基于MATLAB实时串口数据采集与曲线显示毕业设计.docx

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基于MATLAB实时串口数据采集与曲线显示毕业设计

本科生毕业设计

基于MATLAB实时串口数据采集与曲线显示

REAL-TIMESERIALDATAACQUISITIONANDFIGURESHOWBASEDONMATLAB

摘要……………………………………………………………………………1

关键词…………………………………………………………………………1

1前言………………………………………………………………………………2

1.1Matlab实时串口数据采集研究现状及发展趋势……………………………2

1.2研究的目的和意义…………………………………………………………4

1.3论文的组织结构……………………………………………………………5

2Matlab下实时串口数据采集概要……………………………………………5

2.1Matlab的Serial类……………………………………………………………5

2.2数据采集…………………………………………………………………6

2.3曲线显示…………………………………………………………………7

3实时串口数据采集与曲线显示的实现……………………………………………8

3．1实时串口通信的实现………………………………………………………………8

3.2数据采集的实现……………………………………………………………9

3.3曲线显示GUI的实现……………………………………………………………10

4基于MATLAB的实时串口数据采集与曲线显示的具体做法……………………12

4.1数据采集的一般流程…………………………………………………12

4.1.1创建接口对象并设置属性……………………………………………………12

4.1.2打开串口设备对象…………………………………………………………12

4.1.3读写串口操作……………………………………………………………13

4.1.4关闭并清除设备对象……………………………………………………13

4.2基于Matlab中断方式的实时串行通信编程…………………………………13

4.3绘制采集数据的曲线波形和数据显示………………………………………14

4.3.1绘制曲线波形……………………………………………………………14

4.3.2数据显示………………………………………………………………15

4.3.3采集图像………………………………………………………………15

4.4扩展功能——发送数据……………………………………………………17

5结论………………………………………………………………………………17

参考文献………………………………………………………………………18

致谢………………………………………………………………………19

附录…………………………………………………………………………19

附录1………………………………………………………………………20

基于MATLAB实时串口数据采集与曲线显示

摘要：

数据采集是获取信息的基本手段，数据采集技术作为信息科学的一个重要分支，它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等作业，具有很强的实用性，与传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术。

本设计是在MatlabR2008a版本中以串口通信实时接收目标系统数据，将采集的数据进行时间同步和字对齐处理，并在MATLAB的数据采集工具箱支持下，利用图形界面GUI的设计，直观的实时显示数据曲线。

设计得重点在于在Matlab上实现串口数据同步采集与处理，接收数据的时间同步和字对齐，同时扩展了发送数据的功能。

关键词：

MATLAB；GUI；实时串口；数据采集；曲线显示；

Real-timeSerialDataAcquisitionandFigureShowBasedonMatlab

Abstract:

Dataacquisitionisthebasicmeansofaccesstoinformation,thistechnologyasanimportantbranchofinformationscience,researchinformationdatacollection,storage,treatmentandcontroloperations,andhighlypractical.Dataacquisitiontechnologywithsensordataacquisition,signalmeasurementandprocessing,micro-computersandothertechnologyformedthebasisofacomprehensiveapplicationtechnology.ThisdesignversionuseMatlabR2008aserialcommunicationtothetargetsystemtoreceivereal-timedata,thedatawillbecollectedfortimesynchronizationandwordalignments,andMatlab’sDataAcquisitionToolboxinsupportofusingthegraphicaluserinterfaceGUIdesign,intuitivedisplayreal-timedatacurve.FocusdesignedtoachievetheMatlabserialdatasynchronizationacquisitionandprocessing,receivedatasynchronizationandwordalignment,expandingthefunctionofsendingdata.

.Keywords:

MATLAB;GUI;Real-timeserial;Dataacquisition;Figureshow;

1前言

1.1MATLAB实时串口数据采集研究现状及发展趋势

随着科学技术的发展，数据采集系统得到了越来越广泛得应用，同时人们对数据采集系统的各项技术指标，如：

采样率、线性度、精度、输入范围、控制方法以及抗干扰能力等提出了越来越高的要求，特别是精度和采样率更是使用者和设计者所共同关注的重要问题，于是，高速及超高速数据采集系统应运而生并且得到了快速发展。

