基于Matlab GUI的串口通信編程實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)代電子技術(shù)
王戰(zhàn)軍 沈 明
摘要: Matlab是MathWorks公司開發(fā)的一種科學(xué)計(jì)算軟件。Matlab運(yùn)行穩(wěn)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(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能,還具有滿足一般要求的數(shù)據(jù)采集以及界面設(shè)計(jì)開發(fā)功能。Matlab GUI(Graphic User Interface)就是內(nèi)置于Matlab的進(jìn)行圖形界面開發(fā)的模塊。
本文利用Matlab GUI設(shè)計(jì)通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的界面,并利用內(nèi)置于Matlab的串口通信API實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)發(fā)送與接收功能。
Abstract:
Key words :
0 引言
Matlab是MathWorks公司開發(fā)的一種科學(xué)計(jì)算軟件。Matlab運(yùn)行穩(wěn)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(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能,還具有滿足一般要求的數(shù)據(jù)采集以及界面設(shè)計(jì)開發(fā)功能。Matlab GUI(Graphic User Interface)就是內(nèi)置于Matlab的進(jìn)行圖形界面開發(fā)的模塊。
本文利用Matlab GUI設(shè)計(jì)通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的界面,并利用內(nèi)置于Matlab的串口通信API實(shí)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(yùn)行g(shù)uide命令即可以啟動Matlab GUI開發(fā)工具。如圖1所示。
啟動Matlab后,運(yùn)行g(shù)uide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(biāo)軸、控件等。添加必要的串口通信參數(shù)設(shè)置按鈕。
運(yùn)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(shí)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(jìn)行打開、關(guān)閉、以及串口參數(shù)設(shè)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(shè)置串口通信參數(shù)(波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位等)、進(jìn)行中斷控制、流控制。從建立串口通信到結(jié)束串口通信的完整流程包括以下幾個(gè)步驟:
(1)為應(yīng)用程序創(chuàng)建串口對象。實(shí)現(xiàn)該功能的函數(shù)為:
其中參數(shù)port為完整的串口名稱,如cornl。PropertyName為串口通信參數(shù),如baudrate,startbits等。創(chuàng)建串口對象的過程中,也可以忽略PropertyName。其函數(shù)為:
(2)連接打開串口。實(shí)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。在連接打開串口后,可以對串口通信參數(shù)進(jìn)行修改。
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、關(guān)閉、以及串口參數(shù)設(shè)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(shè)置串口通信參數(shù)(波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位等)、進(jìn)行中斷控制、流控制。從建立串口通信到結(jié)束串口通信的完整流程包括以下幾個(gè)步驟:
(1)為應(yīng)用程序創(chuàng)建串口對象。實(shí)現(xiàn)該功能的函數(shù)為:
其中參數(shù)port為完整的串口名稱,如cornl。PropertyName為串口通信參數(shù),如baudrate,startbits等。創(chuàng)建串口對象的過程中,也可以忽略PropertyName。其函數(shù)為:
(2)連接打開串口。實(shí)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。在連接打開串口后,可以對串口通信參數(shù)進(jìn)行修改。
(3)設(shè)置或者修改串口通信參數(shù)。在能夠有效地進(jìn)行串口通信前,必須設(shè)置正確的串口通信參數(shù)。實(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)讀串口功能的函數(shù)有多個(gè)。其區(qū)別在于根據(jù)到達(dá)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(shí)現(xiàn)從串口讀入二進(jìn)制數(shù)據(jù)。fread的實(shí)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(gè)數(shù)。實(shí)現(xiàn)寫串口的函數(shù)有兩個(gè),分別為fwrite和fprintf。fwrite以二進(jìn)制形式向串口寫入數(shù)據(jù),實(shí)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(shí)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(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(shù)為:fclose(obj)。釋放串口對象占用的內(nèi)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(guān)閉串口,釋放串口占用資源的基本步驟。基本步驟可以實(shí)現(xiàn)手動收發(fā)數(shù)據(jù)。其例程如下:
運(yùn)行以上語句后,顯示的結(jié)果如下:
串口數(shù)據(jù)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(shè)置及中斷處理函數(shù)
要實(shí)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(shí)候,通知并啟動串口數(shù)據(jù)接收函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收操作;在串口輸出緩存為空的時(shí)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(dá)到人工設(shè)定的數(shù)目時(shí),則系統(tǒng)產(chǎn)生該事件;另一種是當(dāng)接收到指定字符時(shí),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(shí),產(chǎn)生該事件。
Bytes available事件需要事先設(shè)置。可以使用函數(shù):set(obj,'By tesAvailableFcnMode','byte');set(obj,'BytesAvailableFcn-Count',240);以上兩個(gè)函數(shù)設(shè)置當(dāng)串口檢測到輸入緩存中到達(dá)了240個(gè)字符的數(shù)據(jù)時(shí),則觸發(fā)串口中斷。另外,也可以設(shè)置為當(dāng)系統(tǒng)檢測到某個(gè)字符達(dá)到串口,則觸發(fā)串口中斷。其設(shè)置函數(shù)為:set(obj,'BytesAvailableFcnMode','terminator');set(obj,'terminator', 'H')。以上兩個(gè)函數(shù)設(shè)置當(dāng)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(tǒng)自動檢測產(chǎn)生,不需要用戶特別設(shè)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(jìn)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(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集,并以Matlab圖形方式實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。
