Создайте и интегрируйте функции спектрального анализа

Обзор

Этот пример иллюстрирует создание всестороннего Excel® дополнение, чтобы выполнить спектральный анализ. Это требует знания Visual Basic® формы и средства управления и события рабочей книги Excel. См. документацию VBA для полного обсуждения этих тем.

Вы создаете дополнение Excel, которое выполняет быстрое преобразование Фурье (FFT) на наборе входных данных, расположенном в обозначенной области значений рабочего листа. Функция возвращает результаты БПФ, массив точек частоты и спектральную плотность мощности входных данных. Это помещает эти результаты в области значений, на которые вы указываете в текущем рабочем листе. Можно также опционально построить спектральную плотность мощности.

Вы разрабатываете функцию так, чтобы можно было вызвать ее в меню Excel Tools и выбрать области значений ввода и вывода через пользовательский интерфейс.

Создать дополнение:

  1. Создайте дополнение Excel из MATLAB® код.

  2. Реализуйте необходимый код VBA, чтобы собрать вход и диспетчеризировать вызовы вашего компонента.

  3. Создайте пользовательский интерфейс.

  4. Сохраните законченное дополнение Excel и пакет все необходимые компоненты для развертывания приложения.

Прежде, чем создать дополнения Excel, необходимо установить поддерживаемый компилятор.

Создайте Excel Add-In

  1. Сохраните путь к xlspectral папка, которая поставляется с MATLAB.

    copyfile(fullfile(matlabroot,'toolbox','matlabxl','examples','xlspectral'))
  2. Исследуйте функции MATLAB computefft.m и plotfft.m.

     computefft.m

     plotfft.m

  3. Создайте Excel, добавляют - в с приложением Library Compiler или compiler.build.excelAddIn.

    Используйте следующую информацию для своего проекта:

    Название проектаFourier
    ClassName Fourier
    Файл, чтобы скомпилироватьplotfft.m

    Примечание

    В этом примере, приложение, которое использует fourier класс не вызывает computefft непосредственно. computefft метод требуется только plotfft метод. Таким образом вы не должны вручную добавлять computefft функционируйте к пакету, когда компилятор автоматически включает его во время анализа зависимостей.

    Например, если вы используете compiler.build.excelAddInВвод:

    buildResults = compiler.build.excelAddIn('plotfft.m',...
        'AddInName','Fourier',...
        'ClassName','Fourier',...
        'GenerateVisualBasicFile','on',...
        'Verbose','on');

    Ваш компонент имеет один класс с двумя методами:

    • computefft — Вычисляет БПФ и спектральную плотность мощности входных данных, и вычисляет вектор из точек частоты на основе длины вводимых данных и интервал выборки.

    • plotfft — Выполняет те же операции как computefft, и также строит входные данные и спектральную плотность мощности в графическом окне MATLAB.

Реализуйте код VBA

Создав ваш компонент, реализуйте необходимый код VBA, чтобы интегрировать его в Excel.

Примечание

Поставленное дополнение Excel Fourier.xla в xlspectral папка уже содержит код VBA. Чтобы использовать поставленный файл, откройте его в Excel, добавьте ссылки на Фурье 1.0 Библиотеки типов и MWComUtil X.X Библиотека типов в Excel Visual Basic Editor, и сохраняет дополнение. Можно затем пропустить, чтобы Протестировать Дополнение.

  1. Start Excel.

  2. Откройте свое сгенерированное дополнение Excel.

  3. От вкладки Developer нажмите Visual Basic или нажмите ALT +F11, чтобы открыть Visual Basic Editor. В более старых версиях Excel это может быть расположено под Tools> Macro> Visual Basic Editor.

  4. В Visual Basic Editor выберите Tools> References, чтобы открыть диалоговое окно Project References.

  5. Выберите Фурье 1.0 записи Библиотеки типов, которые соответствуют вашему сгенерированному дополнению Excel и MWComUtil X.X Библиотека типов, которая соответствует вашей версии MATLAB или MATLAB Runtime. Нажмите OK.

Создайте основной модуль кода VB

Дополнение требует, чтобы переменные кода инициализации и глобальные переменные содержали состояние приложения между вызовами функции. Реализуйте модуль Visual Basic кода, чтобы управлять этими задачами.

