基于MATLAB的数据采集系统的设计研究 开题报告怎么写？

摘要：由于MA7ⅡAB不能直接对硬件端12进行读写操作，缺乏了实时性，使得工程上的应用受到了
极大的限制。而通过MATI．AB应用程序接口Mex调用C++语言，可实现在MATLAB环境下对硬件端
12信号的读写。为此，笔者对Mex接口文件进行了详细介绍，包括Mex接口的各种特殊功能、详细编
写规则和具体编译要求，具体阐述了Mex接口在MA啊AB环境下的调用及使用。并根据Mex接口的
相关功能。对MATLAB数据采集系统的设计在理论上进行了探讨，以图对MATLAB功能进行进一步
的扩展。
关键词：MATLAB：接口；数据采集Research of Data—Collection System Based onⅣ队TLAB
Wang Hailong，Chen Shanjie，Li Qian，Zhang Peng，Ku Tao，Xu Dahua
(Co／／ege ofEngieering，Nanjing Agriculture University，Nanjing 210031)
Abstract：Since MATLAB can not write directly to hardware available for operation．and it lacks of a re。
al-time，it works on the applications has been significantly hampered．MATLAB applications through rede—
ployment C++language interface Mex．Achievable in the MATI。AB environment for the specific hardware
interface signals．Therefore，author of a paper details Mex interfaces，inchding interfaces Mex various spe—
cial functions，and specific translation rules for the preparation of detailed，enuncimed the transfer and the
use of Mex interfaee in the MA’nAB environment．And in accordance with the relevant functional interface
Mex．MATIAB data acquisition system for the design in theory explored in a bid to further expand the
functions of MA7n。AB．
Key words：MA，11AB，Interface，Data collectionMATLAB产品系列被广泛地应用于包括信号与
图像处理、控制系统设计、通讯、系统仿真等诸多领域。
它的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿
真块，包含了完整的函数集用来对信号图像处理，控制
系统设计，神经网络等特殊应用进行分析和设计。其他
的产品延伸了MATLAB的能力，包括数据采集，报告
生成，和依靠MATLAB语言编程产生独立C／C++代
码等等。
正因为其强大的科学计算与可视化功能、简单易
用的开放式可扩展环境以及所拥有的各种面向不同领
域而扩展的工具箱(ToolBox)t11，使得MATLAB在许多
学科领域中成为计算机辅助设计与分析、算法研究和
应用开发的基本工具和shou选平台。
但是，MATLAB也存在局限性，就是不能直接对
硬件端口进行读写操作，从而影响了它在测控系统开
发上的应用范围。但它提供了应用程序接口API，通过
该接口，用户可以方便地完成MATLAB与外部环境
的交互(如图1所示)。为此，如何通过接口文件调用其
它语言编写的程序(如C_卜})，再通过其实现对硬件端
口的读写操作，Z终实现在单一MArⅡAB环境中进
行测控系统的开发，便成了一项值得探讨和研究的问
题。1 MATLAB应用程序接口文件Mex
MATLAB应用程序接口(APD主要包括3部分：
Mex文件(外部程序调用接13)，Mat文件(数据输入输
出接口)及MATLAB计算引擎函数库。它们实现的一
般功能分别为：(1)在MATLAB环境中调用C／c++
语言或FORTRAN语言编写的程序，以提高数据处理
效率；(2)向MATLAB环境传送数据或从MATLAB
环境接收数据，即实现MATLAB系统与外部环境的
数据交换；(3)在MATLAB和其他应用程序间建立客
