MATLAB GUI入门：设计二阶系统响应界面

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MATLAB GUI设计是MATLAB软件中一种强大的交互式编程方式，它允许用户通过图形界面来与程序进行直观的交互。本章节主要涵盖了图形用户界面（GUI）在MATLAB中的应用，包括其概念、设计原则以及具体制作步骤。首先，用户界面（UI）是人与计算机程序之间的交互媒介，图形用户界面（GUI）则利用窗口、光标、按钮、菜单等元素构成，使用户可以通过鼠标或键盘操作来实现计算、绘图等功能。对于数据分析、解方程等工作，如果任务相对简单，可能无需专门制作GUI，但在开发应用程序、演示技术或创建专用工具时，GUI则提供了更好的用户体验。在MATLAB中，GUI的制作通常从基础开始，例如通过M脚本文件实现简单界面。第11章的“入门”节提供了一个实例，展示了如何制作一个能够展示归一化二阶系统单位阶跃响应的GUI。这个例子涉及以下步骤： 1. **图形窗和轴的生成**：使用`clfreset`清除当前图形窗口，并通过`axes`函数创建一个新的轴，设置单位为‘normalized’，并占据整个屏幕。 2. **静态文本和编辑框**：创建静态文本以显示必要的信息，如系统传递函数，以及编辑框供用户输入参数。 3. **坐标方格控制键**：设计用于控制坐标范围或操作的特定控件，如滑动条或下拉菜单。 4. **数据交互和响应**：用户在GUI上的操作（如点击、输入）需要转化为对系统的响应，这可能涉及到数据传递和处理。第5节专门探讨了使用M函数文件制作GUI时的数据传递问题，以及如何解决这些问题。而MATLAB 5.x版本引入了更为便捷的交互式设计工具guide，用户可以通过它创建GUI而无需深入M脚本编写。第6节详细介绍了guide工具的使用方法，以一个综合例题的形式逐步演示。为了更好地理解和掌握GUI设计，推荐先阅读第10章关于图柄的内容，因为图柄是GUI中关键的组件，理解它们有助于创建更复杂的交互效果。学习MATLAB GUI设计不仅能提升编程效率，还能增强用户界面的吸引力和易用性，对于希望分享成果或开发定制工具的MATLAB用户来说，这是必不可少的一项技能。

yy=spline(t(k12),y(k12),tt); %局部样条插值 <8>

[yym,kkm]=max(yy); %求更精确的峰值位置

line(tt(kkm),yym,'marker','.',... %画峰值点 <10>

'markeredgecolor','r','markersize',20);

ystr=['ymax = ',sprintf('%1.4g\',yym)];

tstr=['tmax = ',sprintf('%1.4g\',tt(kkm))];

text(tt(kkm),1.05*yym,{ystr;tstr})

else %假如在设定时间范围内不能插值 <15>

text(10,0.4*y(end),{'ymax --> 1';'tmax --> inf'})

end

if vchk2 %假如上升时间框被选中 <19>

k95=min(find(y>0.95));k952=[(k95-1),k95];

t95=interp1(y(k952),t(k952),0.95); %线性插值 <21>

line(t95,0.95,'marker','o','markeredgecolor','k','markersize',6);

tstr95=['t95 = ',sprintf('%1.4g\',t95)];

text(t95,0.65,tstr95)

end

图 11.4.3.2-1

11.4.3.3 可编辑框、弹出框、列表框、按键示例

【*例 11.4.3.3-1】目标：制作一个能绘制任意图形的交互界面。它包括：可编辑文本框、弹

出框、列表框。本例的关键内容是：如何使编辑框允许输入多行指令。

[EXM11433_1.M]

clf reset % <1>

set(gcf,'unit','normalized','position',[0.1,0.4,0.85,0.35]);%设置图形窗大小

set(gcf,'defaultuicontrolunits','normalized');

set(gcf,'defaultuicontrolfontsize',11);

set(gcf,'defaultuicontrolfontname','隶书');

set(gcf,'defaultuicontrolhorizontal','left');

set(gcf,'menubar','none'); %删除图形窗工具条

str='通过多行指令绘图的交互界面';

set(gcf,'name',str,'numbertitle','off'); %书写图形窗名

h_axes=axes('position',[0.05,0.15,0.45,0.70],'visible','off');%定义轴位框位置

uicontrol(gcf,'Style','text',... %制作静态文本框

'position',[0.52,0.87,0.26,0.1],...

'String','绘图指令输入框');

hedit=uicontrol(gcf,'Style','edit',... %制作可编辑文本框 <14>

'position',[0.52,0.05,0.26,0.8],...