今天，数据采集技术己经在雷达、水声、振动工程、无损监测、智能仪器、自动控制以及生物工程等众多领域得到广泛的应用并且收到了良好的效果。

高速数据采集系统在国防、航天、边缘科学研究中及国民经济的各个领域的成功的应用，进一步引起了各方的关注，推动了它的研制和发展。

随着科学技术的发展，数据采集系统得到了越来越广泛的应用。

目前，国外很多公司与厂商都投入巨资进行数据采集系统的研制开发与生产销售，其中比较著名的有NEFF，NI、HP，TEK等。

从数据采集系统产品来看，各大公司提供的系列产品都包括了完成数据采集的诸如信号放大、滤波、多路开关、模数转换和接口等各种模块。

现有的高速数据采集器件和开发的产品中，目前还没有完全实现高速、高分辨率。

在雷达、通信、谱分析、瞬态分析、等应用领域，为满足实时检测和高速采集的日益更新的需要，实现数据采集的高速、高分辨率已成为数据采集系统的一个发展方向。

现有的高速ADC器件和产品价格都比较昂贵，有些高速、高分辨率的器件本身还存在着不稳定性，因此，在数据采集系统向高速、高分辨率发展的同时，开发和研制的器件和产品应不断地提高可靠性，降低，提高性价比，以便使之得到更广泛的应用。

数据采集与分析一直是生产实践研究与应用领域的一个热点和难点。

随着微制造工艺水平的飞速提高及数据分析理论的进一步完善与成熟，目前国内外对数据采集系统的高性能方面的研究上取得了很大的成就。

就A/D转换的精度、速度和通道数来说，采样通道从单通道发展到双通道、多通道，采样频率、分辨率、精度逐步提高，为分析功能的加强提供了前提条件。

而在数据分析的微处理器上，最初的数据采集系统以8位单片机为核心，随着微电子技术的不断发展，新兴单片机的不断问世，十六位、三十二位单片机也为数据采集系统研制厂家所采用，近年来采用具有DSP功能的数据采集系统也己投入市场。

同时，通用PC机的CPU用于数据处理也较为常见。

总之，伴随着高性能微处理器的采用和用户技术要求的不断提高，数据采集系统的功能也越来越完善。

数据采集系统的发展主要体现在以下几个趋势：

首先，在专业测控方面，基于PC计算机的数据采集系统越来越成熟和智能化。

在过去的二十年中，开放式架构PC机的处理能力平均每十八个月就增强一倍。

为了充分利用处理器速度的发展，现代开放式测量平台结合了高速总线接口，如PCI和PXI/CompactPCI，以便获得性能的进一步提升。

计算机的性能提升和由此引起的基于计算机的测量技术的创新，正在持续不断地模糊传统仪器和基于计算机的测量仪器之间的界线。

其次，在通用测控方面，采用嵌入式微处理器的方案也由早期的采用A/D器件和标准单片机组成应用系统发展到在单芯片上实现完整的数据采集与分析，即目前极为热门的SOC（SystemOnChip）。

通常在一块芯片上会集成一个，可以采样多路模拟信号的A/D转换子系统和一个硬CPU核（比如增强型80_52内核），而且其CPU的运算处理速度和性能也较早期的标准CPU内核提高了数倍，而且有着极低的功耗。

这种单芯片解决方案降低了系统的成本和设计的复杂性。

此外，为了解决SOC方案中数据处理性能的不足，采用DSP作为数据采集系统的CPU的研究与应用目前也逐渐引起业内重视。

但是这类产品目前仅仅处于发展的初级阶段，在精度、速度或其它性能指标上并不能很好的满足要求。

因此，国内外以DSP作为数据采集系统的采样控制和分析运算的研究与应用正在展开。

近年来随着芯片技术、计算机技术和网络技术的发展，数据采集技术取得了许多新的技术成果，市场上推出了繁多的新产品。

高速数据采集技术的发展一方面是提高采集速率，另一方面不断向两端延伸。

一端是输入的信号调理，另一端是采集后的数字化信号的实时处理与事后处理。

20世纪90年代末，随着数字技术快速发展，数据采集技术已向着并行、高速、大量存储、实时分析处理、集成化等方向发展。

Matlab是Mathworks公司推出的一套高性能数值计算和可视化软件，是目前控制系统数据处理较为实用有效的工具。

它不仅能解决测试与控制系统中存在的大量的数值计算和矩阵运算，而且将图像与图形、显示及处理、图形界面设计集于一身。

同时，它还提供了强有力的工具箱支持，极大地方便了研究人员的学习与开发。

软件开发采用Matlab语言编程，利用Matlab中控制工具箱及仿真工具混合开发的方法，使其编写的程序更精练，软件功能更强大，开发周期更短，软件形式灵活、易于扩展，用户使用起来更容易、更方便。

因此，许多工程技术人员把Matlab软件作为数据离线处理的工具。

业内领先的工具箱极大的扩展了Matlab的应用领域，所以Matlab自推出以来就受到广泛的关注，数据采集工具箱就是其中之一。

它是为简化和加快数据采集工作而设计的，使用该工具箱更容易将实验测量得到的数据进行分析和可视化操作。

利用该数据采集工具箱可以方便地建立数据采集系统。

通过建立一个串口接口对象，可以使用Matlab命令直接和外部设备进行通信。