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(gè)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(shí)現(xiàn)讀串口功能的函數(shù)有多個(gè)。其區(qū)別在于根據(jù)到達(dá)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(shí)現(xiàn)從串口讀入二進(jìn)制數(shù)據(jù)。fread的實(shí)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(gè)數(shù)。實(shí)現(xiàn)寫串口的函數(shù)有兩個(gè),分別為fwrite和fprintf。fwrite以二進(jìn)制形式向串口寫入數(shù)據(jù),實(shí)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(shí)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(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(shù)為:fclose(obj)。釋放串口對象占用的內(nèi)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(guān)閉串口,釋放串口占用資源的基本步驟。基本步驟可以實(shí)現(xiàn)手動收發(fā)數(shù)據(jù)。其例程如下:
運(yùn)行以上語句后,顯示的結(jié)果如下:
串口數(shù)據(jù)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(shè)置及中斷處理函數(shù)
要實(shí)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(shí)候,通知并啟動串口數(shù)據(jù)接收函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收操作;在串口輸出緩存為空的時(shí)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(dá)到人工設(shè)定的數(shù)目時(shí),則系統(tǒng)產(chǎn)生該事件;另一種是當(dāng)接收到指定字符時(shí),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(shí),產(chǎn)生該事件。
Bytes available事件需要事先設(shè)置。可以使用函數(shù):set(obj,'By tesAvailableFcnMode','byte');set(obj,'BytesAvailableFcn-Count',240);以上兩個(gè)函數(shù)設(shè)置當(dāng)串口檢測到輸入緩存中到達(dá)了240個(gè)字符的數(shù)據(jù)時(shí),則觸發(fā)串口中斷。另外,也可以設(shè)置為當(dāng)系統(tǒng)檢測到某個(gè)字符達(dá)到串口,則觸發(fā)串口中斷。其設(shè)置函數(shù)為:set(obj,'BytesAvailableFcnMode','terminator');set(obj,'terminator', 'H')。以上兩個(gè)函數(shù)設(shè)置當(dāng)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(tǒng)自動檢測產(chǎn)生,不需要用戶特別設(shè)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(jìn)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(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集,并以Matlab圖形方式實(shí)時(shí)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(jìn)行保密,以及方便用戶發(fā)布可以在不同平臺運(yùn)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(jìn)行Matlab程序編譯之前,需要設(shè)置編譯工具。在Matlab命令窗口中,輸入運(yùn)行mbuild-setup,進(jìn)行編譯工具設(shè)置。如圖4所示。
3.1 編譯程序
為了對代碼進(jìn)行保密,以及方便用戶發(fā)布可以在不同平臺運(yùn)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(jìn)行Matlab程序編譯之前,需要設(shè)置編譯工具。在Matlab命令窗口中,輸入運(yùn)行mbuild-setup,進(jìn)行編譯工具設(shè)置。如圖4所示。
mbuild-setup命令運(yùn)行后,Matlab會檢測已經(jīng)安裝在本機(jī)上的編譯器,用戶可以自行選擇任意一個(gè)編譯器,選擇完畢后,運(yùn)行編譯命令,Matlab將使用用戶選定的編譯器對程序進(jìn)行編譯。
設(shè)置完畢編譯工具后,即可以在命令窗口中運(yùn)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(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(dú)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(gè)編譯參數(shù),相應(yīng)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(jī)器上運(yùn)行,還需要進(jìn)行最后一項(xiàng)工作,即打包Matlab組件運(yùn)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(jī)器上,在該機(jī)器上安裝MCR,安裝完畢即可以直接在該機(jī)器上運(yùn)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(nèi)置了Matlab編譯發(fā)布工具箱,在Matlab命令窗口中運(yùn)行deploytool命令,即可以調(diào)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(jié)語
Matlab具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)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(qiáng)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(shí)也可以直接利用其強(qiáng)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(shí)現(xiàn)表明利用Matlab GUI可以進(jìn)行包含一般界面元素的界面開發(fā),在此基礎(chǔ)上,加入串口通信功能,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析處理,并進(jìn)行圖形化顯示。
Matlab具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)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(qiáng)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(shí)也可以直接利用其強(qiáng)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(shí)現(xiàn)表明利用Matlab GUI可以進(jìn)行包含一般界面元素的界面開發(fā),在此基礎(chǔ)上,加入串口通信功能,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析處理,并進(jìn)行圖形化顯示。
此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。