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STM32H7程序设计
STM32H7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 。
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：
V7-202_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：
RAM空间用的DTCM：
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STM32H7程序设计
STM32H7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 。
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：
V7-202_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：
RAM空间用的DTCM：
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