Matlab的串口方式波形数据传输和后期数据分析功能简析

　　第9章 Matlab的串口通信实现
　　本章节主要为大家讲解Matlab的串口方式波形数据传输和后期数据分析功能，非常实用。
　　9.1 初学者重要提示
　　1、 测试本章节例程注意事项。
　　请优先运行开发板，然后运行matlab。
　　调试matlab串口数据发送前，请务必关闭串口助手。
　　2、 函数delete（instrfindall）;
　　如果不用matlab了，请在matlab的命令输入窗口调用此函数，防止matlab一直占用串口。
　　9.2 程序设计框架
　　上位机和下位机的程序设计框架如下：
　　
　　上位机和下位机做了一个简单的同步，保证数据通信不出错。
　　9.3 下位机STM32F407程序设计
　　STM32F407端的程序设计思路。
　　9.3.1 第1步，发送的数据格式
　　为了方便数据发送，专门设计了一个数据格式：
　　__packed typedef struct
　　{
　　uint16_t data1;
　　uint16_t data2;
　　uint16_t data3;
　　uint8_t data4;
　　uint8_t data5;
　　uint8_t data6;
　　uint8_t data7;
　　}
　　SENDPARAM_T;
　　SENDPARAM_T g_SendData;
　　为了保证数据的连续存储，特地在前面加了一个关键词__packed。关于结构体变量占用多少字节问题 。
　　9.3.2 第2步，接收同步信号$
　　Matlab发送同步信号$（ASCII编码值是13）给开发板。
　　int main（void）
　　{
　　/* 省略未写，仅留下关键代码 */
　　/* 进入主程序循环体 */
　　while （1）
　　{
　　/* 判断定时器超时时间 */
　　if （bsp_CheckTimer（0））
　　{
　　/* 每隔100ms 进来一次 */
　　bsp_LedToggle（2）;
　　}
　　if （comGetChar（COM1， &read））
　　{
　　/* 接收到同步帧‘$’*/
　　if（read == 13）
　　{
　　bsp_LedToggle（4）;
　　bsp_DelayMS（10）;
　　Serial_sendDataMATLAB（）;
　　}
　　}
　　}
　　}
　　通过函数comGetChar获取串口接收到的数据，如果数值是13，说明接收到Matlab发送过来的同步信号了。
　　这里要注意一点，程序这里接收到同步信号后，延迟了10ms再发数据给matlab，主要是因为matlab的波形刷新有点快，程序这里每发送给matlab一次数据，matlab就会刷新一次，10ms就相当于100Hz的刷新率，也会有一定的闪烁感。
　　9.3.3 第3步，发送数据给Matlab
　　下面是给Matlab回复同步信号和相应数据的实现：
　　/*
　　*********************************************************************************************************
　　* 函 数 名： Serial_sendDataMATLAB
　　* 功能说明： 发送串口数据给matlab
　　* 形 参： 无
　　* 返 回 值： 无
　　*********************************************************************************************************
　　*/
　　static void Serial_sendDataMATLAB（void）
　　{
　　/* 先发同步信号‘$’ */
　　comSendChar（COM1， 13）;
　　/* 发送数据，一共10个字节 */
　　g_SendData.data1 = rand（）%65536;
　　g_SendData.data2 = rand（）%65536;
　　g_SendData.data3 = rand（）%65536;
　　g_SendData.data4 = rand（）%256;
　　g_SendData.data5 = rand（）%256;
　　g_SendData.data6 = rand（）%256;
　　g_SendData.data7 = rand（）%256;
　　comSendBuf（COM1， （uint8_t *）&g_SendData， 10）;
　　}
　　开发板接收到同步信号后，会回应一个同步信号，然后将10个字节的数据发送给matlab。通过这三步就完成了STM32H7端的程序设计。
　　9.4 上位机Matlab程序设计
　　Matlab端的程序设计要略复杂些，需要大家理解matlab端的API。
　　9.4.1 第1步，配置并打开串口
　　下面操作是配置并打开串口：
　　close all
　　clear all
　　%删除所有已经打开的串口，这条很重要，防止之前运行没有关闭串口
　　delete（instrfindall）;
　　%打开串口COM1，波特率115200，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验，无流控制
　　s = serial（‘COM1’， ‘BaudRate’， 115200， ‘DataBits’， 8， ‘StopBits’， 1， ‘Parity’， ‘none’， ‘FlowControl’， ‘none’）;
　　s.ReadAsyncMode = ‘continuous’;
　　fopen（s）;
　　fig = figure（1）;
　　这里有以下几点需要大家了解：
　　函数delete（instrfindall）
　　这个函数比较重要，防止上次matlab操作串口，结束时没有关闭串口。通过这个函数会将其关闭。
　　函数serial
　　大家要特别注意打开的COM序号，务必要根据实际使用的COM号进行设置。
　　函数fopen
　　通过函数fopen打开串口。
　　9.4.2 第2步，相关变量设置
　　程序里面对这些变量的注释已经比较详细：
　　AxisMax = 65536; %坐标轴最大值
　　AxisMin = -65536; %坐标轴最小值
　　window_width = 800; %窗口宽度
　　g_Count =0; %接收到的数据计数
　　SOF = 0; %同步帧标志
　　AxisValue = 1; %坐标值
　　RecDataDisp = zeros（1，100000）; %开辟100000个数据单元，用于存储接收到的数据。
　　RecData = zeros（1，100）; %开辟100个数据单元，用于数据处理。
　　Axis = zeros（1，100000）; %开辟100000个数据单元，用于X轴。
