基于MATLAB的BD/GPS模擬器界面顯控軟件設(shè)

李銀虎 王 帥 古泉穎

（1.深圳市中冀聯(lián)合通訊技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518057；2.桂林電子科技大學信息與通信學院，廣西 桂林 541004）

MATLAB 是 matrix laboratory (矩陣實驗室)的縮寫，是1984 年由美國Mathworks 公司推出的一套高性能的數(shù)值計算、工程應(yīng)用軟件，它將矩陣運算、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術(shù)結(jié)合在一起，為用戶提供了一個強有力的分析、計算和程序設(shè)計工具，非常適合用來編寫大型工程計算、科學仿真程序代碼[1,2]。

而MATLAB的圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）功能可以方便用戶完成圖形化界面控制軟件，這種場合下的應(yīng)用，使MATLAB像VC,C#等軟件一樣，可以實現(xiàn)復(fù)雜而友好的人機交互。

PC機的特點是具有較強的數(shù)據(jù)顯示、分析處理能力、很好的人機界面和大容量的存儲功能。本文以PC機為上位機，設(shè)計基于MATLAB的顯控軟件，實現(xiàn)了與BD/GPS衛(wèi)星信號模擬器主機的通信。

1 MATLAB圖形用戶界面（GUI）簡介

MATLAB早期以矩陣運算為主，但隨著科學計算可視化的需求，MATLAB 在第4 版推出了句柄圖形，自此之后，MATLAB的圖形界面設(shè)計功能也日益完善。如今，MATLAB 已成為集數(shù)值計算、符號運算和圖形處理功能為一身的科學計算語言，滿足了不同領(lǐng)域用戶的需求。

從MATLAB 6.x版開始，它的圖形用戶界面設(shè)計功能有了很大提高，利用它可以方便地實現(xiàn)圖形化窗口界面的交互方式。所謂圖形用戶界面，是指包含了各種圖形控制對象，如圖形窗口、菜單、對話框以及文本框等用戶界面，也稱為控件。利用這些用戶界面，用戶可以和計算機之間進行信息交流，并通過編寫控件的回調(diào)函數(shù)（Callback），完成特定的功能。

在MATLAB 中創(chuàng)建圖形用戶界面有兩種方法[3，4]。一種是在 M 腳本文件和函數(shù)文件中直接利用句柄圖形指令建立各個控件對象并設(shè)置其屬性；另一種方法是利用 MATLAB 提供的圖形化界面設(shè)計向?qū)В℅UIDE）開發(fā)環(huán)境。采用第一種方法建立用戶界面工作量大，控件屬性設(shè)置、修改繁瑣，一般需要設(shè)計者有豐富的經(jīng)驗。而采用GUIDE 開發(fā)環(huán)境進行用戶界面設(shè)計操作方便、效率高，可以達到所見即所得的編程效果，利用這個開發(fā)環(huán)境，可以在很短時間內(nèi)設(shè)計出一個GUI。

從Matlab6.0版本開始，Matlab軟件中增加了設(shè)備控制工具箱，提供了對RS一232通信標準的串口通信的支持，負責上下位機之間的通信。

設(shè)備控制工具箱有如下特點[3]：

（1）支持基于串行接口(RS－232、RS－422、RS－485)、GPIB總線(IEEE2488、HPIB標準)、VISA總線的通信；

（2）通信數(shù)據(jù)支持二進制和文本(ASCII) 兩種方式,文本方式支持 SCPI ( standard commands for programmable instruments) 語言；

（3）支持異步通信和同步通信；

（4）支持基于事件驅(qū)動的通信。

從以上MATLAB設(shè)備控制工具箱的特點可以看到，MATLAB可以滿足實現(xiàn)串行通信的要求。

2 設(shè)計方案

（1）GUIDE設(shè)計向?qū)АＭㄟ^GUIDE設(shè)計一個完整的GUI ，需分為兩個階段完成[4]。

第一個階段：圖形界面的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段。利用設(shè)計向?qū)?gòu)造整個圖形界面的布局，合理設(shè)計菜單、安排控件位置等，并進行必要的屬性設(shè)計。

第二個階段：功能設(shè)計階段。為菜單、控件編寫相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)(Callback)，具體實現(xiàn)界面的各種功能。

首先，在MATLAB 的命令窗口輸入指令guide，或者通過菜單操作新建 GUI，然后選擇建立新的空白（Blank GUI(Default)）的用戶界面選項時，就會出現(xiàn)工作臺（LayoutEditor）界面，如圖1 所示。

在其中可以拖放需要的控件并設(shè)置窗口和各個控件的屬性，雙擊控件，就可以打開控件屬性編輯器，進行控件屬性設(shè)置，如圖2所示。

常用的屬性有：

①Tag 屬性的取值是一個字符串，用來標記控件的名字，在進行程序設(shè)計時，可以利用該名字來指定控件，一般不必修改。

②String 屬性為該控件顯示的字符串，通過編輯文本框，用戶可以方便的輸入或修改已經(jīng)存在的字符串。

其他還有字體設(shè)置，控件位置等等。在設(shè)計中，首先要根據(jù)需求，設(shè)計出總體方案，要考慮有幾個輸入?yún)?shù)，用到幾個文本框控件（text）、幾個編輯框控件(edit)，幾個按鈕（pushbutton）等等。并把各控件的位置用鼠標拖動、排列成一個合適的布局。

