技术文章
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使用 Matlab 进行测量
Matlab 于 1984 年由美国私营公司 Mathworks 发布，该公司的另一款主要产品是与之密切相关的 Simulink。此外，Mathworks 还提供近 100 种其他程序，例如 Polyspace、SimEvents 和 Stateflow。
Matlab 主要专注于数值计算，包括矩阵和算法运算、数据和函数绘图以及用户界面创建。它能够与外部编程语言交互，例如 C、C++、C#、Java、Fortran 和 Python。
Matlab 取得巨大成功并长期受到研究人员、工程师和高级学生的广泛使用，其中一个因素是其全面且设计精良的文档。Mathworks 在其网站上免费提供各种教程和培训课程。
最好的入门课程是Matlab 的 Onramp，这是一门免费的两小时在线概览课程，向新用户介绍 Matlab 语言并展示一些真实示例。课程从基本的 Matlab 命令开始，然后展示如何导入和显示数据，并介绍将这些知识付诸实践的典型项目。课程结束时，一个面向用户的项目涉及分析恒星发出的光，以查看它是向地球移动还是远离地球。
课程的大部分内容与 Matlab 的网络版本交互，与桌面版本不同，尽管桌面版本外观不同，但本质上是用相同的 Matlab 语言编写的。课程分为几个简单的单元，以构建用户的知识库。在查看介绍性材料后，用户通过在 Matlab 提示符 (>>) 后将命令输入命令窗口并按 Enter/Return 来执行命令。星号 (*) 表示标量乘法。
Matlab 专注于深度学习、计算机视觉、信号处理、量化金融和风险管理、机器人技术和控制系统。深度学习涉及训练网络。该领域的一个关键组成部分是图像识别。其他领域包括语音识别和文本分析。Matlab 的深度学习与 Caffee 和 Tensor Flow-Keras 等行业范围内的产品互动。
训练模型的关键是要有大型数据库。例如，在查看图像时，首要任务是从背景中分离出感兴趣的对象。
Matlab 可以运行整个视频并分离出一组像素或图片区域。然后，可以训练网络以根据具体情况保留和关联这些信息。此外，Matlab 允许用户监控网络训练的进度，以查看它是否朝着正确的方向快速发展。
语音识别和文本分析是网络训练的重要组成部分。为此，深度学习与 Python、Java、.net、C 和 C++ 交互。Matlab 中的计算机视觉要求开发算法来处理不断出现的各种情况。Matlab 及其相关程序 Simulink 首先从成像硬件获取必要的图形和视频。然后，可以通过这些程序中提供的图形工具将视频和图像用于可视化和操作。此外，还有标准算法库，使用户能够在嵌入式硬件中实现设计。
利用 Matlab 和 Simulink 信号处理资源，可以获取、测量和分析来自各种来源的信号。这些工具允许用户首先预处理和过滤信号，然后分析它们以用于数据分析和机器学习。最终目标是分析趋势并感知连接仪器输出的信号模式。
Matlab 和 Simulink 也可能在机器人技术中发挥核心作用，其功能可以独立于硬件细节连接到外部机器人操作系统。该功能可与 Arduino 和 Raspberry Pi 等知名设备以及具有遗留代码的旧机器人配合使用。
在其功能中，Matlab 可以访问 DAQ 硬件子系统，例如模拟输入和输出、数字 I/O 和计数器/计时器。
Matlab 可帮助工程师在开发的各个阶段设计和部署控制系统，例如工厂建模和自动代码生成。这些工具非常灵活，能够解决广泛的控制问题。Matlab 中的 Arduino 支持就是一个例子。使用 Arduino 硬件的 Matlab 包，Matlab 可以与开发板进行交互式通信，然后开发板可以执行各种功能，包括获取模拟和数字信号、使用数字和脉冲宽度调制信号控制其他硬件、驱动直流、步进和伺服电机；通过 I 2 C 和 SPIB 或 Wi-Fi 访问外围设备和传感器以与 Arduino 开发板通信；以及构建与硬件和软件库的接口。
Matlab 是一种高级解释型语言。用户无需编译即可无延迟地访问 I/O 指令。它具有多种数学、工程和绘图功能，因此可以及时分析和显示来自 Arduino 的数据。
Matlab 的仪器控制工具箱有助于控制和通信测试和测量仪器，例如示波器、电源、信号分析仪、函数发生器和分析仪器。首先需要 VISA 仪器驱动程序（例如 IVI 和 VXI 即插即用），或者通过 GPIB、TCP/IP 和 UDP 等通信协议使用基于文本的 SCPI 命令。另一种方法是无需借助代码即可控制和获取测试仪器的数据。
Matlab 的仪器控制工具箱可生成可发送到仪器的数据，也可以将数据导入 Matlab，然后进行分析和显示。可以实现测试自动化、验证硬件设计并构建测试系统，并结合 LXI、PXI 和 AXle 标准。
其他计算机可以通过 TCP/IP、UDP、I 2 C、SPI、Modbus 和蓝牙串行协议远程连接到 Matlab。在所有情况下，Mathworks 仪器控制工具箱都需要预先安装 Matlab。Matlab 仪器控制工具箱可以从示波器获取和控制数据，以简化数据分析并创建自动化测试。制作图形界面也很容易。
参照示波器的操作和编程手册，可以使用 GPIB、串行、TCP/IP、UDP 和 VISA 接口获取和控制数据。Matlab 的仪器控制工具箱通过 Matlab 仪器驱动程序、IVI 和 VXIplug&play 提供连接。本机 Matlab 仪器驱动程序不需要安装其他驱动程序。它们适用于 Windows、Linux 或 Mac 操作系统。
购买示波器时，通常会附带 IVI 仪器驱动程序，或者可在制造商的网站上获取。同样，VXIplug&play 也经常随仪器一起提供或可在线获取。
要了解如何连接运行 Matlab 程序的示波器，首先在示波器中显示波形，例如以 X 轴和 Y 轴为中心的 5 V 峰峰值方波。要将波形信息导入 Matlab，请安装从 Tektronix 或 National Instruments 网站获取的 VISA 驱动程序。示波器与计算机硬件的连接可以通过 USB、RS-232、GPIB 或以太网进行。
在计算机中，从 Matlab 程序访问包含在仪器控制工具箱中的测试和测量工具。展开硬件部分以显示接口选项。选择用于将示波器连接到计算机的接口，在此示例中为 USB。
仪器控制工具箱允许用户搜索可用的硬件、配置仪器设置、从仪器读取数据并将会话日志保存为 M 文件。要导航该工具，请单击“帮助”选项卡，它将指导您完成连接到仪器的过程。帮助部分更新了与所选选项相关的具体步骤。
在所选驱动程序下的“仪器功能”中，选择“读取波形”。对于“波形对象”，选择“波形 1”。对于“输入参数”，输入“通道 1”。对于“输出参数”，输入“X,Y”。然后显示“帮助”（如果需要），并执行。
响应窗口显示该功能已成功完成。在下面，单击导出。数据导出器窗口允许用户选择目标，例如 MATLAB 工作区。在命令窗口中，输入 plot (X, Y)。5-V 峰峰值方波现在显示在 Matlab 中并显示在计算机中。
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