技術(shù)文章
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使用 Matlab 進(jìn)行測量
Matlab 于 1984 年由美國私營公司 Mathworks 發(fā)布,，該公司的另一款主要產(chǎn)品是與之密切相關(guān)的 Simulink,。此外，Mathworks 還提供近 100 種其他程序，例如 Polyspace,、SimEvents 和 Stateflow,。
Matlab 主要專注于數(shù)值計(jì)算,，包括矩陣和算法運(yùn)算,、數(shù)據(jù)和函數(shù)繪圖以及用戶界面創(chuàng)建。它能夠與外部編程語言交互,，例如 C,、C++、C#,、Java,、Fortran 和 Python。
Matlab 取得巨大成功并長期受到研究人員,、工程師和高級學(xué)生的廣泛使用,，其中一個因素是其全面且設(shè)計(jì)精良的文檔。Mathworks 在其網(wǎng)站上免費(fèi)提供各種教程和培訓(xùn)課程,。
最好的入門課程是Matlab 的 Onramp,，這是一門免費(fèi)的兩小時在線概覽課程，向新用戶介紹 Matlab 語言并展示一些真實(shí)示例,。課程從基本的 Matlab 命令開始,，然后展示如何導(dǎo)入和顯示數(shù)據(jù)，并介紹將這些知識付諸實(shí)踐的典型項(xiàng)目,。課程結(jié)束時,，一個面向用戶的項(xiàng)目涉及分析恒星發(fā)出的光,，以查看它是向地球移動還是遠(yuǎn)離地球。
課程的大部分內(nèi)容與 Matlab 的網(wǎng)絡(luò)版本交互,，與桌面版本不同,，盡管桌面版本外觀不同，但本質(zhì)上是用相同的 Matlab 語言編寫的,。課程分為幾個簡單的單元,，以構(gòu)建用戶的知識庫,。在查看介紹性材料后,，用戶通過在 Matlab 提示符 (>>) 后將命令輸入命令窗口并按 Enter/Return 來執(zhí)行命令。星號 (*) 表示標(biāo)量乘法,。
Matlab 專注于深度學(xué)習(xí),、計(jì)算機(jī)視覺、信號處理,、量化金融和風(fēng)險(xiǎn)管理,、機(jī)器人技術(shù)和控制系統(tǒng)。深度學(xué)習(xí)涉及訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò),。該領(lǐng)域的一個關(guān)鍵組成部分是圖像識別,。其他領(lǐng)域包括語音識別和文本分析。Matlab 的深度學(xué)習(xí)與 Caffee 和 Tensor Flow-Keras 等行業(yè)范圍內(nèi)的產(chǎn)品互動,。
訓(xùn)練模型的關(guān)鍵是要有大型數(shù)據(jù)庫,。例如，在查看圖像時,，首要任務(wù)是從背景中分離出感興趣的對象,。
Matlab 可以運(yùn)行整個視頻并分離出一組像素或圖片區(qū)域。然后,，可以訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)以根據(jù)具體情況保留和關(guān)聯(lián)這些信息,。此外，Matlab 允許用戶監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的進(jìn)度,，以查看它是否朝著正確的方向快速發(fā)展,。
語音識別和文本分析是網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的重要組成部分。為此,，深度學(xué)習(xí)與 Python,、Java、.net,、C 和 C++ 交互,。Matlab 中的計(jì)算機(jī)視覺要求開發(fā)算法來處理不斷出現(xiàn)的各種情況。Matlab 及其相關(guān)程序 Simulink 首先從成像硬件獲取必要的圖形和視頻,。然后,，可以通過這些程序中提供的圖形工具將視頻和圖像用于可視化和操作,。此外，還有標(biāo)準(zhǔn)算法庫,，使用戶能夠在嵌入式硬件中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì),。
利用 Matlab 和 Simulink 信號處理資源，可以獲取,、測量和分析來自各種來源的信號,。這些工具允許用戶首先預(yù)處理和過濾信號，然后分析它們以用于數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí),。最終目標(biāo)是分析趨勢并感知連接儀器輸出的信號模式,。
Matlab 和 Simulink 也可能在機(jī)器人技術(shù)中發(fā)揮核心作用，其功能可以獨(dú)立于硬件細(xì)節(jié)連接到外部機(jī)器人操作系統(tǒng),。該功能可與 Arduino 和 Raspberry Pi 等知名設(shè)備以及具有遺留代碼的舊機(jī)器人配合使用,。
在其功能中，Matlab 可以訪問 DAQ 硬件子系統(tǒng),，例如模擬輸入和輸出,、數(shù)字 I/O 和計(jì)數(shù)器/計(jì)時器。
