians));
    i = i + 1;
  }
}

输出

         OP's     Reference sin()
0.000000 0.000000 0.000000
0.040000 0.006256 0.006283
0.080000 0.012512 0.012566
...
1.960000 0.301361 0.303035
2.000000 0.308990 0.309017
2.040000 0.314790 0.314987
...
39.880001 -0.020336 -0.018848
39.919998 -0.014079 -0.012567
39.959999 -0.006257 -0.006283

---

更好的代码不会将值 i, x1, x2, y 作为全局变量传递，而是作为函数参数或函数变量传递。也许这是 OP 调试的产物。

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Does anybody have a better idea to implement a sine generator in C?

这是相当广泛的。在速度、精度、代码空间、可移植性或可维护性方面更好？ sine() 函数很容易制作。高质量的需要更多的努力。

虽然模糊，但 OP 使用小型查找表是一个好的开始 - 虽然我认为它可以在没有任何 float 学的情况下完成。我建议 OP 构建一个经过测试且有效的解决方案并将其发布在 Code Review 中寻求改进意见。