基于MATLAB GUI界面的MCU串口实时绘图设计

本文主要介绍如何利用MATLAB中的GUI工具来制作串口通信上位机，然后利用单片机读取陀螺仪MPU6050的

数据传送到上位机，利用上位机将数据利用绘图实时显示出来，有一部分是参考网上其它教程，

将在结尾给出参考网址。

一、总体设计原理

PC机有USB接口，可以实现串口通信，通过USB转串口数据线连接单片机，用三根线（收、发、地）来实现数

据的发送，用PL-2303HX作为单片机与PC机间的驱动芯片。串口通信总体设计原理图如图1所示。

图1

二、MATLAB的GUI串口通信设计

GUIDE是一个专用于GUI程序设计的向导设计器。而GUI是由各种图形对象，如图形窗口、图轴、菜单、按钮、

文本框等构建的用户界面，是人机交互的有效工具和方法，通过GUIDE可以很方便地设计出各种符合要求的

图形用户界面。用户可以根据界面提示完成整个工程，却不必去了解工程内部是如何工作的。GUI设计既

可以以基本的MATLAB程序设计为主，也可以以鼠标为主利用GUIDE工具进行设计，

也可综合以上两种方法进行设计。

2.1  GUI界面的整体布局设计

利用MATLAB的GUI界面设计程序界面和功能，利用MATLAB R2014a来实现设计，打开MATLAB后:

1、在命令行窗口输入”guide”调出GUIDE工具，如图2

图2

2、直接选择默认方式，勾选“将新图形另存为”，选择自己要存的位置，然后点击OK。出现如下图3所示：

图3

3、MALTAB的GUI主要由两个文件，当设置好GUIDE时点击保存，这时将在当前路径自动产生两个名字相同的文件，但扩展标识符不同，一个为.fig文件，一个为.m文件，.fig主要是GUI图形文件，和GUIDE设计的图像相同，.m文件为程序文件，所有事件响应和计算功能都在这里实现。

在图4中，可以在左侧的控件栏拖曳控件到右侧网格中，如图4

图4

4、控件设置，右击控件点“Property Inspector”或双击控件，如图5

图5

一般仅设置Tag选项和String选项。其中String选项在按钮控件中就是GUI显示时的字符。Tag属性较为重要，在GUI编程时控件的索引主要利用Tag选项的属性并且在GUI生成回调函数时候也是由Tag属性的值命名的。这里将“打开串口”按钮控件的String设置为“打开串口”，tag设置为pbOpenSerial。

5、其他设置可重复以上步骤来放置和设置各个控件，都所有控件设置好之后，要保存一下，然后点击右侧的“.m”文件可以看到相对应的控件的程序设计区。

MATLAB的按钮以及各种控件事件响应是依靠一种叫做回调函数(Callback Function)来实现的，自动生成的M文件中已经自动做好回调函数的名称和参数了，我们需要做的就是在其中添加你要进行的处理。

例如：我们要在鼠标单击按钮“打开串口”时进行一系列的串口初始化动作，这时右键单击“打开串口按钮”如图6，7

图6

图7

按钮的Tag为pbOpenSerial,所以GUIDE自动生成的回调函数名为pbOpenSerial_Callback，函数有3个参数

·hObject是当前控件对象，即打开串口按钮对象（面向对象技术中的概念），索引或设置当前对象（打开串口按钮对象）时只需要引用hObject就可以了。例如：改变当前空间的可见性，只需调用set(hObject,'Visable','off');打开串口对象在单击该按钮时即会隐藏。

·eventdata我暂时没有用到，所以暂且不管他

·handles我理解是整个GUI界面的索引句柄，所有GUI界面上的控件都可以通过他来索引，几乎有全局作用域，例如在打开串口按钮的回调中要将关闭串口按钮显示出来，可以这样调用：

set(handles. pbOpenSerial,'Visable','on');就可以了！

这里handles还有一个作用就是在不同控件间进行参数传递，只要对handle的成员变量进行赋值就可以了。当然后面要调用一下guidata(hObject,handles);将变量保存。

例如打开串口按钮里面有个数据10需要关闭串口按钮调用可以这样写。

        %打开串口按钮回调函数中

        handles.double_vir=10;

        guidata(hObject, handles);

