前 言

第 1 章 虛擬儀器及 LabVIEW 概述 1

1.1 虛擬儀器概述  1

1.1.1 虛擬儀器概念 1

1.1.2 虛擬儀器組成 1

1.1.3 虛擬儀器開發環境 2

1.2 LabVIEW 基礎 3

1.2.1 LabVIEW 的安裝 3

1.2.2 啟動 LabVIEW  10

1.2.3 LabVIEW 程序的基本構成11

1.2.4 LabVIEW 選項板 13

1.2.5 LabVIEW 菜單欄及工具條 17

1.2.6 LabVIEW 幫助 18

1.2.7 LabVIEW 虛擬儀器設計流程 20

思考題 21

第 2 章 數據類型 22

2.1 數值型 22

2.1.1 前面板控件 22

2.1.2 數值常用函數 23

2.2 布爾型 23

2.2.1 前面板控件 23

2.2.2 布爾常用函數 24

2.3 字符串 25

2.3.1 前面板控件 25

2.3.2 字符串常用函數 25

2.4 數組 26

2.4.1 前面板控件 26

2.4.2 數組常用函數 27

2.5 簇 28

2.5.1 前面板控件 29

2.5.2 簇常用函數 29

2.6 波形 29

2.6.1 波形數據  30

2.6.2 波形常用函數 30

VI 虛擬儀器技術應用教程

思考題 31

第 3 章 程序結構 32

3.1 順序結構 32

3.1.1 平鋪式順序結構 32

3.1.2 層疊式順序結構 33

3.2 分支結構 35

3.2.1 雙分支結構 35

3.2.2 多分支結構 36

3.3 循環結構 37

3.3.1 While 循環結構 37

3.3.2 For 循環結構 38

3.3.3 移位寄存器與反饋節點 39

3.4 事件結構 41

3.4.1 通知型事件結構 42

3.4.2 過濾型事件結構 44

思考題 45

第 4 章 圖形顯示 46

4.1 波形圖表 46

4.1.1 波形圖表的初始創建外觀  46

4.1.2 波形圖表個性化設置 46

4.2 波形圖 47

4.2.1 波形圖的初始創建外觀 48

4.2.2 波形圖個性化設置 48

4.3 XY 圖和 Express XY 圖 50

4.3.1 XY 圖  51

4.3.2 Express XY 圖  51

4.4 強度圖和強度圖表 52

4.4.1 強度圖  52

4.4.2 強度圖表  53

4.5 三維圖形 54

4.5.1 三維曲面圖形 55

4.5.2 三維參數圖形 55

4.5.3 三維線條圖形 55

思考題 56

第 5 章 文件的輸入/輸出  57

5.1 文本文件 57

5.1.1 文本文件的寫入 57

5.1.2 文本文件的讀取 57

5.2 二進制文件 58

目 錄 VII

5.2.1 二進制文件的寫入 58

5.2.2 二進制文件的讀取 59

5.3 電子表格文件  59

5.3.1 電子表格文件的寫入 59

5.3.2 電子表格文件的讀取 60

5.4 數據記錄文件  60

5.4.1 數據記錄文件的寫入 60

5.4.2 數據記錄文件的讀取 61

5.5 波形文件 62

5.5.1 波形文件的寫入 62

5.5.2 波形文件的讀取 62

思考題 63

第 6 章 變量與節點  64

6.1 變量 64

6.1.1 局部變量  64

6.1.2 全局變量  66

6.2 公式節點 67

6.2.1 公式節點的創建 67

6.2.2 公式節點實例 68

6.3 屬性節點 68

6.3.1 屬性節點的創建 68

6.3.2 常用屬性運用 69

6.4 子 VI  71

6.4.1 子 VI 的創建  71

6.4.2 子 VI 的調用  74

6.5 菜單設計 75

6.5.1 菜單欄菜單設計 75

6.5.2 快捷菜單設計 78

思考題 80

第 7 章 信號分析與處理  81

7.1 波形和信號生成  81

7.1.1 波形生成  81

7.1.2 信號生成  84

7.2 波形調理 86

7.2.1 數字濾波  86

7.2.2 加窗 87

7.3 波形測量 88

7.3.1 時域測量  88

7.3.2 頻域測量  89

VIII 虛擬儀器技術應用教程

7.4 信號運算 90

7.4.1 卷積 90

7.4.2 相關 91

7.4.3 縮放 91

7.5 窗 91

7.5.1 時域縮放窗 92

7.5.2 對稱窗  92

7.5.3 窗屬性  93

7.5.4 Hanning 窗 93