  1. Если уже нет подарка модуля под Модулями, щелкните правой кнопкой по элементу VBAProject по окну проекта и выберите Insert> Module.

    Новый модуль появляется под Модулями в Проекте VBA.

  2. В странице свойств модуля измените Name свойство от Module1 к FourierMain. Вы, возможно, должны показать окно свойств путем нажатия F4.

  3. Введите следующий код в FourierMain модуль и закрывает окно кода.

    '
    ' FourierMain - Main module stores global state of controls
    ' and provides initialization code
    '
    Public theFourier As Fourier.Fourier 'Global instance of Fourier object
    Public theFFTData As MWComplex   'Global instance of MWComplex to accept FFT
    Public InputData As Range        'Input data range
    Public Interval As Double        'Sampling interval
    Public Frequency As Range        'Output frequency data range
    Public PowerSpect As Range       'Output power spectral density range
    Public bPlot As Boolean          'Holds the state of plot flag
    Public theUtil As MWUtil         'Global instance of MWUtil object
    Public bInitialized As Boolean   'Module-is-initialized flag
    
    Private Sub LoadFourier()
    'Initializes globals and Loads the Spectral Analysis form
        Dim MainForm As frmFourier
        On Error GoTo Handle_Error
        Call InitApp
        Set MainForm = New frmFourier
        Call MainForm.Show
        Exit Sub
    Handle_Error:
        MsgBox (Err.Description)
    End Sub
    
    Private Sub InitApp()
    'Initializes classes and libraries. Executes once
    'for a given session of Excel
        If bInitialized Then Exit Sub
        On Error GoTo Handle_Error
        If theUtil Is Nothing Then
            Set theUtil = New MWUtil
            Call theUtil.MWInitApplication(Application)
        End If
        If theFourier Is Nothing Then
            Set theFourier = New Fourier.Fourier
        End If
        If theFFTData Is Nothing Then
            Set theFFTData = New MWComplex
        End If
        bInitialized = True
        Exit Sub
    Handle_Error:
        MsgBox (Err.Description)
    End Sub

Создайте форму Visual Basic

Разработайте пользовательский интерфейс для своего дополнения с помощью Visual Basic Editor.

  1. Щелкните правой кнопкой по VBAProject по окну проекта VBA и выберите Insert и затем UserForm.

    Новая форма появляется под Forms в окне проекта VBA.

  2. В странице свойств формы, набор Name свойство к frmFourier и Caption свойство к Spectral Analysis.

  3. Добавьте следующие средства управления в незаполненный бланк:

    Средства управления для спектрального анализа

    Управляйте типомИмя элемента управленияСвойстваЦель

    CheckBox

    chkPlot

    Заголовок = Plot time domain signal and power spectral density

    Постройте входные данные и спектральную плотность мощности.

    CommandButton

    btnOK

    Заголовок = OK

    Значение по умолчанию = верный

    Выполните функцию и отклоните диалоговое окно.

    CommandButton

    btnCancel

    Заголовок = Cancel

    Отмените = верный

    Отклоните диалоговое окно, не выполняя функцию.

    Frame

    Frame1

    Заголовок = Input Data

    Группа все элементы управления вводом.

    Frame

    Frame2

    Заголовок = Output Data

    Группа все элементы управления выводом.

    Label

    Label1

    Заголовок = Input Data:

    Маркируйте RefEdit для входных данных.

    RefEdit

    refedtInput

     

    Выберите область значений для входных данных.

    Label

    Label2

    Заголовок = Sampling Interval:

    Маркируйте TextBox для интервала выборки.

    TextBoxedtSample Выберите интервал выборки.

    Label

    Label3

    Заголовок = Frequency:

    Маркируйте RefEdit для частотного вывода.

    RefEdit

    refedtFreq

     

    Выберите выходную область значений для точек частоты.

    Label

    Label4

    Заголовок = FFT - Real Part:

    Маркируйте RefEdit для действительной части БПФ.

    RefEdit

    refedtReal

     

    Выберите выходную область значений для действительной части БПФ входных данных.

    Label

    Label5

    Заголовок = FFT - Imaginary Part:

    Маркируйте RefEdit для мнимой части БПФ.

    RefEdit

    refedtImag

     

    Выберите выходную область значений для мнимой части БПФ входных данных.