　　window = window_width * （-0.9）; %窗口X轴起始坐标
　　axis（［window， window + window_width， AxisMin， AxisMax］）; %设置窗口坐标范围
　　%子图1显示串口上传的数据
　　subplot（2，1，1）;
　　grid on;
　　title（‘串口数据接收’）;
　　xlabel（‘时间’）;
　　ylabel（‘数据’）;
　　%子图2显示波形的幅频响应
　　subplot（2，1，2）;
　　grid on;
　　title（ ‘FFT’）;
　　xlabel（ ‘频率’）;
　　ylabel（ ‘幅度’）;
　　Fs = 100; % 采样率
　　N = 50; % 采样点数
　　n = 0:N-1; % 采样序列
　　f = n * Fs / N; %真实的频率
　　这里有以下几点需要大家了解：
　　变量RecDataDisp，RecData和Axis
　　这几个变量专门开辟好了数据空间，防止matlab警告和刷新波形慢的问题，大家根据需要可以进行加大。
　　采样率Fs = 100和采样点数N = 50
　　这个地方要根据实际的情况进行设置。
　　9.4.3 第3步，数据同步部分
　　这部分代码比较关键，matlab先发送同步信号$出去，然后等待开发板回复同步信号$，并读取本次通信的数据。
　　%设置同步信号标志， = 1表示接收到下位机发送的同步帧
　　SOF = 0;
　　%发送同步帧
　　fwrite（s， 13）;
　　%获取是否有数据
　　bytes = get（s， ‘BytesAvailable’）;
　　if bytes == 0
　　bytes = 1;
　　end
　　%读取下位机返回的所有数据
　　RecData = fread（s， bytes， ‘uint8’）;
　　%检索下位机返回的数据中是否有字符$
　　StartData = find（RecData == 13）;
　　%如果检索到$，读取10个字节的数据，也就是5个uint16的数据
　　if（StartData 》= 1）
　　RecData = fread（s， 5， ‘uint16’）;
　　SOF =1;
　　StartData = 0;
　　end
　　这里有以下几点需要大家了解：
　　函数fwrite（s， 13）
　　用于发送同步信号$（ASCII值是13）。
　　函数get（s， ‘BytesAvailable’）
　　用于获取串口缓冲中的字节数。
　　函数fread（s， bytes， ‘uint8’）
　　将串口缓冲的数据读取输出。
　　函数find（RecData == 13）
　　检索接收到串口数据中是否有同步信号$。
　　函数fread（s， 5， ‘uint16’）
　　如果检索到$，继续读取10个字节的数据，也就是5个uint16的数据。
　　9.4.4 第4步，显示串口上传的数据
　　下面matlab的数据显示波形
　　%更新接收到的数据波形
　　if（SOF == 1）
　　%更新数据
　　RecDataDisp（AxisValue） = RecData（1）;
　　RecDataDisp（AxisValue + 1） = RecData（2）;
　　RecDataDisp（AxisValue + 2） = RecData（3）;
　　RecDataDisp（AxisValue + 3） = RecData（4）;
　　RecDataDisp（AxisValue + 4） = RecData（5）;
　　%更新X轴
　　Axis（AxisValue） = AxisValue;
　　Axis（AxisValue + 1） = AxisValue + 1;
　　Axis（AxisValue + 2） = AxisValue + 2;
　　Axis（AxisValue + 3） = AxisValue + 3;
　　Axis（AxisValue + 4） = AxisValue + 4;
　　%更新变量
　　AxisValue = AxisValue + 5;
　　g_Count = g_Count + 5;
　　%绘制波形
　　subplot（2，1，1）;
　　plot（Axis（1:AxisValue-1）， RecDataDisp（1:AxisValue-1）， ‘r’）;
　　window = window + 5;
　　axis（［window， window + window_width， AxisMin， AxisMax］）;
　　grid on;
　　title（‘串口数据接收’）;
　　xlabel（‘时间’）;
　　ylabel（‘数据’）;
　　drawnow
　　end
　　这里有以下几点需要大家了解：
　　数组RecDataDisp，RecData和Axis
　　这里要尤其注意，matlab的数组索引是从1开始的，也是开头直接定义AxisValue = 1的原因。
　　函数plot
　　这里plot的实现尤其重要，务必要注意坐标点和数值个数要匹配。
　　9.4.5 第5步，FFT数据展示
　　FFT部分会在在后面章节为大家详细讲解，这里也做个说明，这里是每接收够50个数据，做一次FFT：
　　if（g_Count== 50）
　　subplot（2，1，2）;
　　%对原始信号做 FFT 变换
　　y = fft（RecDataDisp（AxisValue-50:AxisValue-1）， 50）;
　　%求 FFT 转换结果的模值
　　Mag = abs（y）*2/N;
　　%绘制幅频相应曲线
　　plot（f， Mag， ‘r’）;
　　grid on;
　　title（ ‘FFT’）;
　　xlabel（ ‘频率’）;
　　ylabel（ ‘幅度’）;
　　g_Count = 0;
　　drawnow
　　end
　　9.5 Matlab上位机程序运行
　　M文件的程序代码在例子V7-203_Matlab串口波形刷新和数据分析m文件里面。M文件的运行方法在第4章的4.2小节有详细说明。
　　9.6 实验例程说明（MDK）
　　配套例子：
　　V5-202_Matlab的串口通信实现
　　实验目的：
　　学习matlab的串口数据通信。
　　实验内容：
　　启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
　　请优先运行开发板，然后运行matlab。
　　调试matlab串口数据发送前，请务必关闭串口助手。
　　使用AC6注意事项
　　特别注意附件章节C的问题
　　上电后串口打印的信息：
　　波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1
　　
　　Matlab的上位机效果：
　　
　　程序设计：
　　系统栈大小分配：