1.4 App Designer 和硬件结合实例€¦ · 该SupportPackage的安装过程中，会⾃动帮助下载Arduino所需的Library和配置Arudino 所需的运⾏环境。如何控制Arudino的DigitalOut和AnalogOut

MATLAB App Designer 教程 19

1.4 App Designer 和硬件结合实例在1.1中提到, 笔者认为 App Designer 最⼤的优点之⼀，就是增加了和⼯业相关的控件，

⽐如1.3 中提到的 Gauge,Knob,Lamp 和 Switch，这给⼯程项⽬的 GUI 设计提供了⽆限的

可能性。本节举⼀个实际的例⼦，⽤这些⼯业控件去控制物理硬件，这⾥的硬件是 ArduinoUno, 通过 MATLAB 的 Hardware Support Package, 我们可以在 MATLAB 中的 GUI 中⽤

M 语⾔来控制 Arduino。

1.4.1 如何使用 MATLAB Arduino Support Package什么是 Arduino Support Package

Ardunio Support Packages 是 Mathworks 硬件 Support Package 家族的成员之⼀，它

帮我们省去了编写和编译 C 语⾔来控制 Controller 的⿇烦。⽤户可以直接通过 MATLAB和 Arduino 进⾏实时交互。⽐如下⾯两⾏代码中，我们先声明了⼀个 Arduino 对象，然后

指定它的 Digital Pin 13 输出⾼电位：

>> a = arduino;>> writeDigitalPin(a,'D13',1);

注意这⾥ * ⽤户 * 没有编译和上载任何程序，在 MATLAB 中，和 Arudion 的互动是简单

的，及时的。

如何安装 Arudino Support Package

Arudino Support Package 可以从这⾥免费下载

http://www.mathworks.com/hardware-support/arduino-matlab.html

该 Support Package 的安装过程中，会⾃动帮助下载 Arduino 所需的 Library 和配置 Arudino所需的运⾏环境。

如何控制 Arudino 的 Digital Out 和 Analog Out

⽤想和 Arudino 建⽴联系，⾸先要在 MATLAB 中调⽤ arduino 类的构造函数获得⼀个

Arduino 的对象

>> a = arduinoa =

arduino with properties:Port: '/dev/tty.usbmodem1421'Board: 'Uno'

AvailablePins: {'D2-D13', 'A0-A5'}Libraries: {'I2C', 'SPI', 'Servo'}

接下来调⽤ methods 函数查看 arduino 类⽀持的⽅法：

20 MATLAB 中⽂论坛技术专栏

>> methods(a)Methods for class arduino:

addon configureDigitalPin i2cdev readDigitalPinscanI2CBus spidev writePWMDutyCycleconfigureAnalogPin configurePin playTone readVoltageservo writeDigitalPin writePWMVoltage

Arduino ⼀共有 14 个数字输出 Port，调⽤ writeDigitalPin ⽅法，可以控制 arduino 的

Digital 输出：

>> writeDigitalPin(a,'D13',1); % Digital Pin 的输出只有 0 和 1 两种。

Arduino 没有 Analog Out 的 Pin, 但 Analog 信号的可以通过 PWM 来模拟 (PWM 通

过修改输出的 Duty Cycle 来达到模拟 Analog 输出的效果):dutyCycle = 1/5;for i = 1:5

writePWMDutyCycle(a, 'D3', i*dutyCycle);pause(1);

end

上⾯代码中，我们把 0 到 3.3V 分成了 5 份，每隔 1 秒钟，相当于给 D3 增加 1/5 的电压.

如何获得 Arduino 的 Digital In 和 Analog In

调⽤ readDigitalPin，获得 Digistal Pin 7 的输⼊

>> readDigitalPin(a,'D7')

Arduino 板⼦上，有 A0 到 A5 对应 5 个模拟信号的输⼊，下⾯通过调⽤ readVoltage获得 Analog 0 号 Pin 的输⼊电压：

>> readVoltage(a,'A0')

