MATLAB串口操作和GUI编程

概述

本文介绍了程序AD9512_Serial_GUI的编程思路和功能。该程序设计到MATLAB的图像用户界面编程的基本方法和串口的基本操作。程序目的在于通过串口写控制字对AD9512进行配置（AD9512通过SPI写入寄存器，本程序只是整个控制程序中的一部分）。

修订历史

以下表格展示了本文档的修订过程

[1]. 试验版本表明该版本应用笔记及对应代码没有通过实际验证，同时仿真分析也可能没有进行。试验版对应的版本号为V0.X。

简介

本程序基于MATLAB 2014a 编写，本文档中提到的“MATLAB”均指该特定版本MATLAB。

本程序想要实现的功能是：上位机控制AD9512，当然AD9512是和FPGA相连的，而FPGA通过串口和上位机连接。AD9512的控制方法参见其DataSheet，通过SPI配置。从原理上来说，SPI和UART都是全双工的，但是读取过程中也需要写入控制头，此处采用的是半双工方式。

本程序的思路在于将FPGA看作是一个UART转SPI的器件，直接通过上位机配置AD9512。FPGA端的处理暂时不考虑，本MATLAB程序按照需要写入的控制字生成传输程序。以下是本程序涉及到的相关背景知识。

串行通信和RS232

略。（可参考MATLAB帮助 - Data File Management – Serial Port Devices或相关文献）

MATLAB的串口操作

串口操作和实际上很简单，大部分从MATLAB的帮助中就可以找到。建立，打开，关闭，删除，写数据，读数据。基本操作就是这些。需要注意的是串口打开后切记要记得关闭。基本操作有

s=serial(‘COM1‘);

fopen(s);

fwrite(s,100); %写一个字节

fread(s,[1 1],‘unit8‘); %读一个字节

fclose(s);

delete(s);

MATLAB的GUI编程

这一个程序还是比较初级的，对于没有接触过MATLAB GUI编程的人来说，参考MATLAB帮助 – MATLAB -GUI Building - GUI Building Basics - Examples and How To-Create a Simple GUIDE GUI，按照其中的例子自己完成一次，并了解其基本原理后，了解这个程序就十分容易了。

程序设计

程序设计流程按以下流程进行：

1. 明确需求

2. 设计合理界面

3. 写回调函数实现基本的界面控制

4. 写功能函数实现功能

需求

程序功能分简单，具体来说只需要实现3个功能即可。

• 串口选择和打开、关闭操作；
• 控制字输入功能；
• 发送或接收相关信息。

界面设计

综合需求考虑需求，界面设计如下

其中，界面最下方准备在后续版本中添加状态输出窗口，以便及时了解程序的运行状态。本程序采用GUI Guide编写图像用户界面，用到了以下组件

statictext：静态文本

button：按钮

buttongroup：按钮组（将这些按钮联系在一起）

table：表格

edittext：可编辑文本

panel：面板，把一些控件结合起来

编程中一个相对良好的习惯是给每一控件的“Tag”属性命名（有意义），而不应该使用默认名字。

对于MATLAB的GUI编程，个人观点是（暂时）对于复杂的应用不要采用MATLAB，对于简单的应用可以采用，但是真的很不好用。MATLAB的优势在于其强大的数学计算能力，如果应用不需要这一点（譬如说本应用），那么也不应该使用。

界面控制

此处我想表达的意思在于，当触发某一控件操作后，能够及时改变其他控件的相应状态，防止非法操作的进行。譬如，该程序仅对一个串口进行操作，在正确打开串口后，关闭串口前无法再次执行“打开”操作或是改变串口端口号。

完成这一功能及其简单，只需要采用set命令改变控件状态即可，譬如使得“打开”按钮无法使用（呈“灰色”）

set(handles.portOpen,‘enable‘,‘off‘);

这些语句大抵都写在Callback函数中。Callback函数大抵是MATLAB GUI编程中最重要的了，如果没记错的话类似java里面的监听。也就是说对某些操作的响应。不同的控件出发callback的过程是不一样的，具体可以参考帮助或是《MATLAB GUI 设计学习手记》。对于界面的几乎所有元素，都可以通过handles访问。

本版程序对部分操作有相应的处理，然而很不完善。这也说明看似简单的东西也需要仔细思索，做起来往往不是那么容易。

功能实现

本程序中有三个函数，包括

• serialOpen.m 串口打开操作
• serialWrite.m 写操作
• serialRead.m 读操作

将其写出函数而不保留在主程序内的优点暂时看来有两点：其一是主程序过长而且大部分内容是MATLAB自动生成的；其二是对应不同的应用需要修改参数或是输出格式时，只需相应修改这几个函数即可。

串口打开操作较为简单，通过获取可编辑文本框内的端口号打开即可。读写操作类似，以下以写操作为例做简要介绍。

写数据之前需要获取要写的数据，即用户输入表格中的数据。表格在MATLAB中叫做Uitable，里面存放的数据类型是cell array（元胞数组）。（cell是MATLAB的一种数据类型）必须要注意的是，在建立Uitable的时候设置个列的数据类型后，即使不使用set方法改变其类型，Uitable的数据类型也可能会因为你设置的cell的类型的变化而变化。（在建立Uitable的时候，也有相关的警告）

通过使用get方法可以得到表格内的全部数据data，通过data{m,n}可以访问相应位置的内容（ data(m,n)访问的是元胞）。本程序中输入格式是字符串，对应应该是两位的16进制字符（程序暂时没有任何的查错能力，任何非法输出会导致程序停止运行）。

serialWrite中的操作就是简单的将16进制的字符串转换为数字，之后通过fwrite函数发送出去。相应的针对AD9512，有每次写入1byte的话，头部应该是0+addr，之后跟寄存器。将cell array中的字符串转换后发送即可，记得最后需要写5A寄存器完成更新的过程。在读取情况下，头部写8+addr就可以等待接收数据了。

参考

MATLAB帮助

MATLAB GUI 设计学习手记

MATLAB编程（第二版）- 菜鸟入门教材

代码

代码详见AD9512_Serial_GUI，程序较为简单且暂不完全，并未添加注释。