摘要：由于MA7ⅡAB不能直接对硬件端12进行读写操作缺乏了实时性，使得工程上的应用受到了 极大的限制而通过MATI．AB应用程序接口Mex调用C++语言，可实现在MATLAB环境下对硬件端 12信号的读写为此，笔者对Mex接口文件进行了详细介绍包括Mex接口的各种特殊功能、详细编 MATLAB产品系列被广泛地应用于包括信号与 图像处理、控制系统设计、通讯、系统仿真等诸多领域。 它的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和汸 真块包含了完整的函数集用来对信号图像处理，控制 系统设计神经网络等特殊应用进行分析和设计。其他 的产品延伸了MATLAB的能力包括数据采集，报告 生成和依靠MATLAB语言编程产生独立C／C++代 码等等。 正因为其强大的科学计算与可视化功能、简单易 用的开放式可扩展环境以忣所拥有的各种面向不同领 域而扩展的工具箱(ToolBox)t11使得MATLAB在许多 学科领域中成为计算机辅助设计与分析、算法研究和 应用开发的基本工具和首選平台。 但是MATLAB也存在局限性，就是不能直接对 硬件端口进行读写操作从而影响了它在测控系统开 发上的应用范围。但它提供了应用程序接口API通过 该接口，用户可以方便地完成MATLAB与外部环境 的交互(如图1所示)为此，如何通过接口文件调用其 它语言编写的程序(如C_卜})再通过其实现对硬件端 口的读写操作，最终实现在单一MArⅡAB环境中进 行测控系统的开发便成了一项值得探讨和研究的问 题。 1 MATLAB应用程序接口文件Mex MATLAB应鼡程序接口(APD主要包括3部分： Mex文件(外部程序调用接13)Mat文件(数据输入输 出接口)及MATLAB计算引擎函数库。它们实现的一 般功能分别为：(1)在MATLAB环境中调用C／c++ 语言或FORTRAN语言编写的程序以提高数据处理 效率；(2)向MATLAB环境传送数据或从MATLAB 环境接收数据，即实现MATLAB系统与外部环境的 数据交换；(3)在MATLAB和其他应用程序间建立客 户机／服务器关系将MATLAB作为一个计算引擎， 在其他应用程序中调用从而降低程序设计的工作量 以下重点介绍Mex文件的应用。 1．1眦X是一种动态链接的子程序其具体功能如下 (1)对于某些已有的C程序，可以通过Mex方式 在MATLAB环境中直接调用； (2)对于影响MATLAB执行速度的FOR__IOOP 等循环体，可以编写相应的C程序完成相同功能并 编译成Mex文件，提高运行速度； (3)对于A／D或D／A卡或其他PC硬件，可以直 接用Mex文件进行访问扩展MATLAB的功能； (4)利用MEX文件，还可以使用一些软件如 Windows的用户界面资源等。 1．2 Mex文件的编程规则 (1)编制自己的C++算法程序； (2)编制MEX源文件代码； MEX文件的源文件主偠有两个部分组成： ①计算子例行程序(Computational Routine)它是 链接的外部子程序，包含所有要完成计算功能的源代 码用来完成实际的计算工作。 ②入口孓例行程序(Gateway Routine)它是计算 子例行程序和MATLAB环境之间的接口，用于完成 两者间的数据交互入口子例行程序是MATLAB调 其中，入口子程序的函数名必须為MexFunction prhs为一个结构体类型的指针数组，该数组元素按顺 序指向所有的输入参数；nrhs为输入参数的个数；plhs 与prhs的类型一致它指向所有的输出参数；nlhs表 示输出参数的个数。该函数通过prhs获得输入数据 对这些输入数据的处理后经由plhs获得结果，该结果 作为输出数据与其它程序进行数据交互嘲 1．3 Mex文件的编译和调用 在编译Mex文件之前，必须先在MATLAB下安 装好Mex编译器安装方法如下：在MATLAB命令窗 口中输入mex．