'Max',2); %取2，使Max-Min>1，而允许多行输入 <16>

hpop=uicontrol(gcf,'style','popup',... %制作弹出菜单 <17>

'position',[0.8,0.73,0.18,0.12],...

'string','spring|summer|autumn|winter');%设置弹出框中选项名 <19>

hlist=uicontrol(gcf,'Style','list',... %制作列表框 <20>

'position',[0.8,0.23,0.18,0.37],...

'string','Grid on|Box on|Hidden off|Axis off',...%设置列表框中选项名 <22>

'Max',2); %取2，使Max-Min>1，而允许多项选择 <23>

hpush=uicontrol(gcf,'Style','push',... %制作与列表框配用的按键 <24>

'position',[0.8,0.05,0.18,0.15],'string','Apply');

set(hedit,'callback','calledit(hedit,hpop,hlist)'); %编辑框输入引起回调 <26>

set(hpop,'callback','calledit(hedit,hpop,hlist)'); %弹出框选择引起回调 <27>

set(hpush,'callback','calledit(hedit,hpop,hlist)'); %按键引起的回调 <28>

[CALLEDIT.M]

function calledit(hedit,hpop,hlist)

ct=get(hedit,'string'); %获得输入的字符串函数 <2>

vpop=get(hpop,'value'); %获得选项的位置标识 <3>

vlist=get(hlist,'value'); %获得选项位置向量 <4>

if ~isempty(ct) %可编辑框输入非空时 <5>

eval(ct') %运行从编辑文本框送入的指令 <6>

popstr={'spring','summer','autumn','winter'}; %弹出框色图矩阵 <7>

liststr={'grid on','box on','hidden off','axis off'};%列表框选项内容 <8>

invstr={'grid off','box off','hidden on','axis on'};%列表框的逆指令 <9>

colormap(eval(popstr{vpop})) %采用弹出框所选色图 <10>

vv=zeros(1,4);vv(vlist)=1;

for k=1:4

if vv(k);eval(liststr{k});else eval(invstr{k});end %按列表选项影响图形

end

图 11.4.3.3-1

11.5 由 M 函数文件产生用户菜单和控件

11.5.1 利用全局变量编写用户界面函数文件

【*例 11.5.1-1】目标：利用 M 函数文件创建与例 11.4.3.3-1 相同的用户界面。本例演示：如

何依靠全局变量传递控件的图柄，从而保证回调动作正确执行。

（1）编写 M 函数文件 exm1151_1.m 和 calledit1.m

[exm1151_1.m]

function exm1151_1( )

global hedit hpop hlist

（这中间是：原 exm11433_1.m 第〈1〉行到第〈25〉行的全部指令）

set(hedit,'callback','calledit1'); %编辑框输入引起回调 <26>

set(hpop,'callback','calledit1'); %弹出框选择引起回调 <27>

set(hpush,'callback','calledit1'); %按键引起的回调 <28>

[CALLEDIT1.M]

function calledit1( )

global hedit hpop hlist

（下面续接内容是：原 calledit.m 第〈2〉行以下的全部指令）

（2）在 MATLAB 指令窗中运行 exm1151_1 就可获得题目所要求的图形用户界面。

11.5.2 利用 'UserData' 属性编写用户界面函数文件

【*例 11.5.2-1】目标：利用 M 函数文件创建与例 11.4.3.3-1 相同的用户界面。本例演示：如

何依靠图形窗的'UserData' 属性传送用户控件的图柄，从而保证回调动作正确执行。

（1）编写 M 函数文件 exm1152_1.m 和 calledit2.m

[exm1152_1.m]

function exm1152_1( )

（这中间是：原 exm11433_1.m 第〈1〉行到第〈25〉行的全部指令）

set(hedit,'callback','calledit2'); %编辑框输入引起回调 <26>

set(hpop,'callback','calledit2'); %弹出框选择引起回调 <27>

set(hpush,'callback','calledit2'); %按键引起的回调 <28>

set(gcf,'UserData',[hedit,hpop,hlist])

[calledit2.m]

function calledit2( )

H=get(gcf,'UserData');

ct=get(H(1),'string'); %获得输入的字符串函数 <2>

vpop=get(H(2),'value'); %获得选项的位置标识 <3>

vlist=get(H(3),'value'); %获得选项位置向量 <4>

（下面续接内容是：原 calledit.m 第〈5〉行以下的全部指令）

（2）在 MATLAB 指令窗中运行 exm1152_1 就可获得题目所要求的图形用户界面。

11.5.3 利用递归法编写用户界面函数文件

【*例 11.5.3-1】目标：利用 M 函数文件创建与例 11.4.3.3-1 相同的用户界面。本例演示：如

何依靠图形窗'UserData' 属性在递归调用中传送用户控件的图柄，保证回调动作正确执行。

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