7.6 濾波器 93

7.6.1 Butterworth 濾波器 93

7.6.2 Chebyshev 濾波器 94

7.6.3 貝塞爾濾波器 95

7.7 譜分析 96

7.7.1 STFT 時頻圖  96

7.7.2 幅度譜和相位譜分析 96

7.7.3 功率譜分析 97

7.8 變換 97

7.8.1 FFT 變換  98

7.8.2 快速希爾伯特變換 98

思考題 98

第 8 章 數據通信 99

8.1 串行通信技術  99

8.1.1 串行通信  99

8.1.2 LabVIEW 串口編程  99

8.2 DataSocket 技術 103

8.2.1 DataSocket 技術簡介 103

8.2.2 DataSocket 技術編程 104

8.3 TCP 通信 109

8.3.1 TCP 通信簡介  110

8.3.2 TCP 通信編程  110

思考題 116

第 9 章 虛擬儀器數據采集繫統 117

9.1 虛擬儀器數據采集繫統組成 117

9.1.1 數據采集（DAQ）繫統組成 117

9.1.2 數據采集繫統配置 117

9.2 數據采集（DAQ）設備 118

9.2.1 信號調理電路 118

9.2.2 模-數轉換器（ADC）  119

目 錄 IX

9.2.3 計算機總線 119

9.3 DAQ 繫統中的軟件組件  119

9.3.1 驅動軟件  119

9.3.2 應用軟件  119

9.4 使用 LabVIEW 采集模擬信號  119

9.4.1 連接測量硬件 119

9.4.2 創建仿真設備 120

9.4.3 使用 DAQ 助手采集信號 120

9.4.4 使用 NI-DAQmx 采集信號 124

第 10 章 虛擬儀器常用硬件設備 125

10.1 NI ELVIS II+創新實驗平臺 125

10.1.1 性能簡介  125

10.1.2 平臺測試  127

10.1.3 創建任務  127

10.2 NI ELVIS III 創新實驗平臺 127

10.2.1 性能簡介  127

10.2.2 平臺測試  129

10.2.3 創建任務  129

10.3 NI myDAQ 教學平臺 131

10.3.1 性能簡介  131

10.3.2 平臺測試  132

10.3.3 創建任務  132

10.4 NI USB-5133 數字示波器 132

10.4.1 性能簡介  132

10.4.2 平臺測試  133

10.5 NI VB-8012 多功能一體式儀器  133

10.5.1 性能簡介  133

10.5.2 平臺測試  134

10.6 YLCK-03 實驗平臺  134

10.6.1 性能簡介  134

10.6.2 平臺測試  135

第 11 章 基於 LabVIEW 的測控繫統設計案例 138

11.1 基於 LabVIEW 的地下蒸汽管道洩漏檢測繫統 138

11.1.1 項目簡介 138

11.1.2 繫統工作原理 138

11.1.3 繫統硬件設計 139

11.1.4 繫統軟件設計 139

11.1.5 繫統測試與分析 142

11.2 基於 LabVIEW 的電動機性能綜合測試平臺  143

X 虛擬儀器技術應用教程

11.2.1 項目簡介 143

11.2.2 繫統方案設計 143

11.2.3 繫統軟件設計 144

11.2.4 數據處理算法研究 147

11.2.5 繫統運行測試 147

11.3 基於 LabVIEW 和 HD Audio 聲卡的電動車報警器測試儀 148

11.3.1 項目簡介 148

11.3.2 繫統設計 148

11.3.3 虛擬儀器設計 149

11.4 基於 LabVIEW 和 USB 接口的數據采集器 151

11.4.1 項目簡介 151

11.4.2 繫統方案設計 151

11.4.3 繫統硬件設計 152

11.4.4 繫統軟件設計 154

11.5 基於 LabVIEW 的火災報警模擬演示繫統  156

11.5.1 項目簡介 156

11.5.2 繫統功能模塊設計 156

11.5.3 運行與測試 161

11.6 基於 LabVIEW 的酒店客控虛擬仿真實驗繫統 161

11.6.1 項目簡介 161

11.6.2 繫統總體方案設計 162

11.6.3 繫統終端設計 162

11.6.4 繫統功能模塊設計 163

11.6.5 繫統軟件設計 165

11.6.6 溫濕度模糊控制器設計  172

