Matlab GUl介紹及串口通信實現(xiàn)

　　Matlab是MathWorks公司開發(fā)的一種科學計算軟件。Matlab運行穩(wěn)定、可靠、使用方便，是廣大科研人員進行科學研究的得力助手。Matlab不僅具有強大的科學計算功能，還具有滿足一般要求的數(shù)據(jù)采集以及界面設計開發(fā)功能。Matlab GUI(Graphic User Interface)就是內置于Matlab的進行圖形界面開發(fā)的模塊。

　　本文利用Matlab GUI設計通過串口進行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的界面，并利用內置于Matlab的串口通信API實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)發(fā)送與接收功能。

　　1 Matlab GUl介紹

　　啟動Matlab后，運行guide命令即可以啟動Matlab GUI開發(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(shù)設置按鈕。

　　運行后的界面如圖3所示。

　　2 串口數(shù)據(jù)發(fā)送與接收功能實現(xiàn)

　　2.1 建立串口通信流程的基本步驟

　　Matlab提供了對串口進行打開、關閉、以及串口參數(shù)設置等操作的一系列函數(shù)。利用這些函數(shù)可以選擇串口號、設置串口通信參數(shù)(波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位等)、進行中斷控制、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步驟：

　　(1)為應用程序創(chuàng)建串口對象。實現(xiàn)該功能的函數(shù)為：

　　(3)設置或者修改串口通信參數(shù)。在能夠有效地進行串口通信前，必須設置正確的串口通信參數(shù)。實現(xiàn)該功能的函數(shù)為：

　　obj即為使用創(chuàng)建串口對象函數(shù)的返回值;PropertyName為串口通信參數(shù)，如baudrate，startbits等。

　　(4)從串口讀寫數(shù)據(jù)。在前面三個步驟正常完成后，即可以從串口讀數(shù)據(jù)或者向串口寫數(shù)據(jù)，也就是接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)。實現(xiàn)讀串口功能的函數(shù)有多個。其區(qū)別在于根據(jù)到達串口數(shù)據(jù)的類型選擇合適的讀函數(shù)。主要包括：fgetl，fgets，fread，fscanf。這里主要介紹fread，fread函數(shù)實現(xiàn)從串口讀入二進制數(shù)據(jù)。fread的實現(xiàn)形式為：

　　A=fread(obj，size)

　　A為讀入的數(shù)據(jù)，以數(shù)組的形式存儲，存儲數(shù)據(jù)形式為字節(jié);obj即為使用創(chuàng)建串口對象函數(shù)的返回值;size指定一次讀操作讀入字節(jié)的個數(shù)。實現(xiàn)寫串口的函數(shù)有兩個，分別為fwrite和fprintf。fwrite以二進制形式向串口寫入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)形式為：

　　fwrite(obj，A)

　　obj即為使用創(chuàng)建串口對象函數(shù)的返回值;A為寫入的數(shù)據(jù)，以數(shù)組形式存儲。fwrite以文本形式向串口寫入數(shù)據(jù)，即以ASCII碼的形式向串口寫數(shù)據(jù)，實現(xiàn)形式為：

　　fprintf(obj，'cmd')

　　obj即為使用創(chuàng)建串口對象函數(shù)的返回值;cmd為寫入的文本數(shù)據(jù)，以數(shù)組形式存儲。

　　(5)關閉串口以及釋放串口對象占用的存儲空間。關閉串口函數(shù)為：fclose(obj)。釋放串口對象占用的內存空間，函數(shù)為：delete(obj)。釋放串口對象在Matlab工作區(qū)中占用的存儲空間，函數(shù)為：clear obj。

　　以上5步是建立串口通信過程到關閉串口，釋放串口占用資源的基本步驟。基本步驟可以實現(xiàn)手動收發(fā)數(shù)據(jù)。其例程如下：

　　2.2 串口中斷設置及中斷處理函數(shù)

　　要實現(xiàn)自動收發(fā)數(shù)據(jù)，還需要定義串口中斷處理函數(shù)以及觸發(fā)串口中斷的方式。定義串口中斷處理函數(shù)也就是定義串口數(shù)據(jù)接收或者發(fā)送函數(shù)。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(shù)據(jù)的時候，通知并啟動串口數(shù)據(jù)接收函數(shù)進行數(shù)據(jù)接收操作;在串口輸出緩存為空的時候，通知啟動串口數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)。

