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Matlab是MathWorks公司開(kāi)發(fā)的一種科學(xué)計算軟件。Matlab運行穩定、可靠、使用方便，是廣大科研人員進(jìn)行科學(xué)研究的得力助手。Matlab不僅具有強大的科學(xué)計算功能，還具有滿(mǎn)足一般要求的數據采集以及界面設計開(kāi)發(fā)功能。Matlab GUI(Graphic User Interface)就是內置于Matlab的進(jìn)行圖形界面開(kāi)發(fā)的模塊。 本文利用Matlab GUI設計通過(guò)串口進(jìn)行數據發(fā)送和接收的界面，并利用內置于Matlab的串口通信API實(shí)現串口數據發(fā)送與接收功能。 1 Matlab GUl介紹 啟動(dòng)Matlab后，運行g(shù)uide命令即可以啟動(dòng)Matlab GUI開(kāi)發(fā)工具。如圖1所示。 新建Blank GUI，如圖2所示。 在新建Blank GUI界面中，包含了一般的界面元素，如菜單、按鈕、坐標軸、控件等。添加必要的串口通信參數設置按鈕。 運行后的界面如圖3所示。 2 串口數據發(fā)送與接收功能實(shí)現 2．1 建立串口通信流程的基本步驟 Matlab提供了對串口進(jìn)行打開(kāi)、關(guān)閉、以及串口參數設置等操作的一系列函數。利用這些函數可以選擇串口號、設置串口通信參數(波特率、數據位、停止位、校驗位等)、進(jìn)行中斷控制、流控制。從建立串口通信到結束串口通信的完整流程包括以下幾個(gè)步驟： (1)為應用程序創(chuàng )建串口對象。實(shí)現該功能的函數為： 其中參數port為完整的串口名稱(chēng)，如cornl。PropertyName為串口通信參數，如baudrate，startbits等。創(chuàng )建串口對象的過(guò)程中，也可以忽略PropertyName。其函數為： (2)連接打開(kāi)串口。實(shí)現該功能的函數為： obj即為使用創(chuàng )建串口對象函數的返回值。在連接打開(kāi)串口后，可以對串口通信參數進(jìn)行修改。 (3)設置或者修改串口通信參數。在能夠有效地進(jìn)行串口通信前，必須設置正確的串口通信參數。實(shí)現該功能的函數為： obj即為使用創(chuàng )建串口對象函數的返回值；PropertyName為串口通信參數，如baudrate，startbits等。 (4)從串口讀寫(xiě)數據。在前面三個(gè)步驟正常完成后，即可以從串口讀數據或者向串口寫(xiě)數據，也就是接收或者發(fā)送數據。實(shí)現讀串口功能的函數有多個(gè)。其區別在于根據到達串口數據的類(lèi)型選擇合適的讀函數。主要包括：fgetl，fgets，fread，fscanf。這里主要介紹fread，fread函數實(shí)現從串口讀入二進(jìn)制數據。fread的實(shí)現形式為： A=fread(obj，size) A為讀入的數據，以數組的形式存儲，存儲數據形式為字節；obj即為使用創(chuàng )建串口對象函數的返回值；size指定一次讀操作讀入字節的個(gè)數。實(shí)現寫(xiě)串口的函數有兩個(gè)，分別為fwrite和fprintf。fwrite以二進(jìn)制形式向串口寫(xiě)入數據，實(shí)現形式為： fwrite(obj，A) obj即為使用創(chuàng )建串口對象函數的返回值；A為寫(xiě)入的數據，以數組形式存儲。fwrite以文本形式向串口寫(xiě)入數據，即以ASCII碼的形式向串口寫(xiě)數據，實(shí)現形式為： fprintf(obj，'cmd') obj即為使用創(chuàng )建串口對象函數的返回值；cmd為寫(xiě)入的文本數據，以數組形式存儲。 (5)關(guān)閉串口以及釋放串口對象占用的存儲空間。關(guān)閉串口函數為：fclose(obj)。釋放串口對象占用的內存空間，函數為：delete(obj)。釋放串口對象在Matlab工作區中占用的存儲空間，函數為：clear obj。 以上5步是建立串口通信過(guò)程到關(guān)閉串口，釋放串口占用資源的基本步驟�；静襟E可以實(shí)現手動(dòng)收發(fā)數據。其例程如下： 運行以上語(yǔ)句后，顯示的結果如下： 串口數據接收完畢后，需要關(guān)閉串口，并釋放串口對象占用的資源，使用的命令如下： 2．2 串口中斷設置及中斷處理函數 要實(shí)現自動(dòng)收發(fā)數據，還需要定義串口中斷處理函數以及觸發(fā)串口中斷的方式。定義串口中斷處理函數也就是定義串口數據接收或者發(fā)送函數。定義觸發(fā)串口中斷的方式其目的是為了在串口檢測到接收數據的時(shí)候，通知并啟動(dòng)串口數據接收函數進(jìn)行數據接收操作；在串口輸出緩存為空的時(shí)候，通知啟動(dòng)串口數據發(fā)送函數。 (1)觸發(fā)串口中斷的方式。在Matlab串口通信編程中，Matlab通過(guò)檢測到串口通信事件，從而觸發(fā)串口中斷。涉及到串口讀寫(xiě)的事件包括：Bytes available，Output empty。