圖1 圖形用戶界面設(shè)計向?qū)?/p>

圖2 控件屬性編輯器

（2）顯控軟件系統(tǒng)方案。軟件設(shè)計方案可劃分為三個階段：

第一階段：在MATLAB/GUI軟件中創(chuàng)建用戶界面.根據(jù)用戶的需求，設(shè)置相應(yīng)的BD/GPS模擬器參數(shù)包括的星歷參數(shù)，設(shè)定初始時間、速度、位置（經(jīng)度、緯度、高度）、用戶軌跡生成。衛(wèi)星的通道，通道參數(shù)等回顯信息。如圖3所示。

圖3 GUI用戶輸入設(shè)計

第二階段：MATLAB/GUI實現(xiàn)串口通信。通過GUI串口編程，將所定義的場景數(shù)據(jù)進行打包，然后按照一定的通信協(xié)議送給BD/GPS衛(wèi)星信號模擬器主機，BD/GPS衛(wèi)星信號模擬器主機實時地傳回各通道衛(wèi)星信號狀態(tài)信息。串口通信設(shè)計架構(gòu)如圖4所示。

圖4 MATLAB與模擬器串口通信

第三階段：數(shù)據(jù)顯示及分析。對用戶終端存儲的數(shù)據(jù)進行分析、處理，并顯示測試結(jié)果，即對第二階段存儲的衛(wèi)星信號模擬器上傳給MATLAB數(shù)據(jù)和BD/GPS接收機數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)顯示信息分析結(jié)果。

第四階段：向下位機下發(fā)場景文件，實現(xiàn)主機啟動。從官網(wǎng)下載星歷文件，用UltraEdit軟件將星歷文件按一定的數(shù)據(jù)格式和處理形成場景文件。然后通過MATLAB讀取文件下發(fā)給下位機，實現(xiàn)主機的運行，顯控軟件的任務(wù)就完成了。

3 串口通信與界面設(shè)計

本設(shè)計的通信端口模塊的主要完成場景文件和數(shù)據(jù)幀的傳送，包括選擇通信的端口, 設(shè)置端口的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。例如BD/GPS模擬器和上位機之間通信的波特率為115200等設(shè)置[5,6]。

本應(yīng)用軟件中使用了串口的收發(fā)功能, 發(fā)端是連接MATLAB上位機端口，下發(fā)場景文件；收端是連接衛(wèi)星信號模擬器后，向上位機傳送數(shù)據(jù)幀，其作用是軟件和硬件的橋梁。

在用串口對象讀寫數(shù)據(jù)前，必需先通過數(shù)據(jù)fopen將串口對象和設(shè)備相連。連接以后，一些屬性值是只是讀。如InputBufferSize及OutputBufferSize等，所以必須在使用fopen函數(shù)前設(shè)置好的。我們可以用一下的語句來測試或驗證連接狀態(tài)。一旦串口對象和設(shè)備連接成功，就可以讀寫數(shù)據(jù)系統(tǒng)界面。

本設(shè)計采用中斷的方式，可以設(shè)置當串口檢測到輸入緩存中到達了字符個數(shù)來觸發(fā)串口中斷，也可以設(shè)置時間來觸發(fā)串口中斷。首先對串口進行初始化串口初始化配置串口對象屬性，判斷物理接口是否連接，然后等待中斷，在中斷回調(diào)函數(shù)處理數(shù)據(jù)對象[7]。

圖5是設(shè)計的串口的端口設(shè)置模塊，圖6是完成的整個軟件運行情況。

圖5 通信端口設(shè)置模塊

圖6 顯控系統(tǒng)主界面

4 小結(jié)

利用MATLAB 的圖形用戶界面（GUI）設(shè)計功能，可以開發(fā)出很友好的交互式圖形界面，可以很快設(shè)計一個參數(shù)輸入界面，可以使數(shù)據(jù)處理快速、靈活、直觀、高效，可以迅速開發(fā)出滿足各種需要的界面友好的數(shù)據(jù)處理軟件。本文設(shè)計的顯控軟件可以很好地與主機完成串口通信，實現(xiàn)對BD/GPS衛(wèi)星信號模擬器的控制與信息顯示。

[1]陳懷琛.MATLAB及其在理工課程中的應(yīng)用指南[M].西安:西安電子科技大學出版社,2000.

[2]張志涌.精通MATLAB6.5版[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

[3]焦勇,周喻虹.基于 MATLAB 的快速圖形化數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計[J].電子科技,2005,7:40-42.

[4]余承依.基于MATLAB 數(shù)值計算的GUI 設(shè)計[J].漳州師范學院學報(自然科學版),2004,17(4):38-40.

[5]李彥,盧虎. 基于MATLAB的GUI技術(shù)在電子教學中的應(yīng)用[J].電氣電子教學學報,2000,22(3):77-79

[6]張立材.基于MATLAB環(huán)境的串行數(shù)據(jù)通信[J].微計算機信息,2004,20(3):100-101

[7]向先波,徐國華,張琴.MATLAB環(huán)境下PC機與單片機的串行通信及數(shù)據(jù)處理[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2004,(12):27-31.