11.6.7 繫統仿真與測試 174

11.7 基於 GPRS 和 OneNET 的水質無線遠程監測預警繫統  177

11.7.1 項目簡介 177

11.7.2 繫統總體方案設計 177

11.7.3 數據處理算法研究 178

11.7.4 繫統硬件設計 180

11.7.5 繫統軟件設計 184

11.8 基於 LabVIEW 和 ARM 技術的氯氣洩漏遠程監測繫統 190

11.8.1 項目簡介 190

11.8.2 繫統總體方案設計 191

11.8.3 繫統硬件設計 192

11.8.4 繫統軟件設計 196

參考文獻  20

VI 虛擬儀器技術應用教程

思考題 31

第 3 章 程序結構 32

3.1 順序結構 32

3.1.1 平鋪式順序結構 32

3.1.2 層疊式順序結構 33

3.2 分支結構 35

3.2.1 雙分支結構 35

3.2.2 多分支結構 36

3.3 循環結構 37

3.3.1 While 循環結構 37

3.3.2 For 循環結構 38

3.3.3 移位寄存器與反饋節點 39

3.4 事件結構 41

3.4.1 通知型事件結構 42

3.4.2 過濾型事件結構 44

思考題 45

第 4 章 圖形顯示 46

4.1 波形圖表 46

4.1.1 波形圖表的初始創建外觀  46

4.1.2 波形圖表個性化設置 46

4.2 波形圖 47

4.2.1 波形圖的初始創建外觀 48

4.2.2 波形圖個性化設置 48

4.3 XY 圖和 Express XY 圖 50

4.3.1 XY 圖  51

4.3.2 Express XY 圖  51

4.4 強度圖和強度圖表 52

4.4.1 強度圖  52

4.4.2 強度圖表  53

4.5 三維圖形 54

4.5.1 三維曲面圖形 55

4.5.2 三維參數圖形 55

4.5.3 三維線條圖形 55

思考題 56

第 5 章 文件的輸入/輸出  57

5.1 文本文件 57

5.1.1 文本文件的寫入 57

5.1.2 文本文件的讀取 57

5.2 二進制文件 58

目 錄 VII

5.2.1 二進制文件的寫入 58

5.2.2 二進制文件的讀取 59

5.3 電子表格文件  59

5.3.1 電子表格文件的寫入 59

5.3.2 電子表格文件的讀取 60

5.4 數據記錄文件  60

5.4.1 數據記錄文件的寫入 60

5.4.2 數據記錄文件的讀取 61

5.5 波形文件 62

5.5.1 波形文件的寫入 62

5.5.2 波形文件的讀取 62

思考題 63

第 6 章 變量與節點  64

6.1 變量 64

6.1.1 局部變量  64

6.1.2 全局變量  66

6.2 公式節點 67

6.2.1 公式節點的創建 67

6.2.2 公式節點實例 68

6.3 屬性節點 68

6.3.1 屬性節點的創建 68

6.3.2 常用屬性運用 69

6.4 子 VI  71

6.4.1 子 VI 的創建  71

6.4.2 子 VI 的調用  74

6.5 菜單設計 75

6.5.1 菜單欄菜單設計 75

6.5.2 快捷菜單設計 78

思考題 80

第 7 章 信號分析與處理  81

7.1 波形和信號生成  81

7.1.1 波形生成  81

7.1.2 信號生成  84

7.2 波形調理 86

7.2.1 數字濾波  86

7.2.2 加窗 87

7.3 波形測量 88

7.3.1 時域測量  88

7.3.2 頻域測量  89

VIII 虛擬儀器技術應用教程

7.4 信號運算 90

7.4.1 卷積 90

7.4.2 相關 91

7.4.3 縮放 91

7.5 窗 91

7.5.1 時域縮放窗 92

7.5.2 對稱窗  92

7.5.3 窗屬性  93

7.5.4 Hanning 窗 93

7.6 濾波器 93

7.6.1 Butterworth 濾波器 93

7.6.2 Chebyshev 濾波器 94

7.6.3 貝塞爾濾波器 95

7.7 譜分析 96

7.7.1 STFT 時頻圖  96

7.7.2 幅度譜和相位譜分析 96

7.7.3 功率譜分析 97

7.8 變換 97

7.8.1 FFT 變換  98

7.8.2 快速希爾伯特變換 98

思考題 98

第 8 章 數據通信 99

8.1 串行通信技術  99

8.1.1 串行通信  99

8.1.2 LabVIEW 串口編程  99

