uart_draw 即時 ADC 波形監看工具

Python + Matplotlib 製作的即時 UART 資料視覺化程式
支援移動平均濾波、一階微分與 4 視窗同步捲動

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目錄

1. 專案簡介
2. 功能
3. 專案結構
4. 環境需求
5. 主要參數
6. 開發指南
7. 授權

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專案簡介

本工具用來即時監看 MCU 透過 UART 傳出的 ADC 取樣值 (預設 1k S/s), 此數值與 MCU 傳送值有關 ：

1. 接收 – 背景執行緒持續監聽序列埠並寫入環形緩衝區
2. 處理 – 套用移動平均濾波並計算一階微分
3. 繪圖 – 每 40 ms 更新以下 4 幅波形
   • 原始 ADC 值
   • 原始值微分
   • 濾波後 ADC 值
   • 濾波後值微分

所有圖表自動維持 5 s 觀測窗並平滑捲動。

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功能

功能	說明
多執行緒架構	UART 讀取與 GUI 分離
可配置通訊參數	PORT、BAUD_RATE、SYNC_BIT 可分別設定調整
13-bit 解析	0xAA 同步碼 → 2 Byte Little Endian → & 0x0FFF 取得 0 – 4095
移動平均濾波	預設 5 點；修改 model.WINDOW_SIZE 可調整
一階微分	以 np.gradient() 中央差分，長度與原始資料相同

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專案結構

uart-draw/
├── reader.py      # UART 讀取執行緒
├── model.py       # ADCData 類別與濾波器
├── plotting.py    # Matplotlib 動畫邏輯
├── main.py        # 程式進入點
├── pyproject.toml # 相依套件定義
└── uv.lock        # （可選）uv 產生的鎖檔

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環境需求

本專案使用 Python 3.8+ 開發，並使用 uv 套件來管理相依性。

理論上在任何支援 Python 的作業系統上都能運行，但目前只在 Linux 上測試過。

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主要參數

參數	位置	預設值	說明
PORT	reader.py	/dev/ttyACM0	串列埠名稱
BAUD_RATE	reader.py	115200	鮑率
SYNC_BIT	reader.py	0xAA	資料同步起始位元
SAMPLE_RATE	model.py	1000	MCU 取樣頻率 (Hz)
WINDOW_SECONDS	model.py	5	圖形顯示時窗 (s)
WINDOW_SIZE	model.py	5	移動平均窗口長度 (samples)

開發指南

執行步驟

1. 確保已安裝 Python 3.8+ 和 uv 套件
2. 在專案目錄下執行 uv run 以安裝相依套件
3. 修改 reader.py 中的 PORT、BAUD_RATE 和 SYNC_BIT 參數
4. 執行 uv run main.py 開始程式

Commit 規範

採用 Conventional Commits，如下範例：

git commit -m "feat(model): add Butterworth filter helper"