Matlab 可幫助工程師在開發(fā)的各個階段設(shè)計(jì)和部署控制系統(tǒng),，例如工廠建模和自動代碼生成,。這些工具非常靈活，能夠解決廣泛的控制問題,。Matlab 中的 Arduino 支持就是一個例子,。使用 Arduino 硬件的 Matlab 包，Matlab 可以與開發(fā)板進(jìn)行交互式通信,，然后開發(fā)板可以執(zhí)行各種功能,，包括獲取模擬和數(shù)字信號、使用數(shù)字和脈沖寬度調(diào)制信號控制其他硬件,、驅(qū)動直流,、步進(jìn)和伺服電機(jī)；通過 I 2 C 和 SPIB 或 Wi-Fi 訪問外圍設(shè)備和傳感器以與 Arduino 開發(fā)板通信,；以及構(gòu)建與硬件和軟件庫的接口,。
Matlab 是一種高級解釋型語言。用戶無需編譯即可無延遲地訪問 I/O 指令,。它具有多種數(shù)學(xué),、工程和繪圖功能，因此可以及時分析和顯示來自 Arduino 的數(shù)據(jù),。
Matlab 的儀器控制工具箱有助于控制和通信測試和測量儀器,，例如示波器、電源,、信號分析儀,、函數(shù)發(fā)生器和分析儀器,。首先需要 VISA 儀器驅(qū)動程序（例如 IVI 和 VXI 即插即用），或者通過 GPIB,、TCP/IP 和 UDP 等通信協(xié)議使用基于文本的 SCPI 命令,。另一種方法是無需借助代碼即可控制和獲取測試儀器的數(shù)據(jù)。
Matlab 的儀器控制工具箱可生成可發(fā)送到儀器的數(shù)據(jù),，也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入 Matlab,，然后進(jìn)行分析和顯示?？梢詫?shí)現(xiàn)測試自動化,、驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)并構(gòu)建測試系統(tǒng)，并結(jié)合 LXI,、PXI 和 AXle 標(biāo)準(zhǔn),。
其他計(jì)算機(jī)可以通過 TCP/IP,、UDP,、I 2 C、SPI,、Modbus 和藍(lán)牙串行協(xié)議遠(yuǎn)程連接到 Matlab,。在所有情況下，Mathworks 儀器控制工具箱都需要預(yù)先安裝 Matlab,。Matlab 儀器控制工具箱可以從示波器獲取和控制數(shù)據(jù),，以簡化數(shù)據(jù)分析并創(chuàng)建自動化測試。制作圖形界面也很容易,。
參照示波器的操作和編程手冊,，可以使用 GPIB、串行,、TCP/IP,、UDP 和 VISA 接口獲取和控制數(shù)據(jù)。Matlab 的儀器控制工具箱通過 Matlab 儀器驅(qū)動程序,、IVI 和 VXIplug&play 提供連接,。本機(jī) Matlab 儀器驅(qū)動程序不需要安裝其他驅(qū)動程序。它們適用于 Windows,、Linux 或 Mac 操作系統(tǒng),。
購買示波器時，通常會附帶 IVI 儀器驅(qū)動程序,，或者可在制造商的網(wǎng)站上獲取,。同樣，VXIplug&play 也經(jīng)常隨儀器一起提供或可在線獲取,。
要了解如何連接運(yùn)行 Matlab 程序的示波器,，首先在示波器中顯示波形,，例如以 X 軸和 Y 軸為中心的 5 V 峰峰值方波。要將波形信息導(dǎo)入 Matlab,，請安裝從 Tektronix 或 National Instruments 網(wǎng)站獲取的 VISA 驅(qū)動程序,。示波器與計(jì)算機(jī)硬件的連接可以通過 USB、RS-232,、GPIB 或以太網(wǎng)進(jìn)行,。
在計(jì)算機(jī)中，從 Matlab 程序訪問包含在儀器控制工具箱中的測試和測量工具,。展開硬件部分以顯示接口選項(xiàng),。選擇用于將示波器連接到計(jì)算機(jī)的接口，在此示例中為 USB,。
儀器控制工具箱允許用戶搜索可用的硬件,、配置儀器設(shè)置、從儀器讀取數(shù)據(jù)并將會話日志保存為 M 文件,。要導(dǎo)航該工具,，請單擊“幫助”選項(xiàng)卡，它將指導(dǎo)您完成連接到儀器的過程,。幫助部分更新了與所選選項(xiàng)相關(guān)的具體步驟,。
在所選驅(qū)動程序下的“儀器功能”中，選擇“讀取波形”,。對于“波形對象”,，選擇“波形 1”。對于“輸入?yún)?shù)”,，輸入“通道 1”,。對于“輸出參數(shù)”，輸入“X,Y”,。然后顯示“幫助”（如果需要）,，并執(zhí)行。
響應(yīng)窗口顯示該功能已成功完成,。在下面,，單擊導(dǎo)出。數(shù)據(jù)導(dǎo)出器窗口允許用戶選擇目標(biāo),，例如 MATLAB 工作區(qū),。在命令窗口中，輸入 plot (X, Y),。5-V 峰峰值方波現(xiàn)在顯示在 Matlab 中并顯示在計(jì)算機(jī)中,。
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