基于GUI的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)處理系統(tǒng)研究

曹萬(wàn)蒼， 王中文， 孫福玉

（1.赤峰學(xué)院， 內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.吉林省公主嶺市范家屯第一中學(xué)， 吉林 四平 136105）

基于GUI的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)處理系統(tǒng)研究

曹萬(wàn)蒼1， 王中文2， 孫福玉1

（1.赤峰學(xué)院， 內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.吉林省公主嶺市范家屯第一中學(xué)， 吉林 四平 136105）

我們對(duì)分壓電路進(jìn)行分析時(shí)一般會(huì)遇到圖像和數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題，而這些圖像和數(shù)據(jù)的處理使得我們很是費(fèi)心.文章利用 MATLAB 的 GUI功能設(shè)計(jì)了基于 GUI的分壓電路的處理方法.通過(guò)對(duì) GUI開(kāi)發(fā)環(huán)境中回調(diào)函數(shù)的設(shè)計(jì)，在 GUI界面上實(shí)現(xiàn)了分壓電路圖像和數(shù)據(jù)的處理，展示了方便靈活的數(shù)據(jù)輸入和結(jié)果圖形輸出效果.對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)提供了一個(gè)實(shí)用、方便的仿真操作平臺(tái).

GU I;分壓電路；交互式；回調(diào)函數(shù)

1 引言

分壓電路的實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，但實(shí)驗(yàn)的處理比較煩瑣，本文給出了一種 MATLAB的 GUI處理方法，可以非常容易的解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò) GUI界面，可非常方便的觀察不同 K值下分壓電路的實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的仿真輸出.

2 分壓電路

分壓電路通?？煞譃殡娫?、控制和測(cè)量三個(gè)部分.測(cè)量電路是先根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求而確定好的，例如選一標(biāo)準(zhǔn)的電壓表和它并聯(lián)，它可等效于一個(gè)負(fù)載，這個(gè)負(fù)載可能是容性的、感性或簡(jiǎn)單的電阻，以 RZ表示負(fù)載.根據(jù)測(cè)量的要求，負(fù)載的電流I和電壓值U在一定的范圍內(nèi)變化，這就要求有一個(gè)合適的電源.控制電路的任務(wù)就是控制負(fù)載的電流和電壓使其數(shù)值和范圍達(dá)到預(yù)定的要求.常用的制流電路和分壓電路控制元件主要使用滑線變阻器或變阻箱.

最簡(jiǎn)單的分壓電路如圖一所示，變阻器有兩個(gè)固定端A、B與電源 E相接，負(fù)載 Rz接變阻器滑動(dòng)端 C和固定端 A上，當(dāng)滑動(dòng)頭 C由 A端滑至 B端，電壓表上電壓由 0變到E，它調(diào)節(jié)的范圍與變阻器的阻值無(wú)關(guān).

圖1 分壓電路

當(dāng)滑動(dòng)頭 C處于某一位置時(shí)，AC兩端的分壓值 U為

U=K·X·E/（K+X-X·X）

圖2 分壓特性曲線

由實(shí)驗(yàn)可測(cè)得不同 K值的分壓特性曲線，用 X-Y坐標(biāo)表示如圖2所示.

3 分壓電路 GUI設(shè)計(jì)

GUI是 Graphical User Interfaces Development Environment的一個(gè)縮寫，意為圖形用戶界面開(kāi)發(fā)環(huán)境，簡(jiǎn)稱 GUI，GUI是MATLAB的一個(gè)子窗口，它具有非常強(qiáng)大的功能，其優(yōu)點(diǎn)是方便靈活的參數(shù)輸入，動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果輸出.

可采用下列步驟設(shè)計(jì)分壓電路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的 GUI界面：

(1)啟動(dòng) MATLAB，點(diǎn)擊 file菜單，選中 GUIDE子窗口選項(xiàng)，打開(kāi) GUI的布局編輯器窗口.

(2)如圖三分壓電路 GUI界面所示，拖放所需要的控件，這里拖放一個(gè)動(dòng)態(tài)文本框到工作區(qū)，用來(lái)放置分壓電路實(shí)驗(yàn)中的原始數(shù)據(jù)，拖放一個(gè)坐標(biāo)軸控件用來(lái)放置分壓電路實(shí)驗(yàn)中不同 K值的曲線，拖放一個(gè) pop-up menu控件到工作區(qū)，用于對(duì) K值的選取，拖放三個(gè)靜態(tài)文框到工作區(qū)，用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)文本框、坐標(biāo)軸控件和 pop-up menu控件進(jìn)行說(shuō)明，拖放一個(gè)按鈕控件，當(dāng)按鈕控件 Push Buttor按下后，GUI將開(kāi)始運(yùn)行.我們可以使用幾何位置排列工具對(duì)這些控件的位置進(jìn)行重新排列和調(diào)整.

