MATLAB界面设计报告-优秀篇

基于MATLAB的单色光的干涉和衍射实验

GUI

设

计

报

告

目录

一、概述 (3)

二、前期准备 (3)

2.1干涉原理及程序 (3)

2.2衍射原理及程序 (4)

三、设计阶段 (5)

3.1进入模块设计 (5)

3.2实验界面设计 (5)

3.3计算模块设计 (8)

3.4绘图模块设计 (8)

3.5清除模块设计 (8)

3.6提示模块设计 (8)

四、软件使用方法 (9)

五、感想 (15)

六、参考文献 (15)

一、概述

MATLAB是目前世界上最流行的、应用最广泛的工程计算和仿真软件，它将计算、可视化和编程等功能同时集于一个易于开发的环境。MATLAB主要应用于数学计算、系统建模与仿真、数学分析与可视化、科学与工程绘图和用户界面设计等。

其中，用户界面设计中，GUI开发环境是MATLAB7.3为设计图形用户界面提供了一个集成与开发环境，且广泛用于实验模拟软件开发中。

此次我所设计的是一个较简洁、清晰的关于单色光干涉与衍射实验的软件。其能完成特定条件下干涉条纹间距和衍射半角的计算，以及干涉条纹和衍射条纹的绘制。

二、前期准备

2.1干涉原理及程序

干涉原理图

程序如下：

ym=5*flag_lambda*flag_D/flag_a/1000000;

xs=ym;

n=101;

ys=linspace(-ym,ym,n);

for i=1:n

r1=sqrt((ys(i)-(flag_a/1000)/2).^2+(flag_D)^2);

r2=sqrt((ys(i)+(flag_a/1000)/2).^2+(flag_D)^2);

phi=2*pi*(r2-r1)/(flag_lambda/1000000000);

B(i,:)=4*cos(phi/2).^2;

end

N=255;

Br=(B/4.0)*N;

image(xs,ys,Br);

title('干涉条纹')

colormap(gray(N));

2.2衍射原理及程序

衍射原理图

程序如下：

ymax=3*flag_lambda*flag_D/flag_a/1000000;

Ny=51;

ys=linspace(-ymax,ymax,Ny);

NP=51;

yP=linspace(0,flag_a/1000,NP);

for i=1:Ny

SinPhi=ys(i)/(flag_D);

alpha=2*pi*yP*SinPhi/(flag_lambda/1000000000); SumCos=sum(cos(alpha));

SumSin=sum(sin(alpha));

B(i,:)=(SumCos^2+SumSin^2)/NP^2;

end

N=255;

Br=B/max(B)*N;

image(ymax,ys,Br);

title('衍射条纹');

colormap(gray(N));

三、设计阶段

3.1进入模块设计

进入实验界面模块是用来与使用软件者交互的界面。其中包含一些诸如软件功能、实验设计者等基本信息。点击“开始实验”进入实验。

3.1.1主要知识点

1）音频的读取：

y=wavread('yinyue.wav'); % 读入声音文件

sound(y) % 由声卡播放声音

2）图片的读取：

imshow('shanda.bmp')

3）与下一个模块的连接：

% --- Executes on button press in pushbutton1.

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

clear all

close

Shiyan

3.1.2遇到的问题及解决方法

图片的格式可为：.bmp、.gif、.jpg、.png、.hdf、.pcx、.xwd、.ico、.cur。而音频的格式只能为：.au和.wav。在调用音频时要注意音频不宜过大，当时我调用了一个10M的音频，matlab运行不起来了。所以，可以将喜爱的音频截取一小段。

如何关掉音乐：在点击“开始实验”时，希望音乐也随之关掉，通过老师的讲解，我知道了在“close”语句之前，加上“clear all”就可将所有程序关掉。

如何与下一个GUI界面链接。只需在“开始实验”之后加上下一个GUI界面的名字即可，这是从网上搜的。在我们遇到不懂的问题，看书是一方面，问同学，上网查资料也是很好的选择。我觉得只要在最快的时间内解决问题，并能学会这种方法就是最好的结果。