    Label

    Label6

    Заголовок = Power Spectral Density

    Маркируйте RefEdit для спектральной плотности мощности.

    RefEdit

    refedtPowSpect

     

    Выберите выходную область значений для спектральной плотности мощности входных данных.

    Ваша форма должна выглядеть похожей на следующее изображение. Текст в полях для вашей ссылки только.

    Spectral Analysis form

  4. Когда форма и средства управления будут завершены, щелкните правой кнопкой по форме и выберите View code.

    Введите следующий код в окне формы кода. Если вы использовали различные имена для каких-либо из средств управления или какой-либо глобальной переменной, измените этот код, чтобы отразить те различия.

'
'frmFourier Event handlers
'
Private Sub UserForm_Activate()
'UserForm Activate event handler. This function gets called before
'showing the form, and initializes all controls with values stored
'in global variables.
    On Error GoTo Handle_Error
    If theFourier Is Nothing Or theFFTData Is Nothing Then Exit Sub
    'Initialize controls with current state
    If Not InputData Is Nothing Then
        refedtInput.Text = InputData.Address
    End If
    edtSample.Text = Format(Interval)
    If Not Frequency Is Nothing Then
        refedtFreq.Text = Frequency.Address
    End If
    If Not IsEmpty (theFFTData.Real) Then
    If IsObject(theFFTData.Real) And TypeOf theFFTData.Real Is Range Then
            refedtReal.Text = theFFTData.Real.Address
        End If
    End If
    If Not IsEmpty (theFFTData.Imag) Then
    If IsObject(theFFTData.Imag) And TypeOf theFFTData.Imag Is Range Then
            refedtImag.Text = theFFTData.Imag.Address
        End If
    End If
    If Not PowerSpect Is Nothing Then
        refedtPowSpect.Text = PowerSpect.Address
    End If
    chkPlot.Value = bPlot
    Exit Sub
Handle_Error:
    MsgBox (Err.Description)
End Sub

Private Sub btnCancel_Click()
'Cancel button click event handler. Exits form without computing fft
'or updating variables.
    Unload Me
End Sub
Private Sub btnOK_Click()
'OK button click event handler. Updates state of all variables from controls
'and executes the computefft or plotfft method.
    Dim R As Range
    
    If theFourier Is Nothing Or theFFTData Is Nothing Then GoTo Exit_Form
    On Error Resume Next
    'Process inputs
    Set R = Range(refedtInput.Text)
    If Err <> 0 Then
        MsgBox ("Invalid range entered for Input Data")
        Exit Sub
    End If
    Set InputData = R
    Interval = CDbl(edtSample.Text)
    If Err <> 0 Or Interval <= 0 Then
        MsgBox ("Sampling interval must be greater than zero")
        Exit Sub
    End If
    'Process Outputs
    Set R = Range(refedtFreq.Text)
    If Err = 0 Then
        Set Frequency = R
    End If
    Set R = Range(refedtReal.Text)
    If Err = 0 Then
        theFFTData.Real = R
    End If
    Set R = Range(refedtImag.Text)
    If Err = 0 Then
        theFFTData.Imag = R
    End If
    Set R = Range(refedtPowSpect.Text)
    If Err = 0 Then
        Set PowerSpect = R
    End If
    bPlot = chkPlot.Value
    'Compute the fft and optionally plot power spectral density
    If bPlot Then
        Call theFourier.plotfft(3, theFFTData, Frequency, PowerSpect, _ 
     InputData, Interval)
    Else
        Call theFourier.computefft(3, theFFTData, Frequency, PowerSpect, _ 
     InputData, Interval)
    End If
    GoTo Exit_Form
Handle_Error:
    MsgBox (Err.Description)
Exit_Form:
    Unload Me
End Sub

Добавьте обработчики событий в рабочую книгу

  1. Щелкните правой кнопкой по элементу ThisWorkbook по окну проекта VBA и выберите код View.

  2. Поместите следующий код в ThisWorkbook.