(3)雙擊所選控件,編輯其屬性,主要有 fontname，fontsize，fontweight，string，tag等屬性.編輯三個(gè)靜態(tài)文本的 fontsize屬性為‘16’，string屬性分別為‘labrate graphic date’、‘K’和‘original date’，其余的屬性為默認(rèn)值.編輯 pop-up menu的string屬性為‘0.05 0.1 1 2 10’，其余的屬性為默認(rèn)值.編輯按鈕控件的 fontsize屬性為‘16’，string屬性為‘開(kāi)始’，其余屬性為默認(rèn)值.

(4)運(yùn)行 GUI程序，在自動(dòng)生成的 M-file中 添加 Push Buttor按鈕控件的 Callback回調(diào) 函數(shù)如下[1-6]所示：

x0=0:0.2:1;

U0=numeric(get(handles.u0,'string'));

k=get(handles.popupmenu1,'Value');

x=0:0.01:1;

Umax=10;

u=interp1(x0,U0,x,'spline');

switch k

case 1

hold on

k=0.05

U=Umax.*k.*x./(k+x-x.^2);

plot(x0,U0,'kp',x,U,'b.',x,u,'m-','LineWidth',3,'MarkerSize', 6);

gtext('k=0.05');

case 2

hold on

k=0.1

U=Umax.*k.*x./(k+x-x.^2)

plot(x0,U0,'kp',x,U,'b.',x,u,'m-','LineWidth',3,'MarkerSize',6);

gtext('k=0.1');

case 3

hold on

k=1

U=Umax.*k.*x./(k+x-x.^2)

plot(x0,U0,'kp',x,U,'b.',x,u,'m-','LineWidth',3,'Marker-Size',6);

gtext('k=1');

case 4

hold on

k=2

U=Umax.*k.*x./(k+x-x.^2)

plot(x0,U0,'kp',x,U,'b.',x,u,'m-','LineWidth',3,'Marker-Size',6);

gtext('k=2');

case 5

hold on

k=10

U=Umax.*k.*x./(k+x-x.^2)

plot(x0,U0,'kp',x,U,'b.',x,i,'m-','LineWidth',3,'MarkerSize', 6);

gtext('k=10');

end

legend('原始數(shù)據(jù) ','理論曲線 ','實(shí)驗(yàn)曲線 ')

（5）運(yùn)行 M-file，出現(xiàn)分壓電路 GUI界面如圖三所示，點(diǎn)擊 pop-up menu控件的下拉三角，從中選取不同的 K值，在原始數(shù)據(jù)處的動(dòng)態(tài)文本框中輸入分壓電路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊 Push Buttor按鈕控件，即可在坐標(biāo)軸控件中觀察到分壓電路在不同的K值下的特性曲線.

圖3 分壓電路GUI界面

4 結(jié)論

MATLAB不僅有強(qiáng)大的計(jì)算功能，還有很強(qiáng)的圖形顯示功能.利用這些特性及 GUI功能可以實(shí)現(xiàn)交互式實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理.圖形用戶界面的設(shè)計(jì)確定了應(yīng)用程序的主要框架和基本功能，完成了窗口、圖標(biāo)、按鈕等用戶界面，軟件開(kāi)發(fā)者只需在由軟件開(kāi)發(fā)工具自動(dòng)生成的程序代碼中添加自己的運(yùn)算或控制代碼，就可以完成自己的設(shè)計(jì).本文利用 MATLAB設(shè)計(jì)了基于 GUI的實(shí)驗(yàn)處理方法，展示了方便靈活的數(shù)據(jù)輸入和結(jié)果圖形輸出效果，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出了具有良好界面的交互處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).

〔1〕賈起民，鄭永令，陳暨耀.電磁學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2001.

〔2〕孫福玉，韓偉，等.MATLAB程序設(shè)計(jì)教程[M].遠(yuǎn)方出版社，2006.

〔3〕彭芳麟.數(shù)學(xué)物理方程的MATLAB解法與可視化[M].北京：清華大學(xué)出版社,2004.

〔4〕李顯龍.MATLAB界面設(shè)計(jì)與編譯技巧[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.225-283.

〔5〕楊述武.普通物理實(shí)驗(yàn)（二、電磁學(xué)部分）[M].北京：高等教育出版社，2001.

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1673-260X（2014）08-0007-02