1.4.2 如何利用 App Designer 给 Arduino 设计 Dashboard(控制台)本例 Arduino Dashboard 设计如下：

http://www.ilovematlab.cn/matlab_jishuwenzhang_technical_articles


图 1.20

本例的需求是：+ ⽤左上的 Discrete Knob 来控制 Digital Out，其连接⼀个 LED ⼩

灯 + ⽤左下 Knob 来控制 Analog Out，来控制另⼀个 LED ⼩灯的亮度 + ⽤中间的 Gauge来表⽰ Analog In 的电压值，该值来⾃于⼀个物理旋钮 + ⽤右上的 90 ⾓ Gauge 来表⽰

Digital In 的电压值，该值来⾃于⼀个物理按钮 + 最后⽤右下的 Switch 来控制开启和关闭

Analog 和 Digital In 的状态

Discrete Knob 和 Knob 的刻度值可以在 Component Browser 中⾃⼰定制

图 1.21

这样两个 Gauge 在⼀开始的时候是灰⾊的，这是因为在设计中，我们需要⽤⼀个 timer函数来周期的从 DI,AI 那⾥获得收⼊的电压值，来即时的刷新 GUI 上仪表盘的显⽰。⽽我

们⽤ Switch 来控制这个 timer 的状态，在 timer 没有启动的时候，两个 Gauge 当然没有读

数，所以是 disable 的状态。我们需要在 Component Browser 中修改两个 Gauge 的默认值，


enable = false

图 1.22

1.4.3 如何给 Arduino 连线本例使用到的电子元件

• Arduino Uno• 若⼲ jumper wire• 两个 LED ⼩灯

• 两个 1K 欧姆的电阻

• ⼀个按钮，⼀个旋钮

• ⾯包板



Frizing 连线图

图 1.23

连线表

|---------+--------|| Arduino | ||---------+--------|| D13 | LED || D7 | Button || D3(PWM) | LED || A1 | Knob ||---------+--------|

实际连线图

图 1.24


1.4.4 如何编写 Dashboard 的 callbackDigital Out 回调函数

该回调函数⽐较 Discrete Knob 的 Value，如果是 On, 控制 Arduino D13 Pin 输出 3.3V，

点亮 LED，否则输出 0function DO_callback(app)

value = app.DO.Value;if strcmp(value,'On')

writeDigitalPin(app.arduinoObj,'D13',1);else

writeDigitalPin(app.arduinoObj,'D13',0);end

end



Analog Out 回调函数

该回调函数通过调整 PWM 的 duty Cycle 来控制 LED ⼩灯的量度，⼀共 10 级。

function AO_callback(app)writeDigitalPin(app.arduinoObj,'D3',0);value = app.AO.Value;dutyCycle = value/10;writePWMDutyCycle(app.arduinoObj, 'D3', dutyCycle);

end

Startup 函数和 timer 回调函数

在 GUI 初始化函数中，先设置好 timer, 其每个 0.5 秒执⾏⼀次 acquisionCallback 函数

function startupFcn(app)app.arduinoObj = arduino;app.acquisionTimer = timer('StartDelay', 0, 'Period', 0.5,...

'ExecutionMode', ...'fixedRate');

app.acquisionTimer.TimerFcn = @(obj,event)acquisionCallback(app);end

该 acquisionCallback 函数可以通过 toolstrip 上的 Add Function 加到类的定义中去

图 1.25


⽅法实现如下

methods (Access = public)function acquisionCallback(app)

app.DI.Value = readDigitalPin(app.arduinoObj,'D7');app.AI.Value = readVoltage(app.arduinoObj,'A1');

% for debugs=sprintf('Debug: DI: %d AI %d\n',app.DI.Value,app.AI.Value);disp(s);

endend

其中我们⽤ readDigitalPin,readVoltage 获得 DI,AI 的输⼊，然后⽤其值去直接更新两个

Gauge 的显⽰。


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1.4 App Designer 和硬件结合实例€¦ · 该SupportPackage的安装过程中，会⾃动帮助下载Arduino所需的Library和配置Arudino 所需的运⾏环境。 如何控制Arudino的DigitalOut和AnalogOut

1.4 App Designer 和硬件结合实例€¦ · 该SupportPackage的安装过程中，会⾃动帮助下载Arduino所需的Library和配置Arudino 所需的运⾏环境。如何控制Arudino的DigitalOut和AnalogOut