一、MATLAB GUI简介

1 什么是GUI？

图形用户界面（Graphical User Interface，简称GUI）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面，在MATLAB中，GUI是通过各种控件（如按钮、文本框、坐标轴等）来实现用户与程序之间的交互，通过GUI，用户可以不用了解背后的复杂代码逻辑，仅通过点击按钮、填写表单等方式即可完成操作。

2 MATLAB中的GUI开发工具

MATLAB提供了两种主要的GUI开发工具：GUIDE（GUI Development Environment）和App Designer。

GUIDE：这是较早的一款MATLAB提供的GUI设计工具，基于向导的方式可以快速创建GUI界面，适合初学者使用，但在一些复杂布局和高级功能上有所不足。

App Designer：这是较新的一款工具，从MATLAB R2016a版本开始引入，App Designer具有更多的自定义选项和布局功能，支持响应式设计，能够自动调整界面以适应不同大小的窗口。

3 GUI与传统命令行界面的区别

相较于传统的命令行界面，GUI提供了更为直观的操作方式，用户可以通过图标、菜单等图形方式进行操作，无需记住具体的命令和参数，GUI也能实时反馈操作结果，提升用户体验。

二、MATLAB GUI的基本组件

1 按钮（Push Button）

按钮是GUI中最常用的控件之一，用于触发特定的操作，点击一个按钮可以执行某段特定的代码。

2 文本框（Edit Text）

文本框允许用户输入文本信息，这些文本可以被程序读取和使用，用户可以在一个文本框中输入他们的名字，程序会将这个名字存储在一个变量中。

2.3 静态文本（Static Text）

静态文本用于显示固定的文本信息，不能被编辑，常用于显示标签、提示信息等。

4 坐标区（Axes）

坐标区用于显示图形、图表等内容，它是实现数据可视化的重要组件。

2.5 下拉列表（Pop-up Menu）

下拉列表提供一个可选的选项集合，用户只能选择其中的一项或几项，它适用于选项较少且固定的场景。

6 列表框（Listbox）

列表框显示一个字符串列表，用户可以从中选择一个或多个选项，与下拉列表不同的是，列表框会同时显示多个选项。

2.7 复选框（Check Box）和单选按钮（Radio Button）

复选框用于表示二元状态（如选中和未选中），允许多选；单选按钮通常用于选项互斥的场景，即一次只能选择一个选项。

2.8 滑动条（Slider）和表格（Table）

滑动条用于在一个范围内选择一个数值，表格则用于显示和编辑矩阵数据。

三、创建简单的GUI界面

1 使用GUIDE创建GUI

使用GUIDE创建一个简单GUI的步骤如下：

1、打开GUIDE：在MATLAB命令窗口输入guide命令，选择“Blank GUI (default)”。

2、添加控件：在左侧控件面板中选择需要的控件，用鼠标拖拽到右侧的界面布局区。

3、设置属性：双击控件打开属性检查器，可以设置控件的各种属性，如名称、字体大小、颜色等。

4、编写回调函数：右键点击控件，选择“View Callbacks > callback”，为控件编写回调函数，回调函数是控件响应用户操作时执行的代码。

3.2 使用App Designer创建GUI

使用App Designer创建GUI的步骤如下：

1、打开App Designer：在MATLAB命令窗口输入appdesigner命令，选择新建一个App。

2、设计界面：在设计视图中添加所需的控件并调整布局。

3、编写代码：在代码视图中为控件编写回调函数和其他代码。

四、MATLAB GUI编程基础

1 handles结构体

handles结构体是GUIDE和App Designer中用于存储GUI组件句柄的变量，句柄是一个标识GUI组件的唯一标识符，通过句柄可以访问组件的属性和方法。

% 获取当前GUI的句柄
hFig = findobj('Tag', 'YourFigureTag');
% 访问某个控件的句柄
editFieldHandle = get(hFig, 'EditField1');

2 回调函数

回调函数是当用户操作某个控件时调用的函数，MATLAB为每个控件提供了默认的回调函数，用户可以根据需要修改它们。

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)
    % Hints: get(hObject,'String') returns the text displayed on the pushbutton
    %         set(hObject,'String','new text') sets the text on the pushbutton

3 数据传递与管理

在MATLAB GUI中，不同控件之间经常需要传递数据，这可以通过handles结构体或者guidata函数来实现。

% 使用handles结构体传递数据
handles.myVariable = someValue; % 存储数据
anotherValue = handles.myVariable; % 读取数据
% 使用guidata函数传递数据
set(hObject, 'UserData', someValue); % 存储数据
someValue = get(hObject, 'UserData'); % 读取数据

4 动态更新GUI组件

有时候需要根据用户的输入或其他事件动态更新GUI组件，这可以通过在回调函数中修改组件的属性来实现。

function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)
    % 根据编辑框的内容更新标签
    str = get(hObject, 'String');
    set(handles.label1, 'String', str);
end

五、实战案例：信号与系统实验平台搭建

1 需求分析与界面设计

假设我们需要搭建一个简单的信号与系统实验平台，该平台需要具备以下功能：

- 生成不同类型的信号（如正弦波、方波等）。

- 对信号进行处理（如滤波、傅里叶变换等）。

- 显示原始信号和处理后的信号。

根据需求分析，我们可以设计如下界面布局：

- 两个坐标区：一个用于显示原始信号，另一个用于显示处理后的信号。

- 几个按钮：分别用于生成信号、处理信号和清除图形。

- 一个下拉列表：用于选择信号类型。

- 一个滑动条：用于调整信号频率。

- 两个静态文本：用于显示坐标区的名称。

2 界面搭建步骤详解

5.2.1 创建主界面与组件布局

我们使用App Designer创建一个新的App，并在设计视图中添加所需的控件，具体步骤如下：

1、添加坐标区：从库浏览器中拖动两个Axes到设计区，分别用于显示原始信号和处理后的信号，设置它们的Tag属性为'originalSignalAxes'和'processedSignalAxes'。

2、添加按钮：添加三个按钮，设置它们的Tag属性为'generateSignalBut'、'processSignalBut'和'clearFigureBut'，Text属性分别为'生成信号'、'处理信号'和'清除图形'。

3、添加下拉列表：添加一个Drop Down控件，设置其Tag属性为'signalTypeDropDown'，并添加几种信号类型作为选项。

4、添加滑动条：添加一个Slider控件，设置其Tag属性为'frequencySlider'，用于调整信号频率。

5、添加静态文本：添加两个Label控件，设置它们的Tag属性为'originalSignalLabel'和'processedSignalLabel'，Text属性分别为'原始信号'和'处理后的信号'。

5.2.2 编写回调函数实现功能逻辑

为各个控件编写回调函数，实现相应的功能逻辑，以下是各回调函数的示例代码：

1、生成信号按钮回调函数：

function generateSignalBut_Callback(app, event)
    % 获取滑动条和下拉列表的值
    freq = app.FrequencySlider.Value