其中Bytes available事件有兩種：一種是接收到的字符數達到人工設定的數目時(shí)，則系統產(chǎn)生該事件；另一種是當接收到指定字符時(shí)，系統產(chǎn)生該事件。Output erupty事件是在系統檢測到輸出緩存區為空時(shí)，產(chǎn)生該事件。 Bytes available事件需要事先設置�？梢允褂煤瘮担簊et(obj，'By tesAvailableFcnMode'，'byte')；set(obj，'BytesAvailableFcn-Count'，240)；以上兩個(gè)函數設置當串口檢測到輸入緩存中到達了240個(gè)字符的數據時(shí)，則觸發(fā)串口中斷。另外，也可以設置為當系統檢測到某個(gè)字符達到串口，則觸發(fā)串口中斷。其設置函數為：set(obj，'BytesAvailableFcnMode'，'terminator')；set(obj，'terminator'， 'H')。以上兩個(gè)函數設置當串口檢測到字符H時(shí)，則觸發(fā)串口中斷。 輸出緩存為空事件的產(chǎn)生。該事件由系統自動(dòng)檢測產(chǎn)生，不需要用戶(hù)特別設置。該事件一般在輸出緩存中的最后一個(gè)字符發(fā)送完畢后產(chǎn)生。用戶(hù)可以定義該事件引起的串口中斷處理函數。 (2)串口中斷處理函數。串口中斷處理函數可以根據用戶(hù)需要自行定義。如串口讀中斷處理函數可以這樣定義：obj．BytesAvailableF-cn=@reeeiveData。receiveData即為串口讀中斷處理函數。在讀中斷處理函數中可以進(jìn)行串口讀操作。即將輸入緩存區中的數據讀到用戶(hù)自定義的存儲變量中，以備后續的數據處理與分析。類(lèi)似可以定義輸出緩存為空時(shí)觸發(fā)的串口中斷處理函數：obj．OutputEmptyFcn=@write-Data。 本文開(kāi)發(fā)的串口通信程序用于接收采集IMU(Inertial Measurement Unit)輸出的加速度計和陀螺的測量數據。通過(guò)定義串口讀中斷事件和串口中斷處理函數，實(shí)現了數據的自動(dòng)采集，并以Matlab圖形方式實(shí)時(shí)顯示數據。 3 串口通信程序的編譯發(fā)布 3．1 編譯程序 為了對代碼進(jìn)行保密，以及方便用戶(hù)發(fā)布可以在不同平臺運行的可執行程序，Matlab提供了Matlab程序編譯與發(fā)布功能。在進(jìn)行Matlab程序編譯之前，需要設置編譯工具。在Matlab命令窗口中，輸入運行mbuild-setup，進(jìn)行編譯工具設置。如圖4所示。 mbuild-setup命令運行后，Matlab會(huì )檢測已經(jīng)安裝在本機上的編譯器，用戶(hù)可以自行選擇任意一個(gè)編譯器，選擇完畢后，運行編譯命令，Matlab將使用用戶(hù)選定的編譯器對程序進(jìn)行編譯。 設置完畢編譯工具后，即可以在命令窗口中運行編譯命令，將Matlab程序編譯成可執行程序。命令格式為： mcc[-options]mifilel[mfile2…mfileN]； options為編譯參數；mfilel為待編譯的Matlab文件，如果包含多個(gè)Matlab文件，可以直接列在mfilel后面。 如將一個(gè)文件名為myfun．m的Matlab文件編譯成一個(gè)獨立可執行程序，可以使用mcc命令： mcc-m myfun： mcc命令可以用使用多個(gè)編譯參數，相應參數的含義可以參見(jiàn)Matlab幫助文檔。 3．2 發(fā)布程序 Matlab文件編譯完畢后，生成的可執行程序還需要．Matlab環(huán)境的支持，要發(fā)布到?jīng)]有安裝Matlab的機器上運行，還需要進(jìn)行最后一項工作，即打包Matlab組件運行環(huán)境(Matlab Component Runtime，MCR)。將MCR與可執行程序一起打包，拷貝到其他沒(méi)有安裝Matlab的機器上，在該機器上安裝MCR，安裝完畢即可以直接在該機器上運行編譯的Matlab可執行程序。MCR安裝文件位于： Matlab Root＼toolbox＼compiler＼deploy＼win32 在2008版Matlab中，已經(jīng)內置了Matlab編譯發(fā)布工具箱，在Matlab命令窗口中運行deploytool命令，即可以調出該工具窗口，通過(guò)該工具可以方便、快捷地編譯發(fā)布Matlab程序。 4 結語(yǔ) Matlab具有強大的科學(xué)計算功能和圖形顯示功能，選用Matlab作為數據處理與分析工具是合適的，但其界面開(kāi)發(fā)和數據采集功能相對較弱，不如VisualC++或者LabView強大。不過(guò)，對于一般的界面開(kāi)發(fā)，和普通功能的串口通信開(kāi)發(fā)，Matlab是足以勝任的，同時(shí)也可以直接利用其強大的數據分析與處理功能。本文基于Matlab GUI的串口通信功能的編程實(shí)現表明利用Matlab GUI可以進(jìn)行包含一般界面元素的界面開(kāi)發(fā)，在此基礎上，加入串口通信功能，實(shí)現數據的實(shí)時(shí)采集與分析處理，并進(jìn)行圖形化顯示。 |
