LabVIEW虚拟仪器设计

本书是清华大学电机系公共课配套用书，教育部-美国国家仪器公司产学合作协同育人重点支持项目。配套完整程序代码及教学课件，是LabVIEW高效学习必备工具书。

　　《LabVIEW虚拟仪器设计/计算机科学与技术丛书》以LabVIEW2019为基础，讲述LabVIEW图形化编程语言的原理，以及如何利用LabVIEW完成虚拟仪器设计。
　　《LabVIEW虚拟仪器设计/计算机科学与技术丛书》共15章，包括基础知识部分（第1-13章）和实际应用部分（第14和15章）。第1章，综述虚拟仪器技术的构建思想和方法论。第2-7章，讲述LabVIEW图形化编程语言的基本原理以及编程方法，内容包括LabVIEW入门、基本数据类型、程序结构、复合数据类型、文件I/O、图形显示及其他技巧。第8-12章，阐述如何利用LabVIEW控制仪器硬件以实现对被测信号的数据采集，内容包括选择专用的数据采集卡进行数据采集；利用计算机自带的声卡实现数据采集；利用摄像头完成图像采集；仪器控制和控制单片机。第13章，讲述用LabVIEW实现仪器应用的若干算法和信号分析处理的相关知识。第14和15章，介绍利用LabVIEW完成有实际应用背景的两个虚拟仪器项目，分别是用LabVIEW构建函数发生器和频率计。
　　《LabVIEW虚拟仪器设计/计算机科学与技术丛书》可作为大专院校“虚拟仪器技术”及相关课程的教材或教学参考书，也可供从事计算机化测量仪器及系统构建工作的工程技术人员使用。

　　郝丽，清华大学高级工程师，从事虚拟仪器教学10余年。在国内核心期刊上发表实验教学研究论文11篇。曾获得清华大学教学成果一等奖、清华大学实验技术成果二等奖和清华大学优秀教学软件二等奖。
　　
　　赵伟，清华大学教授、博士生导师，主要从事现代电磁测量技术及仪器方向的教学和科研工作；发表研究成果论文近300篇，其中有关虚拟仪器教学研究的成果论文10多篇。曾出版教材《电磁测量》《电工理论基础（第4版）》（翻译图书）、学术专著《电子式电能表及其在现代用电管理中的应用》《漏磁成像理论与方法》及辞书《新编电气工程师实用手册》《现代电气工程师实用手册》《电气工程大典》（参编第1卷中的第4篇）等。

第1章有用又有趣的虚拟仪器技术

1.1虚拟仪器技术的起源与发展

1.2什么是虚拟仪器

1.3虚拟仪器的构成

1.4虚拟仪器的种类

1.5虚拟仪器对测量观念及技术的影响

1.6虚拟仪器技术在各行业的应用情况

1.7掌握虚拟仪器技术需具备的条件和相关知识

本章习题

参考文献

第2章LabVIEW入门

2.1LabVIEW简介

2.2操作选板

2.3调试工具

2.4数据流的编程机制

2.5LabVIEW的初步操作

2.5.1创建第一个VI

2.5.2建立并调用子VI

2.5.3生成应用程序

2.5.4程序调试技术

2.6常用技巧

2.7本章小结

本章习题

参考文献

第3章基本数据类型

3.1数值

3.1.1数值控件

3.1.2数值的数据类型

3.1.3数值函数

3.2字符串

3.2.1字符串控件

3.2.2字符串的显示方式

3.2.3字符串函数

3.3布尔量

3.4枚举与下拉列表

3.5路径

3.6本章小结

本章习题

参考文献

第4章程序结构

4.1顺序结构

4.2条件结构

4.2.1条件选择器为布尔型

4.2.2条件选择器为非布尔型

4.2.3输入和输出隧道

4.2.4选择函数

4.3循环结构

4.3.1While循环

4.3.2For循环

4.3.3循环结构内外的数据交换

4.3.4自动索引

4.3.5移位寄存器

4.3.6反馈节点

4.3.7综合示例及补充

4.4事件结构

4.4.1事件的分类

4.4.2循环事件结构

4.4.3事件注册模式

4.4.4用户事件

4.4.5使用建议及问题汇总

4.5局部变量

4.6全局变量

4.7单进程共享变量

4.8属性节点

4.9公式节点

4.10MathScript节点

4.11MATLAB脚本节点

4.12本章小结

本章习题

参考文献

第5章复合数据类型

5.1数组

5.1.1数组的创建

5.1.2数组的索引

5.1.3数组函数

5.1.4利用循环结构创建数组

5.1.5函数的多态化功能

5.2簇

5.2.1簇的创建

5.2.2簇的顺序

5.2.3簇函数

5.2.4错误簇

5.3波形

5.3.1什么是波形

5.3.2波形函数

5.4DDT

5.5变体

5.6本章小结

本章习题

参考文献

第6章文件I/O

6.1文件I/O的基本概念

6.2底层文件I/O函数

6.3高层文件I/O函数

6.4本章小结

本章习题

参考文献

第7章图形显示及其他技巧

7.1图形显示

7.1.1波形图

7.1.2XY图

7.1.3波形图表

7.1.4强度图

7.2其他技巧

7.3本章小结

本章习题

参考文献

第8章数据采集

8.1基础知识

8.1.1数据采集系统的构成

8.1.2数据采集卡

8.1.3测量系统的信号输入方式

8.2LabVIEW中数据采集的基本概念

8.2.1任务和虚拟通道

8.2.2基本环节

8.2.3两种途径

8.2.4两种途径的联系和比较

8.2.5定时

8.2.6任务状态转换

8.3数据采集卡的连接和测试

8.4模拟输入

8.4.1单点模入

8.4.2有限模入(N个样本)

