Разработка информационной системы в среде Matlab

Федеральное агентство связи

ФГОБУ ВПО

«СибГУТИ»

 

 

 

Кафедра СМС

 

 

 

Домашнее  задание по дисциплине:

Информационные  технологии

тема:

«разработка информационной системы в среде  Matlab»

Вариант 11

 

 

 

Выполнила:

студентка 3 курса

факультета  МРМ гр. РЦ-12

Мухамбеткалиева Э.Г.

 

 

 

Проверила: Лебеденко Л.Ф.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск, 2013 

Оглавление

1. Задание к работе 3-4

2. Краткая теория по РГЗ 4-5

3. Описание программного интерфейса с копиями экранов 6-9

4. Программная реализация 9-12

5. Результаты расчетов 12

6. Вывод 13

 

 

1. Задание к  работе

Задание 1. Построение графиков функции двух переменных

В среде guide создать форму и разместить на ней оси для вывода графика. Создать кнопку для построения графика. Создать заголовки и подписи на осях. График построить в соответствии с индивидуальным заданием

Таблица 1 –  Вариант к Заданию 1

№ варианта	функция
11

Задание 2. Обработка матрицы

Создать функции  для обработки матрицы в соответствии с индивидуальным заданием.

Для каждого  пункта задания написать подпрограмму-функцию: сформировать датчиком случайных чисел  целочисленную матрицу А(5х5); найти в матрице сумму элементов главной диагонали; увеличить все элементы матрицы на число, равное 10.

Задание 3. Simulink –моделирование динамической системы

Создать Simulink-модель

Рисунок 1 –  Пример модели к заданию 3

 

Таблица 2 – Вариант к заданию 3

№ вар	Источник 1	Источник 2	Оператор	Функция пользователя	Время Симуляции
11	Clock	Ramp	<=		80

2. Краткая теория по РГЗ

Теория обработки матриц в MatLAB

В языках высокого уровня предусмотрена  возможность хранить значения в  виде массивов. В MatLab эту роль выполняют векторы и матрицы.

Матрица –  это основной элемент среды Matlab. Это двумерный массив чисел. Размер матрицы определяется числом ее строк и столбцов.

Вектор –  это одномерный массив и число  его элементов – это его  размер. В частном случае обычное  число в среде Matlab – это матрица размером (1x1), вектор-строка – это матрица размером (1xN), вектро-столбец – матрица размером (Nx1).

Вектор-строка может определяться в квадратных скобках через пробел или запятую, например:

a = [1 2 3 4];  % вектор-строка

Вектор-столбец аналогично, но разделителем является точка с  запятой:

a = [1; 2; 3; 4];  % вектор-столбец

При комбинировании двух предыдущих методов можно задать матрицу:

A = [1 0 0; 0 1 0; 0 01]; % единичная матрица 3х3

Создавать матрицы также  можно с использованием стандартных  функций: например:

A2 = zeros(10); % нулевая матрица 10х10 элементов  
A3 = ones(5); % матрица 5х5, состоящая из единиц  
A4 = rand(100); % матрица 100х100, из случайных чисел

Для вывода значения вектора можно обратиться к переменной содержащей вектор, в  скобках указав индекс элемента

disp(a(1)); % отображение значения 1-го элемента вектора  
disp(a(2)); % отображение значения 2-го элемента вектора  
disp(a(3)); % отображение значения 3-го элемента вектора  
disp(a(4)); % отображение значения 4-го элемента вектора

 

Для доступа к элементам матрицы необходимо указать два индекса:

disp( A(2,1) ); % вывод на экран элемента, стоящего во второй строке первого столбца, т.е. 4

disp( A(1,2) ); % вывод на экран элемента, стоящего в первой строке второго столбца, т.е. 2

 

Теория по визуальной среде guide

В состав MatLab входит среда GUIDE для создания приложений с графическим интерфейсом пользователя. Элементы управления размещаются при помощи мыши, а затем программируются события, которые возникают при обращении пользователя к данным элементам управления.

Приложение  может состоять как из одного основного  окна, так и нескольких окон и  осуществлять вывод графической  и текстовой информации, в основное окно приложения и в отдельные  окна. Ряд функций MatLab предназначен для создания стандартных диалоговых окон открытия и сохранения файла, печати, выбора шрифта, окна для ввода данных и др., которыми можно пользоваться в собственных приложениях.

