基于MATLAB GUIDE的程序設(shè)計

摘要:從設(shè)計圖形用戶界面的框架結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)人機交互人手，著重說明用MATLAB語言進行圖形用戶界面程序設(shè)計時若干相關(guān)內(nèi)容的處理要點，并以具體實例，詳細論述了制作圖形用戶界面時回調(diào)函數(shù)的編寫方法。

關(guān)鍵詞:MATLAB;圖形用戶界面;控件設(shè)計;回調(diào)函數(shù)

中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)27-7767-02

Programme Design Based on MATLAB GUIDE

YAO Xiu-fang， CUI Song-fei

(Department of Opitical and Electionic Equipment， the Academy of Equipment Command Technology， Beijing 101416， China)

Abstract: The paper introduces lots of correlated main of GUI programme by MATLAB， based on design frame of GUI and achieving mutual Peron-Computer. then， the paper discusses the method of compiling Call-back function through an example when making GUI.

Key words: MATLAB; graphical user interfaces(GUI); control design; call-back function

MATLAB是一套高性能的數(shù)值計算和可視化的科技應(yīng)用軟件。它集高效的數(shù)值分析、完備的信號和圖形處理、功能豐富的應(yīng)用工具箱為一體，構(gòu)成了一個方便快捷，界面友好的用戶環(huán)境，是一種適應(yīng)多種硬件平臺的數(shù)學(xué)計算工具，它的出現(xiàn)給各課程的計算機輔助教學(xué)帶來了福音。特別是他的集成圖形用戶界面GUIDE(Graphical User Interface Development Environment)，包含了窗口菜單、對話框、按鈕和文本等各種控件的用戶界面，用戶通過鍵盤或鼠標操作，就可以設(shè)計出具有自己獨特風格的圖形界面，再通過編寫回調(diào)函數(shù)就可以實現(xiàn)GUI與用戶之間的交互，為教學(xué)課件的制作提供了極大的方便，GUIDE程序設(shè)計分兩步進行，一是靜態(tài)圖形界面制作，二是控件回調(diào)函數(shù)編程。

1 靜態(tài)圖形界面制作

在matlab的命令窗口中鍵入“guide”命令，啟動GUIDE的GUI編輯器，GUI控制面板包括了所有的圖形界面控件uicontrol，如按鈕(Push Butter)、滑動條(Slider)、單選按鈕(Radio Butter)、復(fù)選框(Check box)、文本框(Edit Text)、文本標簽(Ststic Text)、下拉菜單(Pop-up Menu)、下拉列表框(List box)、雙位按鈕(Toggle Butter)、坐標軸(Axes)等，用戶選中需要的控件，拖移到空白處，即可創(chuàng)建出相應(yīng)的控件，并通過拖拉可調(diào)整其大小大小，如圖1所示。

每個控件都有自己的屬性Style，屬性Style決定控件的類型，將鼠標移至相應(yīng)的控件上雙擊，就可以打開屬性框，每個控件均有很多項屬性，但主要的有:“string” 用來定義控件的顯示字符;“Tag”是控件的重要屬性，是對控件進行編程和訪問時的標識名稱，每個控件創(chuàng)建時都會由開發(fā)環(huán)境自動生成一個標識，在程序設(shè)計中為了編輯、記憶和維護的方便，用戶要修改成自己好記憶的字符串，在編寫回調(diào)函數(shù)Callback時由此標識來識別;“name”是標題屬性;“BackgroundColor”是背景顏色設(shè)置，按用戶風格設(shè)定其值。圖1中各控件的“string”屬性和“Tag”屬性分別定義如下:

三個坐標的“Tag”標識分別為:axes10、axes1、axes2;兩個按鈕的“Tag”標識分別為:按鈕“沖激響應(yīng)”的“Tag”標識為pushbutton1，按鈕“階躍響應(yīng)” 的“Tag”標識為 pushbutton2;編輯文本框的“Tag”標識為RLC，用來接收鍵盤輸入電阻、電感及電容的值。

