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方波是一种周期性的数字信号，它在高电平和低电平之间快速切换。方波具有明确的上升沿和下降沿，是数字电路和信号处理中最基本的波形之一。在这个图形中，我们可以看到方波在正1和负1之间切换，周期为1秒。
方波可以用分段函数来数学描述。在一个周期内，当时间t模T小于T/2时，函数值为正幅度A；当t模T大于等于T/2时，函数值为负幅度-A。这里A表示幅度，T表示周期，频率f等于1/T。这种定义使得方波具有规律的周期性特征。
方波在实际应用中非常广泛。在数字电路中，方波常用作时钟信号来同步各个组件。在通信系统中，方波用于数字编码和数据传输。控制系统中，方波可以实现开关控制。在音频合成中，方波是基础波形之一。通过改变占空比，可以产生不同特性的方波信号。
方波函数需要几个关键参数来完全定义其特性。幅度参数控制方波的峰值大小，频率决定方波的重复速度，占空比控制高电平在一个周期中的比例，直流偏移则决定方波的中心位置。通过调整这些参数，我们可以生成各种不同特性的方波信号。
这是方波函数的Python实现。函数接受时间t和四个参数：幅度、频率、占空比和直流偏移。首先计算周期，然后计算当前时间在周期内的位置。如果时间小于占空比乘以周期，返回高电平值，否则返回低电平值。让我们看看这个函数如何随时间生成方波信号。
现在让我们看看各个参数如何影响方波的形状。首先改变幅度，可以看到波形的高度发生变化。然后改变频率，波形的重复速度会加快或减慢。调整占空比会改变高低电平的时间比例。最后改变直流偏移，整个波形会上下移动。这些参数的组合使得方波函数非常灵活和实用。
方波函数在实际应用中非常广泛。在数字电路中，方波用作时钟信号来同步各个组件的工作。在PWM控制中，通过改变占空比来控制电机转速或LED亮度。在数字通信中，方波用于编码和传输数据。音频合成器使用方波产生特殊的音色效果。方波还广泛应用于测试设备和开关电源控制中，是数字世界不可缺少的基础信号。