После добавления элемента управления необходимо задать Tag (имя) элемента, который будет идентифицировать данный объект среди всех остальных объектов. Тег объекта понадобится для получения и установки его свойств и программирования событий, возникающих при обращении пользователя к элементу управления, например, при нажатии на кнопку.

Для задания  тега следует перейти к инспектору свойств. Проще всего это сделать  двойным щелчком мыши по добавленной  кнопке.

Обработка событий  производится с помощью функций  Callback. И создание обработчиков событий заключается в программировании Callback-функций в специальном m-файле.

В результате создания интерфейса получим два  файла: fig-файл с «фигурой» самого интерфейса и m-файл, который создается  самим Matlab и содержит программный код всех элементов интерфейса.

Главное преимущество guide - легко сделать простой GUI, т.к. весь код для интерфейса генерируется самим Matlab.

 

3. Описание программного интерфейса с копиями экранов

Интерфейс программы  выполнен в виде единого окна с  доступом ко всем необходимым функциям, определенными заданием домашнего задания через кнопки, и главное меню программы.

Рисунок 2 – Снимок главного окна программы

 Ввод данных от пользователя осуществляется с помощью кнопок Построить, Очистить, Сгенерировать, Сумма диагонали, Увеличить на 10, Simulink, Разработчик.

1. При нажатии на кнопку Построить происходит построение графика двух переменных.

Рисунок 3 – Результат  выполнения Задания 1

При нажатии кнопки Очистить происходит очистка осей.

Рисунок 4 – Результат  выполнения Задания 1

2. При нажатии на кнопку Simulink происходит открытие модели Simulink (Задание 3) и ее выполнение с выводом результата в рабочую область (Workspace) и компоненты модели (Scope).

Рисунок 5 – Результат выполнения задания 3

3. Кнопка Сгенерировать запускает файл-функцию для генерирования случайно матрицы 5x5 (результат выводится в компонент uitable1) и файл-функции для подсчета суммы диагонали (результат выводится в поле uicontrol (text2).

Рисунок 6 – Результат выполнения Задания 2

4. Кнопка Увеличить на 10 выполняет файл-функцию, которая считывает матрицу из компонента uitable1, прибавляет ко всем элементам матрицы число 10 и записывает результат в компонент uitable2.

Рисунок 7 – Результат выполнения Задания 2

5. При нажатии на кнопку Разработчик :

Рисунок 7 – Вывод информации о разработчике

4. Программная реализация

 

function varargout = menu(varargin)

% MENU M-file for menu.fig

%      MENU, by itself, creates a new MENU or raises the existing

%      singleton*.

%

%      H = MENU returns the handle to a new MENU or the handle to

%      the existing singleton*.

%

%      MENU('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local

%      function named CALLBACK in MENU.M with the given input arguments.

%

%      MENU('Property','Value',...) creates a new MENU or raises the

%      existing singleton*.  Starting from the left, property value pairs are

%      applied to the GUI before menu_OpeningFcn gets called.  An

%      unrecognized property name or invalid value makes property application

%      stop.  All inputs are passed to menu_OpeningFcn via varargin.

%

%      *See GUI Options on GUIDE's Tools menu.  Choose "GUI allows only one

%      instance to run (singleton)".

%

% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES

 

% Edit the above text to modify the response to help menu

 

% Last Modified by GUIDE v2.5 27-Dec-2013 00:04:55

 

% Begin initialization code - DO NOT EDIT

gui_Singleton = 1;

gui_State = struct('gui_Name',       mfilename, ...

                   'gui_Singleton',  gui_Singleton, ...

                   'gui_OpeningFcn', @menu_OpeningFcn, ...

                   'gui_OutputFcn',  @menu_OutputFcn, ...

                   'gui_LayoutFcn',  [] , ...

                   'gui_Callback',   []);

if nargin && ischar(varargin{1})

    gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});

end

 

if nargout

    [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

else

    gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

end

% End initialization code - DO NOT EDIT

 

 

% --- Executes just before menu is made visible.

function menu_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)

% This function has no output args, see OutputFcn.