        %关闭串口按钮回调函数中

        a=handles.double_vir;

2.2 MATLAB对串口的控制

（1）MATLAB中主要是创建串行口设备对象，这里用到主要函数是serial（）；

s=serial(‘COM1’);%创建COM1为串口对象，并用s标识。

（2）然后是定义串口设备对象的通信属性，主要有波特率，异步串行格式（包括起始位、数据位、校验位、停止位等）和输出输入缓冲的大小等；

（3）用函数fopen()实现设备对象与硬件设备的软连接（相对于硬件设备的连接），这样就可以对数据的读写操作；

fopen(s)%打开s标识的串口；

（4）进行MATLAB串行读写操作，主要用到的函数有fscanf()等；

（5）关闭设备对象，用到了fclose()等函数。

在对串口按钮初始化中，采用触发中断的方式来进行事件的处理，要设置串口事件回调设置与回调函数，如下部分程序

%串口事件回调设置

s.BytesAvailableFcnMode='terminator';

s.BytesAvailableFcnCount=10;%输入缓冲区存在10个字节触发回调函数

s.BytesAvailableFcn={@EveBytesAvailableFcn,handles};%回调函数的指定

fopen(s);%打开串口

%回调函数

function EveBytesAvailableFcn(t,event,handles )

2.3 各控件的回调函数

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1. <div><pre name='code' class='html'>(1)初始设置一下系统openingFcn函数</strong>  

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1. function Gui_Datadisplay_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)  

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1. <span style='font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;'>% This function has no output args, see OutputFcn.</span>  

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1. % hObject    handle to figure  
2. % eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB  
3. % handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)  
4. % varargin   command line arguments to Gui_Datadisplay (see VARARGIN)  
5.    
6. global COM;  
7. global rate;  
8. COM='COM7'%打开GUI界面时默认是COM7  
9. rate = 115200;  
10. set(handles.ppCOM,'value', 7);  
11. set(handles.ppBaudRates,'value',1);  
12. set(handles.pbCloseSerial,'Enable','off');</strong></span>  

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1. <strong>(2)Open Serial控件的回调函数</strong>  

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1. function pbOpenSerial_Callback(hObject, eventdata, handles)  
2. % hObject    handle to pbOpenSerial (see GCBO)  
3. % eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB  
4. % handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)  
5. clc  
6. instrreset  
7. global s;  
8. global rate;  
9. global COM;  
10. global out;  
11. out=1;  
12.    
13. s=serial(COM);  
14. set(s,'BaudRate',rate);%%%Baud¯  
15. set(s,'DataBits',8);%%%  
16. set(s,'StopBits',1);%%%  
17. set(s,'InputBufferSize',1024000);%%%  
18. set(handles.pbOpenSerial,'Enable','off');  
19. set(handles.pbCloseSerial,'Enable','on');  
20. %串口事件回调设置  
21. s.BytesAvailableFcnMode='terminator';  
22. s.BytesAvailableFcnCount=10; %  
23. s.BytesAvailableFcn={@EveBytesAvailableFcn,handles};  
24. fopen(s);%  
25.     global count;  
26. count=1;  
27. fprintf('ceshi_dakaichuankou\n');</strong></span>  

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1. <div><pre name='code' class='html'>(3)当串口中断触发时，事件中断回调函数</strong></span>  

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1. %回调函数</span>  

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1. function EveBytesAvailableFcn( t,event,handles )  
2. global s;  
3. global a;  
4. global d;  
5. global arrX;  
6. global arrY;  
7. global arrZ;  
8. global count;  
9.    
10. arrX=zeros([1,100]);  
11. % arrY=[1,1000];  
12. % arrZ=[1,1000];  
13. % fprintf('Receive callback');  
14. a=fscanf(s);%取出串口中陀螺仪数据  
15. M=textscan(a,'%s%d%d%d','delimiter',' ');  
16. % data = [data , '\n'];  
17. [Name,x,y,z] = deal(M{:});  
18. arrX(1,count) = x;  
19. % arrY(1,count) = y;  
20. % arrZ(1,count) = z;  
21. a = strcat(a ,char(10), get(handles.editR,'string'));  
22. set(handles.editR,'string',a);  
23. set(handles.text4,'string',x);  
24. plot(arrX);  
25. hold on;  
26. count=count 1;  
27. if count==100  
28.     count=1;  
29.     clf;  
30. end</strong></span>  