　　(1)觸發(fā)串口中斷的方式。在Matlab串口通信編程中，Matlab通過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(shù)達到人工設定的數(shù)目時，則系統(tǒng)產(chǎn)生該事件;另一種是當接收到指定字符時，系統(tǒng)產(chǎn)生該事件。Output erupty事件是在系統(tǒng)檢測到輸出緩存區(qū)為空時，產(chǎn)生該事件。

　　Bytes available事件需要事先設置?？梢允褂煤瘮?shù)：set(obj，'By tesAvailableFcnMode'，'byte');set(obj，'BytesAvailableFcn-Count'，240);以上兩個函數(shù)設置當串口檢測到輸入緩存中到達了240個字符的數(shù)據(jù)時，則觸發(fā)串口中斷。另外，也可以設置為當系統(tǒng)檢測到某個字符達到串口，則觸發(fā)串口中斷。其設置函數(shù)為：set(obj，'BytesAvailableFcnMode'，'terminator');set(obj，'terminator'， 'H')。以上兩個函數(shù)設置當串口檢測到字符H時，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(tǒng)自動檢測產(chǎn)生，不需要用戶特別設置。該事件一般在輸出緩存中的最后一個字符發(fā)送完畢后產(chǎn)生。用戶可以定義該事件引起的串口中斷處理函數(shù)。

　　(2)串口中斷處理函數(shù)。串口中斷處理函數(shù)可以根據(jù)用戶需要自行定義。如串口讀中斷處理函數(shù)可以這樣定義：obj.BytesAvailableF-cn=@reeeiveData。receiveData即為串口讀中斷處理函數(shù)。在讀中斷處理函數(shù)中可以進行串口讀操作。即將輸入緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)讀到用戶自定義的存儲變量中，以備后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與分析。類似可以定義輸出緩存為空時觸發(fā)的串口中斷處理函數(shù)：obj.OutputEmptyFcn=@write-Data。

　　本文開發(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(shù)據(jù)。通過定義串口讀中斷事件和串口中斷處理函數(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集，并以Matlab圖形方式實時顯示數(shù)據(jù)。

　　3 串口通信程序的編譯發(fā)布

　　3.1 編譯程序

　　為了對代碼進行保密，以及方便用戶發(fā)布可以在不同平臺運行的可執(zhí)行程序，Matlab提供了Matlab程序編譯與發(fā)布功能。在進行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，進行編譯工具設置。如圖4所示。

　　mbuild-setup命令運行后，Matlab會檢測已經(jīng)安裝在本機上的編譯器，用戶可以自行選擇任意一個編譯器，選擇完畢后，運行編譯命令，Matlab將使用用戶選定的編譯器對程序進行編譯。

　　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(zhí)行程序。命令格式為：

　　mcc[-options]mifilel[mfile2…mfileN];

　　options為編譯參數(shù);mfilel為待編譯的Matlab文件，如果包含多個Matlab文件，可以直接列在mfilel后面。

　　如將一個文件名為myfun.m的Matlab文件編譯成一個獨立可執(zhí)行程序，可以使用mcc命令：

　　mcc-m myfun：

　　mcc命令可以用使用多個編譯參數(shù)，相應參數(shù)的含義可以參見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(zhí)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(zhí)行程序一起打包，拷貝到其他沒有安裝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(zhí)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，通過該工具可以方便、快捷地編譯發(fā)布Matlab程序。

　　4 結語

　　Matlab具有強大的科學計算功能和圖形顯示功能，選用Matlab作為數(shù)據(jù)處理與分析工具是合適的，但其界面開發(fā)和數(shù)據(jù)采集功能相對較弱，不如VisualC++或者LabView強大。不過，對于一般的界面開發(fā)，和普通功能的串口通信開發(fā)，Matlab是足以勝任的，同時也可以直接利用其強大的數(shù)據(jù)分析與處理功能。本文基于Matlab GUI的串口通信功能的編程實現(xiàn)表明利用Matlab GUI可以進行包含一般界面元素的界面開發(fā)，在此基礎上，加入串口通信功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集與分析處理，并進行圖形化顯示。