    Private Sub Workbook_AddinInstall()
    'Called when Addin is installed
        Call AddFourierMenuItem
    End Sub
    
    Private Sub Workbook_AddinUninstall()
    'Called when Addin is uninstalled
        Call RemoveFourierMenuItem
    End Sub
    
    Private Sub AddFourierMenuItem()
        Dim ToolsMenu As CommandBarPopup
        Dim NewMenuItem As CommandBarButton
        
        'Remove if already exists
        Call RemoveFourierMenuItem
        'Find Tools menu
        Set ToolsMenu = Application.CommandBars(1).FindControl(ID:=30007)
        If ToolsMenu Is Nothing Then Exit Sub
        'Add Spectral Analysis menu item
        Set NewMenuItem = ToolsMenu.Controls.Add(Type:=msoControlButton)
        NewMenuItem.Caption = "Spectral Analysis..."
        NewMenuItem.OnAction = "LoadFourier"
    End Sub
    
    Private Sub RemoveFourierMenuItem() 
    Dim CmdBar As CommandBar 
    Dim Ctrl As CommandBarControl 
    On Error Resume Next 
    'Find tools menu and remove Spectral Analysis menu item 
    Set CmdBar = Application.CommandBars(1) 
    Set Ctrl = CmdBar.FindControl(ID:=30007) 
    Call Ctrl.Controls("Spectral Analysis...").Delete 
    End Sub

    Код добавляет обработчики событий для событий AddinInstall рабочей книги и AddinUninstall та установка и пункты меню удаления. Пункт меню вызывает LoadFourier функция в FourierMain модуль.

  3. Когда вы будете закончены, кликните по значку сохранения или нажмите CTRL + S, чтобы сохранить дополнение.

Протестируйте дополнение

Прежде, чем распределить дополнение, протестируйте его с демонстрационной проблемой. Спектральный анализ обычно используется, чтобы найти частотные составляющие сигнала проложенными под землей в шумном сигнале области времени. Создайте представление данных сигнала, содержащего два отличных компонента, и добавьте в него случайный компонент. Эти данные, наряду с выходом, хранятся в столбцах рабочего листа Excel, и вы строите сигнал временной области наряду со спектральной плотностью мощности.

Создайте тестовую задачу

  1. Запустите новый сеанс Excel с пустой рабочей книгой.

  2. От вкладки Developer выберите Excel Add-Ins.

  3. В диалоговом окне Add-Ins нажмите Browse.

  4. Просмотрите к Fourier.xla и нажмите ОК.

    Дополнение Спектрального анализа появляется в доступном списке Дополнений с установленным флажком.

  5. Нажмите ОК, чтобы загрузить дополнение.

Это дополнение устанавливает пункт меню в соответствии с Дополнительным меню Excel.

Создайте данные

Прежде, чем вызвать дополнение, создайте тестовые данные, который содержит сигнал с компонентами на уровне 15 Гц и 40 Гц. Произведите сигнал в течение 10 секунд на частоте дискретизации 0,01 с. Поместите моменты времени в столбец A и точки сигнала в столбец B.

  1. Введите 0 в ячейку A1 в текущем рабочем листе.

  2. Нажмите F5 или CTRL +G, чтобы запустить диалоговое окно Go To. Добавьте ссылочный A2:A1001 и нажмите OK, чтобы выбрать ячейки.

  3. Введите формулу = A1 + 0.01, затем нажмите CTRL +Enter, чтобы применить формулу к выбранным ячейкам.

    Эта процедура заполняет область значений A1:A1001 интервалом 0–10 постепенно увеличенных 0,01.

  4. Повторите процедуру Go To, чтобы ввести следующую формулу в каждую ячейку в области значений B1:B1001:

    = SIN(2*PI()*15*A1) + SIN(2*PI()*40*A1) + RAND()

RunTest

Используя столбец данных (столбец B), протестируйте дополнение.

  1. Чтобы отобразить Спектральный анализ пользовательский интерфейс, выберите Add-ins> Spectral Analysis.

  2. Кликните по полю Input Data.

  3. Выберите B1:B1001 лежите в диапазоне от рабочего листа или введите эту область значений в поле Input Data.

  4. В поле Sampling Interval введите 0.01.

  5. Выберите сигнал области времени Plot и спектральную плотность мощности.

  6. Введите C1:C1001 для частотного вывода, и аналогично вводят D1:D1001, E1:E1001, и F1:F1001 для действительной части БПФ, мнимой части БПФ и спектральной плотности.

  7. Нажмите ОК, чтобы запустить анализ.

Следующий рисунок показывает пример выхода.

Спектральная плотность мощности показывает два сигнала на уровне 15 Гц и 40 Гц.