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1. <pre name='code' class='html'>(4)COM口选择回调函数</strong></span>  

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1. function ppCOM_Callback(hObject, eventdata, handles)  
2. global COM;  
3. rate=1;  
4. val=get(hObject,'value');  
5. switch val  
6.     case 1  
7.         COM='COM1';  
8.         fprintf('ceshi_COM=1\n');  
9.     case 2  
10.         COM='COM2';  
11.     case 3  
12.         COM='COM3';  
13.     case 4  
14.         COM='COM4';  
15.     case 5  
16.         COM='COM5';  
17.     case 6  
18.         COM='COM6';  
19.     case 7  
20.         COM='COM7';  
21.         fprintf('ceshi_COM=7\n');  
22.     case 8  
23.         COM='COM8';  
24.     case 9  
25.         COM='COM9';  
26. End  
27. </strong></span>  

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1. <pre name='code' class='html'><pre name='code' class='html'><span style='font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;'>(5)波特率选择回调函数</span>  

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1. function ppBaudRates_Callback(hObject, eventdata, handles)  
2. global rate;  
3. val=get(hObject,'value');  
4. switch val  
5.     case 1  
6.         rate=115200;  
7.     case 2  
8.         rate=9600;  
9. end   
10. </strong></span>  

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1. <pre name='code' class='html'>(6)关闭串口回调函数</strong></span>  

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1. function pbCloseSerial_Callback(hObject, eventdata, handles)  
2. global s;  
3. fclose(s);  
4. delete(s);  
5. set(handles.pbOpenSerial,'Enable','on');  
6. set(handles.pbCloseSerial,'Enable','off');  
7. fprintf('Close_COM');  

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1. (7)发送回调函数  
2. function pbSend_Callback(hObject, eventdata, handles)  
3. global d;  
4. d=get(handles.editT,'String');  
5. set(handles.Value,'string',d);</strong></span>  

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1. (8)清空发送区回调函数  
2. function pbClearT_Callback(hObject, eventdata, handles)  
3. set(handles.editT,'string','');  

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1. (9)清空接收区回调函数  
2. function pbClearR_Callback(hObject, eventdata, handles)  
3. set(handles.editR,'string','');  
4. set(handles.Value,'string','');  
5. set(handles.text4,'string','');</strong></span>  

三、单片机串口发送

这一部分由个人不同的单片机发送的形式不一样，所以就不在此列举了。主要列出一下主函数参考。

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1. <pre name='code' class='html'>利用STM32接收到三轴加速度计MPU6050的数据，并将数据发送到串口  
2. int main(void)  
3. {     
4.     USART1_Config();      
5.     I2C_MPU6050_Init();       
6.     InitMPU6050();    
7. /***********************************************************************/  
8.     while(1)  
9.     {  
10.     printf('Hello !');  
11.           
12.     printf('\r\n---------XYZ-------%d\r\n',GetData(ACCEL_XOUT_H));  
13.         printf('\r\n---------XYZ------- %d \r\n',GetData(ACCEL_YOUT_H));      

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1.         printf('\r\n---------XYZ------ %d \r\n',GetData(ACCEL_ZOUT_H));   
2.         printf('\r\n \r\n');      
3.           
4.     printf('\r\n--------------------------------------\r\n');     
5.     printf('\r\n \r\n     \r\n \r\n     \r\n \r\n');  
6.           
7.     delay_ms(8);  
8.     }          
9. }  

四、运行结果

单片机发送数据到PC，可利用MATLAB进行对数据的处理，在控制领域中有着广泛的应用。结果如图8，9.

图8

图9

主要参考来源：

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b94ff130100e7wt.html

http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xddzjs201009012.aspx

http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_csjsllyj2011231494.aspx

资料附件：http://download.csdn.net/detail/u013381608/9092681

转载于http://blog.csdn.net/u013381608/article/details/48317225