户机／服务器关系，将MATLAB作为一个计算引擎，
在其他应用程序中调用从而降低程序设计的工作量。
以下ZD介绍Mex文件的应用。
1．1眦X是一种动态链接的子程序，其具体功能如下
(1)对于某些已有的C程序，可以通过Mex方式
在MATLAB环境中直接调用；
(2)对于影响MATLAB执行速度的FOR__I，OOP
等循环体，可以编写相应的C程序完成相同功能，并
编译成Mex文件，提高运行速度；(3)对于A／D或D／A卡，或其他PC硬件，可以直
接用Mex文件进行访问，扩展MATLAB的功能；
(4)利用MEX文件，还可以使用一些软件，如
Windows的用户界面资源等。
1．2 Mex文件的编程规则
(1)编制自己的C++算法程序；
(2)编制MEX源文件代码；
MEX文件的源文件主要有两个部分组成：
①计算子例行程序(Computational Routine)。它是
链接的外部子程序，包含所有要完成计算功能的源代
码，用来完成实际的计算工作。
②入口子例行程序(Gateway Routine)。它是计算子例行程序和MATLAB环境之间的接口，用于完成
两者间的数据交互。入口子例行程序是MATLAB调用C抖程序所必需的部分，计算子例行程序可以由入
口子例行程序调用以完成其特定的功能要求。入口子
例行程序具体的使用格式如下：
#include"mex．h"void MexFunction(int nlhs，
mxArray牛pills[]，
int nrhs，const mxArray·prhs[])
{
／／C语言代码
)
其中，入口子程序的函数名必须为MexFunction。
prhs为一个结构体类型的指针数组，该数组元素按顺
序指向所有的输入参数；nrhs为输入参数的个数；plhs
与prhs的类型一致，它指向所有的输出参数；nlhs表
示输出参数的个数。该函数通过prhs获得输入数据，对这些输入数据的处理后经由plhs获得结果，该结果
作为输出数据与其它程序进行数据交互嘲。
1．3 Mex文件的编译和调用
在编译Mex文件之前，必须先在MATLAB下安
装好Mex编译器，安装方法如下：在MATLAB命令窗
口中输入mex．setup然后按照提示向导逐步安装即
可。
Mex文件在MATLAB命令窗口中直接编译，方
式如下：>>mex filename，然后按回车键，如果编译通
过，系统就会生成同名字的DLL文件，在以后的程序
中可以像调用MATLAB的内建函数一样直接调用此
函数。原理如图2。
由上可知，Mex文件可以作为一个MATLAB的
内建函数来处理，但这个函数又具有强大的接口功能，
可以完成对硬件端口信号的读写操作。其对硬件端口
读写操作的总流程如图3所示：2基于MATLAB的数据采集系统的概念设计
拟采用MATLAB和C的交互编程来处理数据采
集问题，这样系统不仅具有传统计算机数据采集系统
的全部功能，而且还具有很强的数据处理能力，实际上
构成了智能虚拟仪器t3]。
初步设计系统由三个模块构成，MATLAB模块的
功能包括图形显示和存取、数据分析和处理等，C语言
模块主要实现串行通信功能，而硬件设备则完成对物
理量的变换[4，5／。如图4所示。
当采样对象确定后硬件设备也就随之而定，而C
语言部分实现通信功能也是固定的，故所有的数据处
理功能设置都在MATLAB环境中的人机界面中实
现。该系统的3个界面实现功能如下。
主界面主要由一个图形框和4个按钮构成。图形框借助于MATLAB的图形处理功能，以Z佳匹配模
式动态显示实时采样数据，实现自动示波器功能。4个
按钮名称分别尚酽设置串口”、“开始采集”、“数据处理”
和“退出系统”，鼠标点击即可实现相应功能。
在主界面选择了“串口设置”后，就进入通信协议．
设置界面。这个界面主要由5个弹出式菜单和2个按
钮构成，弹出式菜单的名称和选项分别是：端口选择
(COMI--COM4)、波特率(300-19200)、数据位m8)、停
止位(o~2)和校验位(无、奇、偶)，而2个按钮则分别对
所设参数进行确认或者修正。
在主界面选择了“数据处理，，后，则进入数据处理
界面。这个界面的功能与采样对象有关，需由用户自己
针对任务要求进行编程。3结束语
MATLAB具有各种丰富的数值运算及图形处理
功能，大量实用控制工具箱的存在更为其控制应用奠
定了坚实的基础；而C语言则对硬件系统具有强有力
的处理能力，可方便地实现数据采集、串行通讯等功
能嘲。Mex文件是MATLAB调用C++和其他语言(如
Visual Fortran等)的简易接口，它极大地扩展了
MATLAB的应用范围，使MATLAB系统成为真正意义上的开放的、功能完善的、自包容的程序设计和数据
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