% hObject    handle to figure

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)

% varargin   command line arguments to menu (see VARARGIN)

 

% Choose default command line output for menu

handles.output = hObject;

 

% Update handles structure

guidata(hObject, handles);

 

% UIWAIT makes menu wait for user response (see UIRESUME)

% uiwait(handles.figure1);

 

 

% --- Outputs from this function are returned to the command line.

function varargout = menu_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)

% varargout  cell array for returning output args (see VARARGOUT);

% hObject    handle to figure

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)

 

% Get default command line output from handles structure

varargout{1} = handles.output;

 

 

% --- Executes on button press in pushbutton1.

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)

[x,y]=meshgrid(-1:0.1:1,0:0.1:1)

z=sin(x.*pi).*(cos(y.*pi)).*(1-x)

surf(x,y,z), xlabel ('ось x'), ylabel ('ось y'), zlabel ('ось z'), title ('График функции');

 

 

% --- Executes on button press in pushbutton3.

function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)

A=MatrixCreate();

set(handles.uitable1,'data',A)

% --- function A = MatrixCreate

A=randi([-5 5],5,5);

End.

 

 

% --- Executes on button press in pushbutton4.

function pushbutton4_Callback(hObject, eventdata, handles)

A=get(handles.uitable1,'data');

B=DiagSum(A);

set(handles.edit1,'String',B)

% --- function B = DiagSum(A)

B=sum(diag(A));

End.

 

 

% --- Executes on button press in pushbutton5.

function pushbutton5_Callback(hObject, eventdata, handles)

A=get(handles.uitable1,'data');

A=Summa(A);

set(handles.uitable2,'data',A)

% --- function A = Summa(A)

A = A+10

End.

 

% --- Executes on button press in pushbutton6.

function pushbutton6_Callback(hObject, eventdata, handles)

simu

% --- открывает нашу модель  в Simulink

 

% --- Executes on button press in pushbutton7.

function pushbutton7_Callback(hObject, eventdata, handles)

msgbox({'Разработчик';'студентка 3 курса';'ФМРМ гр. РЦ-12';'Мухамбеткалиева Эльмира';'2013' })

 

 

% --- Executes on button press in pushbutton8.

function pushbutton8_Callback(hObject, eventdata, handles)

cla

 

 

function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject    handle to edit1 (see GCBO)

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)

 

% Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit1 as text

%        str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit1 as a double

 

 

% --- Executes during object creation, after setting all properties.

function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

% hObject    handle to edit1 (see GCBO)

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    empty - handles not created until after all CreateFcns called

 

% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.

%       See ISPC and COMPUTER.

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

    set(hObject,'BackgroundColor','white');

end

 

 

% --- Executes when entered data in editable cell(s) in uitable2.

function uitable2_CellEditCallback(hObject, eventdata, handles)

% hObject    handle to uitable2 (see GCBO)

% eventdata  structure with the following fields (see UITABLE)

%   Indices: row and column indices of the cell(s) edited

%   PreviousData: previous data for the cell(s) edited

%   EditData: string(s) entered by the user

%   NewData: EditData or its converted form set on the Data property. Empty if Data was not changed

%   Error: error string when failed to convert EditData to appropriate value for Data

% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)

5. Результаты  расчетов

На устройство сравнения в модели поступают  два сигнала. Сравнивающее устройство на выходе выдает ответ «0» или  «1» в зависимости от уровня сигналов. Для того, чтобы использовать ответ сравнивающего устройства в блоке пользовательской функции необходимо выполнить преобразование типов данных из Boolean (на выходе схемы сравнения) в float на выходе пользовательской функции, для чего в схему добавлен конвертер.

Рисунок 15 –  Выход устройства сравнения

Рисунок 16 –  Выход модели (выход пользовательской функции)

6. Вывод

В процессе выполнения расчетно графического задания, я ознакомилась с визуальной средой guide, научилась строить двумерные графики и выводить их на экран приложения, а также обрабатывать матрицы нужным образом и отображать их с помощью uitable. Подробно ознакомилась со средой приложения Simulink и блоками, входящими в нее, научилась строить динамические модели.