8.2 DataSocket 技術 103

8.2.1 DataSocket 技術簡介 103

8.2.2 DataSocket 技術編程 104

8.3 TCP 通信 109

8.3.1 TCP 通信簡介  110

8.3.2 TCP 通信編程  110

思考題 116

第 9 章 虛擬儀器數據采集繫統 117

9.1 虛擬儀器數據采集繫統組成 117

9.1.1 數據采集（DAQ）繫統組成 117

9.1.2 數據采集繫統配置 117

9.2 數據采集（DAQ）設備 118

9.2.1 信號調理電路 118

9.2.2 模-數轉換器（ADC）  119

目 錄 IX

9.2.3 計算機總線 119

9.3 DAQ 繫統中的軟件組件  119

9.3.1 驅動軟件  119

9.3.2 應用軟件  119

9.4 使用 LabVIEW 采集模擬信號  119

9.4.1 連接測量硬件 119

9.4.2 創建仿真設備 120

9.4.3 使用 DAQ 助手采集信號 120

9.4.4 使用 NI-DAQmx 采集信號 124

第 10 章 虛擬儀器常用硬件設備 125

10.1 NI ELVIS II+創新實驗平臺 125

10.1.1 性能簡介  125

10.1.2 平臺測試  127

10.1.3 創建任務  127

10.2 NI ELVIS III 創新實驗平臺 127

10.2.1 性能簡介  127

10.2.2 平臺測試  129

10.2.3 創建任務  129

10.3 NI myDAQ 教學平臺 131

10.3.1 性能簡介  131

10.3.2 平臺測試  132

10.3.3 創建任務  132

10.4 NI USB-5133 數字示波器 132

10.4.1 性能簡介  132

10.4.2 平臺測試  133

10.5 NI VB-8012 多功能一體式儀器  133

10.5.1 性能簡介  133

10.5.2 平臺測試  134

10.6 YLCK-03 實驗平臺  134

10.6.1 性能簡介  134

10.6.2 平臺測試  135

第 11 章 基於 LabVIEW 的測控繫統設計案例 138

11.1 基於 LabVIEW 的地下蒸汽管道洩漏檢測繫統 138

11.1.1 項目簡介 138

11.1.2 繫統工作原理 138

11.1.3 繫統硬件設計 139

11.1.4 繫統軟件設計 139

11.1.5 繫統測試與分析 142

11.2 基於 LabVIEW 的電動機性能綜合測試平臺  143

X 虛擬儀器技術應用教程

11.2.1 項目簡介 143

11.2.2 繫統方案設計 143

11.2.3 繫統軟件設計 144

11.2.4 數據處理算法研究 147

11.2.5 繫統運行測試 147

11.3 基於 LabVIEW 和 HD Audio 聲卡的電動車報警器測試儀 148

11.3.1 項目簡介 148

11.3.2 繫統設計 148

11.3.3 虛擬儀器設計 149

11.4 基於 LabVIEW 和 USB 接口的數據采集器 151

11.4.1 項目簡介 151

11.4.2 繫統方案設計 151

11.4.3 繫統硬件設計 152

11.4.4 繫統軟件設計 154

11.5 基於 LabVIEW 的火災報警模擬演示繫統  156

11.5.1 項目簡介 156

11.5.2 繫統功能模塊設計 156

11.5.3 運行與測試 161

11.6 基於 LabVIEW 的酒店客控虛擬仿真實驗繫統 161

11.6.1 項目簡介 161

11.6.2 繫統總體方案設計 162

11.6.3 繫統終端設計 162

11.6.4 繫統功能模塊設計 163

11.6.5 繫統軟件設計 165

11.6.6 溫濕度模糊控制器設計  172

11.6.7 繫統仿真與測試 174

11.7 基於 GPRS 和 OneNET 的水質無線遠程監測預警繫統  177

11.7.1 項目簡介 177

11.7.2 繫統總體方案設計 177

11.7.3 數據處理算法研究 178

11.7.4 繫統硬件設計 180

11.7.5 繫統軟件設計 184

11.8 基於 LabVIEW 和 ARM 技術的氯氣洩漏遠程監測繫統 190

11.8.1 項目簡介 190

11.8.2 繫統總體方案設計 191

11.8.3 繫統硬件設計 192

11.8.4 繫統軟件設計 196

參考文獻  20