3.2实验界面设计

此界面由“实验类型选择”、“参数输入”、“实验原理图”、“绘图区”、“计算结果”、“操作按钮”六大板块组成。界面简洁而清晰。打底色

选择的较浅的颜色，这样重点突出，且不会很乱。提示文本加粗以及操作按钮明显、这样利于操作者操作。

1）实验类型选择：此处用了一个下拉菜单（Pop-Up Menu）。程序如下

global leixing

leixing=get(handles.popupmenu1,'value');

switch leixing

case 1 %干涉实验

axes(handles.axes1)

imshow('ganshetu.png')

axis fill

axis off

case 2 %衍射实验

axes(handles.axes1)

imshow('yanshetu.png')

axis fill

axis off

otherwise

axes(handles.axes1)

imshow('ganshetu.png')

axis fill

axis off

此处定义了一个全局变量“leixing”，一边后边好调用。

参数输入：为了使GUI界面更有组织和层次，在控件多时方便布局调整，用来将相关的控件组织在一个区域里，设置了一个面板Panel（后面的“实验原理图”、“绘图区”、“计算结果”、“操作按钮”均设有此面板）。此处，对波长lambda进行了范围定义。因为从实际角度来讲，如果波长超出了可见光范围，我们是不会观察到干涉条纹和衍射条纹的，所以有必要对其范围进行定义（后面“提示模块设计”会有详细说明）。而“缝间距或缝宽”、“光源与屏间距”值取的不恰当，顶多图形绘制不是很清晰，故无需对其范围进行限制，只是推荐了几个范围。

实验原理图：此处与“请输入实验类型”处相配合，利用“实验类型选择”处的函数，实现对实验原理图的调用。这些原理图可以用CAD绘制。为了突出效果，使线条清晰，推荐使用黑色底版，这样线条会更亮。如果用白色底版，当图形较小时会看不清，影响效果。

2）绘图区：同样与其它模块相配合，程序如下：

global leixing

leixing=get(handles.popupmenu1,'value');

switch leixing

case 1

axes(handles.axes2)

ym=5*flag_lambda*flag_D/flag_a/1000000;

xs=ym;

n=101;

ys=linspace(-ym,ym,n);

for i=1:n

r1=sqrt((ys(i)-(flag_a/1000)/2).^2+(flag_D)^2);

r2=sqrt((ys(i)+(flag_a/1000)/2).^2+(flag_D)^2);

phi=2*pi*(r2-r1)/(flag_lambda/1000000000);

B(i,:)=4*cos(phi/2).^2;

end

N=255;

Br=(B/4.0)*N;

image(xs,ys,Br);

title('干涉条纹')

colormap(gray(N));

otherwise

axes(handles.axes2)

ymax=3*flag_lambda*flag_D/flag_a/1000000;

Ny=51;

ys=linspace(-ymax,ymax,Ny);

NP=51;

yP=linspace(0,flag_a/1000,NP);

for i=1:Ny

SinPhi=ys(i)/(flag_D);

alpha=2*pi*yP*SinPhi/(flag_lambda/1000000000);

SumCos=sum(cos(alpha));

SumSin=sum(sin(alpha));

B(i,:)=(SumCos^2+SumSin^2)/NP^2;

end

N=255;

Br=B/max(B)*N;

image(ymax,ys,Br);

title('衍射条纹');

colormap(gray(N));

end

先在绘图区拖进一个axis，调整其位置和大小。当编写程序时，只需调用axes(handles.axesXX)

axis fill

axis off

就可以完成绘图区的选择、使绘图充满设计的axis，以及不显示axis的命令。

当然，我们可以在一开始的时候就可设置

set(handles.axesXX,'visible','off')

