MATLAB圖形用戶界面設(shè)計案例式教學

摘要：本文主要介紹了MATLAB圖形界面設(shè)計的案例教學模式，以植物葉面積測量系統(tǒng)的設(shè)計為例，詳細介紹了如何利用MATLAB建立GUI界面，展現(xiàn)出MATLAB設(shè)計用戶界面巨大的簡潔性和方便性。

關(guān)鍵詞：MATLAB 圖形界面設(shè)計 GUI 案例式教學

MATLAB 是由美國Math Works公司發(fā)布的面向科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大的功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中。

圖形用戶界面（Graphical User Interface，簡稱 GUI）是指采用圖形方式顯示的計算機操作環(huán)境用戶接口。與早期計算機使用的命令行界面相比，圖形界面對于用戶來說更為簡便易用。GUI的廣泛使用是當今計算機發(fā)展的重大成就之一，它極大的方便了非專業(yè)用戶的使用，用戶可通過窗口、菜單和按鍵的方式來方便地進行操作，使計算機產(chǎn)生某種動作或變化，如實現(xiàn)計算和繪圖等。

建立MATLAB GUI界面有兩種途徑，第一種是編寫腳本文件，第二種是在命令行里直接輸入GUIDE創(chuàng)建，新建并保存后，生成.fig和.m文件，在.fig界面中編輯好點擊按鈕、可編輯文本和靜態(tài)文本的位置、大小、顏色和字體。

本文以植物葉面積測量系統(tǒng)的設(shè)計為例，講解如何完成一個MATLAB GUI的設(shè)計。該植物葉面積測量系統(tǒng)，利用數(shù)碼相機獲取植物葉面的數(shù)字圖像，以一枚直徑為19毫米的一角人民幣硬幣為參照物。通過圖像采集和圖像預(yù)處理等一系列操作后，獲取植物葉面的像素數(shù)，根據(jù)植物頁面和硬幣總像素數(shù)的對比，利用公式，即可求出植物葉面積。

一、系統(tǒng)界面結(jié)構(gòu)設(shè)計。

本階段主要制定測量系統(tǒng)的界面結(jié)構(gòu)。首先根據(jù)課題確定該界面需要的元素的種類和個數(shù);其次確定界面的布局，可以使用GUIDE中內(nèi)嵌的工具調(diào)整圖形的尺寸和元件之間的距離;最后根據(jù)每個元素要完成的功能，設(shè)置各元素的各種屬性，如標簽tag、元件的顏色、顯示的文本等。該植物葉面積測量系統(tǒng)的界面共有5個按鈕和3個可編輯文本框，如圖1所示。

界面中有三個坐標軸，用來在GUI中顯示圖形或者圖像，設(shè)置圖像的屬性和外觀等方面。坐標軸通過axes函數(shù)創(chuàng)建，分別設(shè)置為axes1，axes2，axes3，可以通過tag來區(qū)分和選擇相對應(yīng)的axes坐標軸。

將此圖形保存后，會生成兩個文件，一個是FIG文件，該文件包含上述步驟創(chuàng)建的實際GUI界面，M文件包含了圖形和框架中對每個GUI元素的回調(diào)函數(shù)。

二、系統(tǒng)回調(diào)函數(shù)設(shè)計。

編輯好界面之后，編寫系統(tǒng)自動生成的M文件，編寫Callback回調(diào)函數(shù)。回調(diào)函數(shù)是對事件響應(yīng)所執(zhí)行的代碼，比如用戶單擊鼠標是一個事件，MATLAB程序必須對每一個事件進行響應(yīng)，用點擊按鈕時，會觸發(fā)對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。比如本系統(tǒng)界面有五個按鈕，點擊Calculate按鈕完成計算功能;點擊Clear按鈕，將所有的文本框的值都清零。其余三個按鈕，分別完成讀入圖像，圖像預(yù)處理和計算目標物體像素數(shù)的功能。

1、編寫Calculate按鈕的Callback回調(diào)函數(shù)。

戶點擊Calculate按鈕時，需要完成計算的功能，這個功能通過在回調(diào)函數(shù)實現(xiàn)，用戶點擊Calculate按鈕，MATLAB執(zhí)行其回調(diào)函數(shù)，完成計算功能。Callback回調(diào)函數(shù)有三個輸入?yún)?shù)hobject、eventdata和 handles，hobject是觸發(fā)回調(diào)的UI組件，eventdata是包含鼠標鍵盤操作的詳細信息的變量，handles是包含UI界面中所有對象的結(jié)構(gòu)體。guidata函數(shù)寫在一個模塊的末尾是用來保存handles和hoject的操作。

function calc_Callback（hobject，eventdata，handles）

specie_current = get（handles. speciepixel，’String’）;

foliage_current = get（handles. foliage pixel，’String’）;

area = 2.834*（str2double（foliage _current）/str2double（specie _current））;

set （handles. foliage area，’ string’，area）;

guidata（hobject，handles）

其中g(shù)et函數(shù)獲得句柄圖像對象的屬性，返回對象屬性的當前值。此程序是獲取調(diào)用字符串參照物像素數(shù)和葉片像素數(shù)，再通過str2double函數(shù)將獲取到的兩個字符串轉(zhuǎn)換為雙精度值計算。根據(jù)計算公式，計算出的葉面積值通過set函數(shù)設(shè)置指定文本框顯示最終結(jié)果。

2、編寫第Clear按鈕的Callback回調(diào)函數(shù)。

編輯其回調(diào)函數(shù)set函數(shù)把三個變量置為0。set函數(shù)可以改變句柄圖像的屬性。點擊按鈕，所有文本框顯示為零，如圖2所示。

function cler_Callback（hobject，eventdata，handles）

set（handles. specie pixel，’ string’，0）;

set（handles. foliage pixel，’ string’，0）;

set（handles. foliage area，’ string’，0）;

guidata（hobject，handles）

這里的CreateFcn函數(shù)是設(shè)置三個坐標軸屬性初始化，在程序運行初期執(zhí)行。set函數(shù)設(shè)置指定坐標軸屬性，此程序設(shè)置為隱藏GUI中的axes控件，使初始界面更加美觀簡潔。

function axes1_CreateFcn（hobject，eventdata，handles）

set（hobject，'xTick'，[]）

set（hobject，'ytick'，[]）

回調(diào)函數(shù)編寫完成后，系統(tǒng)界面設(shè)計完成，運行結(jié)果如圖2所示。

三、結(jié)論

本文以植物葉面積測量系統(tǒng)的設(shè)計為例，詳細介紹了如何利用MATLAB建立GUI界面，實踐證明，MATLAB GUI界面操作簡單，交互性強，采用案例式教學能夠激發(fā)學生的學習熱情，增強課堂的互動性，提高教學質(zhì)量。

參考文獻

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作者簡介：張莉，1982年1月生，女，漢族，江蘇徐州人，碩士，講師，研究方向：電子通信。