按照自己的構(gòu)想將需要的控件位置擺放合適，屬性設(shè)置好后保存GUI文件，文件名取為xhxt_5，matlab將用戶創(chuàng)建的GUI的所用信息保存在xhxt_5.fig 和xhxt_5.m兩個文件中，其中.fig為二進制文件，用來存放搭建GUI界面所需的所有圖形控件的完整描述信息(包括控件屬性);.m文件用來存放GUI程序響應(yīng)特定事件時調(diào)用的函數(shù)，包含了運行GUI所需的所有程序代碼，包括GUI控件的回調(diào)函數(shù)Callback框架，.m決定GUI的行為，他控制GUI中控件如何響應(yīng)用戶操作，這兩個文件是互相影響的。系統(tǒng)自動生成的xhxt_5.m文件代碼中有三個關(guān)鍵函數(shù)需要用戶編寫程，分別說明如下:

OpeningFcn 函數(shù)

OpeningFcn函數(shù)是GUIDE在.m文件中自動生成的函數(shù)之一，其名字與文件名相同，如文件名為xhxt_5，則OpeningFcn函數(shù)的函數(shù)名為xhxt_5_OpeningFcn，OpeningFcn中的代碼在運行GUI并使其可視化之前執(zhí)行，因此該函數(shù)通常用來實現(xiàn)用戶訪問GUI之前所需的各種數(shù)據(jù)的初始化。

CreateFcn函數(shù)

GUIDE在為GUI自動生成 .m文件中，自動為每一個控件生成CreateFcn函數(shù)，函數(shù)名由控件的“Tag”屬性決定，主要用來存放相應(yīng)控件的初始化函數(shù)。

Callback函數(shù)

GUIDE在為GUI自動生成 .m文件中，為每一個控件生成相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)Callback定義行代碼，控件對用戶的響應(yīng)控制，需要在回調(diào)函數(shù)中添加相應(yīng)的代碼來實現(xiàn)?？丶卣{(diào)函數(shù)的函數(shù)名由控件的“Tag”屬性決定?；卣{(diào)函數(shù)的編寫是GUIDE設(shè)計的重點，所有句柄對象都有如下三個回調(diào)函數(shù):

ButtonDownFcn()，鼠標左鍵在對象上單擊時執(zhí)行的回調(diào)函數(shù);

CreateFcn()，對象創(chuàng)建時執(zhí)行的回調(diào)函數(shù);

DeleteFcn()，對象刪除時執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。

回調(diào)都是可以在命令窗口中可執(zhí)行的字符串，當屬性激活時，它傳給eval函數(shù)來執(zhí)行?；卣{(diào)編程可以采用不同的形式或不同的調(diào)用方式來執(zhí)行相應(yīng)的程序。在編寫回調(diào)函數(shù)時句柄圖形函數(shù)，常用的幾個句柄函數(shù)為:set設(shè)置對象屬性;get獲取對象屬性;gcf獲得當前圖形的句柄;gca獲得當前坐標軸的句柄;gco獲得當前對象的句柄;Axes創(chuàng)建坐標軸對象;Image創(chuàng)建圖形對象等。

2 編程控制GUI

在靜態(tài)圖形界面設(shè)計好后，用戶可以通過鼠標或鍵盤激活這些圖形對象，使計算機執(zhí)行相應(yīng)的動作，這些動作的執(zhí)行通過回調(diào)函數(shù)Callback來實現(xiàn)，matlab guide編程主要考慮的是界面函數(shù)如何通過回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)，以及用什么樣的方法比較方便快捷。

表1中xhxt_5.m代碼中只有各個控件、菜單的回調(diào)函數(shù)原型和注釋，并沒有實現(xiàn)功能的函數(shù)體，要實現(xiàn)具體的功能調(diào)用需要用戶自己編寫添加程序。

2.1 初始化程序的編寫

初始化圖形界面是通過函數(shù)Openingfig實現(xiàn)的。Openingfig函數(shù)調(diào)用與.m文件對應(yīng)的.fig 文件來初始化圖形界面。在這一過程中還存在隱含調(diào)用.fig的CreatFcn函數(shù)，但這一過程無法使用輸入?yún)?shù)，也就是說要用輸入?yún)?shù)設(shè)置圖形界面元素的一些特性，還必須編寫自己的初始化函數(shù)。

