医学数字信号处理实验教程-基于MATLAB - 讲义 - 第3章 - 打包解包小工具设计实验

1第3章：打包解包小工具设计实验卓越工程师培养系列2目录《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义1.实验内容2.实验原理3.实验步骤4.本章任务5.本章习题31.实验内容

学习PCT通信协议，以及MATLAB中的部分控件，如触控按钮（PushButton）、静态文本（StaticText）、可编辑文本（EditText）和面板（Panel）。然后，设计一个打包解包小工具，可以根据用户输入的模块ID、二级ID以及6字节数据，通过“打包”按钮实现打包操作，并将打包结果显示到打包结果显示区，同时，还可以根据用户输入的10字节待解包数据，通过“解包”按钮实现解包操作，并将解包结果显示到解包结果显示区。《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义42.实验原理2.1PCT通信协议2.2控件及其属性2.3本章使用到的控件2.4控件的回调函数《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义52.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

主机与从机之间的打包解包通信过程如图3‑2所示。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义62.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（1）PCT通信协议格式 PCT通信协议规定：

①数据包由1字节模块ID+1字节数据头+1字节二级ID+6字节数据+1字节校验和构成，共计10个字节。

②数据包中有6个数据，每个数据为1字节。

③模块ID的最高位bit7固定为0。

④模块ID的取值范围为0x00～0x7F，最多128种类型。

⑤数据头的最高位bit7固定为1，数据头的低7位按照从最低位到最高位顺序，依次存放二级ID的最高位bit7、数据1的最高位bit7、数据2的最高位bit7、数据3的最高位bit7、数据4的最高位bit7、数据5的最高位bit7和数据6的最高位bit7。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义72.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（1）PCT通信协议格式

⑥二级ID、数据1、数据2、…、数据6的最高位bit7存放于数据头。校验和的低7位为模块ID+数据头+二级ID+数据1+数据2+…+数据6求和的结果（取低7位）。

⑦二级ID、数据1、数据2、…、数据6和校验和的最高位bit7固定为1。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义82.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（2）PCT通信协议打包过程 PCT通信协议的打包过程分为4步。第1步，准备原始数据，原始数据由模块ID（0x00～0x7F）、二级ID、数据1、数据2、…、数据6组成，如图3‑4所示。其中，模块ID的取值范围为0x00～0x7F，二级ID和数据的取值范围为0x00～0xFF。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义92.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（2）PCT通信协议打包过程

第2步，依次取出二级ID、数据1、数据2、…、数据6的最高位bit7，将其存放于数据头的低7位，按照从最低位到最高位的顺序依次存放二级ID、数据1、数据2、…、数据6的最高位bit7，如图3‑5所示。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义102.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（2）PCT通信协议打包过程

第3步，对模块ID、数据头、二级ID、数据1、数据2、…、数据6的低7位求和，取求和结果的低7位，将其存放于校验和的低7位，如图3‑6所示。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义112.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（2）PCT通信协议打包过程

第4步，将数据头、二级ID、数据1、数据2、…、数据6和校验和的最高位置1，如图3‑7所示。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义122.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（3）PCT通信协议解包过程

PCT通信协议的解包过程也分为4步。第1步，准备解包前的数据包，原始数据包由模块ID、数据头、二级ID、数据1、数据2、…、数据6组成，如图3‑8所示。其中，模块ID的最高位为0，其余字节的最高位均为1。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义132.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（3）PCT通信协议解包过程

第2步，对模块ID、数据头、二级ID、数据1、数据2、…、数据6的最低7位求和，如图3‑9所示，取求和结果的低7位与数据包的校验和低7位对比，如果两个值的结果相等，则说明校验正确。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义142.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（3）PCT通信协议解包过程

第3步，数据头的最低位bit0与二级ID的低7位拼接之后作为最终的二级ID，数据头的bit1与数据1的低7位拼接之后作为最终的数据1，数据头的bit2与数据2的低7位拼接之后作为最终的数据2，以此类推，如图3‑10所示。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义152.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（3）PCT通信协议解包过程

第4步，图3‑11所示即为解包之后的结果，由模块ID、二级ID、数据1、数据2、…、数据6组成。其中，模块ID的取值范围为0x00～0x7F，二级ID和数据的取值范围为0x00～0xFF。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义162.1PCT通信协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（4）PCT通信协议实现

PCT通信协议既可以使用面向过程语言（如C语言）实现，也可以使用面向对象语言（如C++或C#语言）实现，还可以用硬件描述语言（VerilogHDL或VHDL）实现。当然，也可以使用类似于MATLAB的脚本语言，本章将PackUnpack模块分为Pack和Unpack两个模块，具体实现可以参见3.3.6节。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义172.2控件及其属性《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

MATLABGUI是由各种图形对象组成的用户界面，在这种用户界面下，用户的命令和对程序的控制是通过“选择”各种图形对象来实现的。基本图形对象分为控件对象和用户界面菜单对象，简称控件和菜单。MATLAB中常用的控件如书中的表3‑1所示。

每一个控件都不可能完全符合界面设计的要求，因此，用户需要对其属性进行设置，以获得所需的界面显示效果，比如，调整触控按钮的字体和尺寸。如何设置控件的属性？在GUI设计界面的工具栏中，单击属性检查器图标

，在弹出的属性检查器中就可以设置控件的各属性值。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义182.3本章使用到的控件《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

打包解包小工具主要使用到四种控件，分别是触控按钮（PushButton）、可编辑文本（EditText）、静态文本（StaticText）和面板（Panel）。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义192.4控件的回调函数《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

用户对控件进行操作（如鼠标单击、双击、移动，键盘输入等）的时候，控件对该操作进行响应，所指定执行的函数，就是该控件的回调函数，也称Callback函数。该函数不会主动执行，只在用户对控件执行特定操作的时候执行。GUI的设计有两种方法：（1）使用函数编写GUI；（2）使用Guide工具箱创建GUI。在本书中，主要使用Guide工具箱创建GUI，即在命令行通过输入guide命令，调出GUI设计界面，然后进行GUI设计。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义203.实验步骤3.1步骤1：MATLAB软件标准化设置3.2步骤2∶新建存放所有工程的文件夹3.3步骤3∶新建打包解包小工具工程文件夹3.4步骤4：打开GUI界面3.5步骤5：打包解包小工具GUI界面设计3.6步骤6：打包解包小工具程序设计3.7步骤7∶验证打包解包小工具《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义214.本章任务

本章的打包解包小工具功能有限，比如，“输入裸数据区”文本框输入的数据必须是6个字节，否则，单击“打包”按钮，会出错，这种情况同样存在于“输入待解包数据”文本框、“模块ID”文本框和“二级ID”文本框。尝试解决这些问题，当这些文本框的输入不是要求的字节数或为空时，弹出提示窗，允许用户重新输入。《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义225.本章习题 1.根据PCT通信协议，模块ID最多有多少种？二级ID最多有多少种？ 2.根据PCT通信协议，为什么打包之后的数据包中的二级ID最高位为1？ 3.本实验中的，如何通过属性检查器将“解包”按钮的字体设置为大小10？ 4.本实验中的，“打包”按钮的回调函数pushbutton_pack_Callback有三个参数，第一