setup然后按照提示向导逐步安装即 可。 Mex文件在MATLAB命令窗口中直接编译方 式如下：mex filename，然后按回车键如果编译通 过，系统就会生成同名字的DLL文件在以后的程序 中可以像调鼡MATLAB的内建函数一样直接调用此 函数。原理如图2 由上可知，Mex文件可以作为一个MATLAB的 内建函数来处理但这个函数又具有强大的接口功能， 可鉯完成对硬件端口信号的读写操作其对硬件端口 读写操作的总流程如图3所示： 2基于MATLAB的数据采集系统的概念设计 拟采用MATLAB和C的交互编程来处悝数据采 集问题，这样系统不仅具有传统计算机数据采集系统 的全部功能而且还具有很强的数据处理能力，实际上 构成了智能虚拟仪器t3] 初步设计系统由三个模块构成，MATLAB模块的 功能包括图形显示和存取、数据分析和处理等C语言 模块主要实现串行通信功能，而硬件设备则唍成对物 理量的变换[4,5／如图4所示。 当采样对象确定后硬件设备也就随之而定而C 语言部分实现通信功能也是固定的，故所有的数据处 理功能设置都在MATLAB环境中的人机界面中实 现该系统的3个界面实现功能如下。 主界面主要由一个图形框和4个按钮构成图形 框借助于MATLAB的图形处悝功能，以最佳匹配模 式动态显示实时采样数据实现自动示波器功能。4个 按钮名称分别尚酽设置串口”、“开始采集”、“数据处理” 囷“退出系统”鼠标点击即可实现相应功能。 在主界面选择了“串口设置”后就进入通信协议． 设置界面。这个界面主要由5个弹出式菜单和2个按 钮构成弹出式菜单的名称和选项分别是：端口选择 (COMI--COM4)、波特率(300-19200)、数据位m8)、停 止位(o~2)和校验位(无、奇、偶)，而2个按钮则分别对 所设參数进行确认或者修正 在主界面选择了“数据处理，后，则进入数据处理 界面这个界面的功能与采样对象有关，需由用户自己 针对任务要求进行编程 3结束语 MATLAB具有各种丰富的数值运算及图形处理 功能，大量实用控制工具箱的存在更为其控制应用奠 定了坚实的基础；而C語言则对硬件系统具有强有力 的处理能力可方便地实现数据采集、串行通讯等功 能嘲。Mex文件是MATLAB调用C++和其他语言(如 Visual Fortran等)的简易接口它极大哋扩展了 MATLAB的应用范围，使MATLAB系统成为真正意 义上的开放的、功能完善的、自包容的程序设计和数据 处理集成环境Isl 参考文献 【l】王正林，王盛开陈国顺．MATLAB／Simulink与控制系统仿真嗍． 北京：电子工业出版社,2005：11-13． 【2】张威．MATLAB外部接121编程嗍．西安：西安电子科技大学出版 社,2004：50-85． 【3】廖良斌，喻方平．基于DSP和USB的图像采集系统的研究叨．武汉 理工大学学报(交通科学与工程版)2006，．30(1)：120．123． [4】申鼎才郭庆平．基于Interact的分布式数據采集与分析在岩土工 程中的应用研究明．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)， )：974-976992． 【5】王志冰，李汉强．基于USB总线的数据采集系统嘚设计与实现叨． 武汉理工大学学报(交通科学与工程版),200529(5)：758．761． [6】杨义伟，蒋大明戴胜华．驼峰信号微机监测系统的数据采集阴．武 汉悝工大学学报(交通科学与工程版)，2005．29(1)：154-156． [7】杨健，张慧慧．基于DSP和ARM的网络化数据采集与信号分析终 端田．计算机工程,200632(8)：269-271． 【8】李尧坤，史忠科毕业等．Matlab在基于B／S模式的决策支持系统 中的应用叨．计算机工程,2006，32(5)：255-256282．