8.4.3连续模入

8.5模拟输出

8.5.1单点模出

8.5.2有限模出(N个样本)

8.5.3连续模出

8.6数字输入/输出

8.6.1数字输入

8.6.2数字输出

8.7计数器

8.7.1计数器输入

8.7.2计数器输出

8.8本章小结

本章习题

参考文献

第9章利用声卡实现数据采集

9.1声卡简介

9.1.1工作原理

9.1.2硬件结构

9.1.3基本参数

9.1.4声卡测试

9.2LabVIEW环境下利用声卡实现数据采集

9.2.1基本步骤

9.2.2有关声卡的函数

9.3模拟输入

9.3.1有限模入（N个样本）

9.3.2连续模入

9.4模拟输出

9.4.1有限模出（N个样本）

9.4.2连续模出

9.5专用数据采集卡与声卡的比较

9.6本章小结

本章习题

参考文献

第10章利用摄像头实现图像采集

10.1基本原理

10.1.1图像采集的基本过程

10.1.2数字图像的表征

10.1.3图像采集参数

10.2LabVIEW中有关图像采集的基本概念

10.2.1利用摄像头实现图像采集的基本步骤

10.2.2图像采集相关函数

10.3利用MAX检测摄像头的功能

10.4图像采集的实现

10.4.1采集单幅图像

10.4.2采集N幅图像

10.4.3连续采集图像

10.5图像和视频的保存与读取

10.5.1图像和视频的保存

10.5.2图像和视频的读取

10.6本章小结

本章习题

参考文献

第11章仪器控制

11.1仪器控制的基本原理

11.1.1硬件通路

11.1.2通信协议

11.2LabVIEW中仪器控制的基本概念

11.2.1总体介绍

11.2.2基本步骤

11.2.3VISA函数

11.3利用MAX检测要通信的仪器

11.4仪器控制示例

11.4.1利用计算机控制串口仪器

11.4.2利用计算机控制USB口仪器

11.5本章小结

本章习题

参考文献

第12章利用LabVIEW控制单片机

12.1基本概念

12.1.1单片机及其开发板

12.1.2接口或引脚

12.1.3将单片机与计算机相连

12.1.4单片机开发板的使用步骤

12.2软件环境

12.2.1Arduino IDE

12.2.2LabVIEW中相关的函数

12.3示例

12.4本章小结

本章习题

参考文献

第13章算法及信号处理

13.1程序的灵魂——算法

13.1.1算法的效率

13.1.2LabVIEW中的算法函数

13.2信号处理

13.2.1仿真信号的生成

13.2.2波形测量

13.3本章小结

本章习题

参考文献

第14章实际应用1——函数发生器

14.1概述

14.2算法介绍

14.3程序说明

14.4函数发生器VI的功能测试

14.5本章小结

本章习题

参考文献

第15章实际应用2——频率计

15.1概述

15.2算法介绍

15.2.1时域方法

15.2.2频域方法

15.3程序说明

15.4算法测试和结果分析

15.4.1利用仿真信号进行分析

15.4.2对实采波形进行测量

15.5本章小结

本章习题

参考文献

附录ALabVIEW软件和驱动程序的安装说明

附录BDIGILENT chipKIT WF32驱动及LINX的安装步骤

附录C在LabVIEW中如何运行MakerHub

附录D示例索引

附录E常见问题索引

　　虚拟仪器技术自从诞生到现在，经历了30多年的发展，从最初的GPIB控制已发展成为工业上广泛使用的一项通用的技术构架，在众多的行业应用中得到了认可。目前在新技术革新趋势下，虚拟仪器涌现出非常多的应用领域，比如信息技术在工业制造上的引入、未来通信的革新、新能源、机器智能等，虚拟仪器的概念从单一的仪器概念扩展到一种通用的技术构架，已经演变成了一种图形化系统设计的理念。无论是SpaceX的航天飞船，还是基于SG的未来通信、自主汽车的驾驶等，虚拟仪器技术一直践行创立时的理念，那就是加速科学家和工程师的工程技术创新。
　　国内最早的虚拟仪器技术实验室和第一本教材就出现于本书作者所在单位，同时，这里也是虚拟仪器教学中非常具有引领作用的示范性基地。虚拟仪器是一门技术，学校的目的终归是培养人才，而且培养目标不单纯是培养一名学知识、掌握技术的学生，而是培养未来的工程人才，是可以成为未来产业的中流砥柱甚至引领未来产业发展的工程人才。在与本书作者的多年合作中，我们从产业需求出发，结合社会和工业界关注的一些复杂工程问题，让学生通过“虚拟仪器”这个课程和平台学会真正解决一些实际的问题。同时，通过这样的一个过程，去积极探索如何让学生不单单掌握一门工具，而是引导他们学会解决复杂工程问题的方法。
　　本书并没有完全局限于知识点的讲解，同时也介绍了虚拟仪器目前在各个行业的应用，并融合了很多工程应用以及基于项目的思想，而这些都来源于长期的教学实践，所以无论是对于知识的学习还是课程的设置，这本书都具有一定的参考价值。