使坐标图不显示。

5）计算结果：与绘图区的命令类似，在不同的情况下，不同的区域输出不同结果，程序如下：

global leixing

leixing=get(handles.popupmenu1,'value');

switch leixing

case 1

jianju=flag_lambda*flag_D/flag_a/1000000;

set(handles.edit6,'string',num2str(jianju));

otherwise

jiaokuan=flag_lambda/flag_a*1000;

set(handles.edit8,'string',num2str(jiaokuan));

end

3.3计算模块设计

计算模块工作过程大致为，先声明相应的全局变量，然后从实验类型中进行选择，调用参数，进行计算。

3.4绘图模块设计

与计算模块类似。

3.5绘图模块设计

此模块是很有必要的。因为当我们做完一个实验后（比如干涉实验），其数据和图形会对后面的实验产生影响。所以，在做下一次实验时，需要清除上次实验。程序如下：

set(handles.edit4,'string','0');

set(handles.edit5,'string','0');

set(handles.edit6,'string','0');

set(handles.edit8,'string','0');

plot(handles.axes1,0.0);

plot(handles.axes2,0.0);

set(handles.axes1,'visible','off')

set(handles.axes2,'visible','off')

退出按钮：其设计和fengmian界面中的“开始实验”按钮类似，只是没有链接其它界面而已。

3.6提示模块设计

出错信息：

if flag_lambda>760||flag_lambda<390

message='输入数值超出范围，请重新输入';

icon='error';

msgbox(message,'出错',icon);

return

退出提示信息：

question='确定退出？';

title='退出';

button=questdlg(question,title,'Yes','No','Yes');

if strcmp(button,'Yes')

clear

clc

close

end

当我们想将一个绘制的图形绘到相应的axis中时，一般我们只需执行下边命令即可：

plot（handles.axesXX，……）

但我所用的是二维绘图命令image程序总是报错，遇到此问题，就如我上面提到的先把图像范围定义了：axes（handles.axesXX）。

当我们遇到总是觉得程序是对的，但怎么也运行不成功时，不妨关掉所有程序，重新打开。因为有的时候程序运行不成功可能是系统不稳定的问题，也可能是程序打开的太多，相互之间干扰。我当时调试程序时调到晚上两点多都没成功，结果第二天从新打开时竟意外地成功了。

四、软件使用方法

流程图：

1）封面：

2）

3）

4）

5）

6）

7）

8）

9）

10）

11）

12）

13）

14）

15）

16）

17）

2）点击“开始实验”，进入实验界面

3）选择实验类型及输入参数：

4）单击“计算”按钮：

5）单击“绘图”按钮：

6）输入参数超出范围时（提示出错）：

7）单击“清除”按钮：

8）单击“退出”按钮及提示信息：

五、感想

Matlab功能真的很强大，而且感觉学得越多，不懂的越多。暑期还有五一假期，我们小组参加数学建模大赛就用到了matlab，当时只是对matlab解决数学问题有所了解，而学了这门课后，发现matlab在解决实际问题的能力是远远超乎我的想象的。说它是工具，一点不假，而且掌握这一门工具对于我们未来搞研究或者工作都很有用处。

因为之前搞了一个小组项目，李老师说我们每人再做一个小作业就行了。然后我回去就设计了一个简单的GUI界面。但是，虽说感觉界面比较简单，但是调试起来也不是很轻松的。记得当时最痛苦的是有天晚上，一直调试到晚上2点多，程序没错，就是不行，所以导致那天晚上也没睡好觉。第二天一大早起来，又开始调试，可是还没调，竟意外地成功了，欣喜若狂。

这次作业做得有点简单，但快考试了，也没有精力再重新做一个更好的了。

但我觉得做大作业只是一方面，更重要的是我们遇到问题独立解决问题的能力，我觉得这一点我做到了。而且，在以后的工作学习中，也少不了会用到它。所以，总体来说——受益匪浅。

六、参考文献

【1】MATLAB教程及实训/曹弋主编。——北京：机械工业出版社，2008.4 【2】MATLAB应用实例精讲/陈超主编。电子工业出版社，2011.2