在本設(shè)計實例中，需要在坐標軸ases10的位置顯示電路圖，需要為“Tag”標識為RLC的編輯文本框設(shè)置R、L、C初始值，其初始化程序分別為:

function xhxt_5_OpeningFcn(hObject， eventdata， handles， varargin)

I=imread('dl.bmp'，'bmp'); % 讀入圖形文件dl.bmp

axes(handles.axes10);% 獲得坐標軸axes10的句柄

image(I);axis off % 顯示電路圖

function RLC_CreateFcn(hObject， eventdata， handles)

set(gcbo，'String'，'[1 1 1]'); % 為 R、L、C設(shè)初始值

if ispc isequal(get(hObject，'BackgroundColor')， get(0，'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject，'BackgroundColor'，'white');

end

2.2 回調(diào)函數(shù)Callback的編寫

回調(diào)函數(shù)的編寫，可以把該控件的函數(shù)代碼直接寫在“Callback”中，也可以把函數(shù)代碼放在一個自定義的.M文件中，而在Callback”中只將其文件名寫上即可。不管采用哪種方法，回調(diào)函數(shù)編寫的一個重要的技巧就是通過set、get語句對控件的屬性進行獲取、設(shè)置，以及完成相關(guān)數(shù)據(jù)的傳遞、保存、獲取，這一點在下面的程序段中得到了很好的體現(xiàn)。

在本設(shè)計實例中，當按下“沖激響應(yīng)”按鈕時，要在坐標軸ases1的位置顯示沖激響應(yīng)曲線，當按下“階躍響應(yīng)”按鈕時，要在坐標軸ases2的位置顯示階躍響應(yīng)曲線，所以要分別為pushbutton1_Callback和pushbutton2_Callback編寫回調(diào)函數(shù)，程序代碼分別為:

function pushbutton1_Callback(hObject， eventdata， handles)

m= str2num(get(handles.RLC，'String'))

R=m(1);L=m(2);C=m(3);a=[L*C R*C 1];b=[1];axes(handles.axes1);

x=impulse(b，a);plot(x，'linewidth'，2); grid on; hold on;

function pushbutton2_Callback(hObject， eventdata， handles)

m= str2num(get(handles.RLC，'String'))

R=m(1);L=m(2);C=m(3); a=[L*C R*C 1]; b=[1];y=step(b，a);axes(handles.axes2)

plot(y，'linewidth'，2); grid on; hold on;

把上述初始化程序及回調(diào)函數(shù)加入表1的相應(yīng)位置，然后運行程序，并輸入R、L、C的值(若分別鍵入 1 3 1)，按下“沖激響應(yīng)”按鈕，則輸出沖激響應(yīng)波形，按下“階躍響應(yīng)”按鈕，則輸出階躍響應(yīng)波形，運行結(jié)果如圖2所示。

結(jié)果分析，在RLC電路中，描述電路的微分方程為: 。

當 為過阻尼狀態(tài); 為臨界阻尼狀態(tài); 為欠阻尼狀態(tài)。

現(xiàn)在輸入的RLC值為過阻尼狀態(tài)，所以波形有振蕩過程，同樣的方法，輸入不同的R、L、C的值，可以得到不同的曲線形狀。

3 結(jié)束語

通過對matlab guide圖形用戶界面的設(shè)計實例，展示了人機交互式圖形用戶界面及其參數(shù)的可調(diào)控性。在實際設(shè)計制作中要解決的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題是:利用各控件的屬性進行數(shù)據(jù)的保存、傳遞;通過句柄訪問控件并進行數(shù)據(jù)的獲取和傳遞;編寫各控件的回調(diào)函數(shù)?；卣{(diào)函數(shù)的編寫不可能一蹴而就，需要反復(fù)的調(diào)試、修改和運行才能夠使程序得以正確運行。

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