基于LabVIEW的虚拟仪器设计

目 录

第1章 绪论 （1）

◣ 1.1 虚拟仪器概述 （1）

1.1.1 虚拟仪器的基本概念 （2）

1.1.2 虚拟仪器的构成及其分类 （2）

1.1.3 虚拟仪器的设计方法 （5）

◣ 1.2 虚拟仪器的发展及特点 （6）

1.2.1 仪器的发展过程 （7）

1.2.2 虚拟仪器的发展方向 （7）

1.2.3 虚拟仪器的特点 （8）

第2章 图形化编程语言LabVIEW （9）

◣ 2.1 LabVIEW简介 （9）

2.1.1 LabVIEW软件的特点 （9）

2.1.2 LabVIEW软件的安装 （10）

2.1.3 LabVIEW的主菜单 （11）

2.1.4 LabVIEW的基本开发环境 （12）

◣ 2.2 LabVIEW模板简介 （15）

2.2.1 工具模板 （16）

2.2.2 控件模板 （17）

2.2.3 功能模板 （33）

◣ 2.3 虚拟仪器设计示例——虚拟温度显示仪 （45）

2.3.1 虚拟温度显示仪功能 （47）

2.3.2 实现原理 （47）

2.3.3 设计步骤 （48）

◣ 2.4 虚拟仪器设计步骤 （51）

第3章 I/O接口设备的软件驱动 （53）

◣ 3.1 数据采集卡 （53）

3.1.1 数据采集卡的组成 （54）

3.1.2 数据采集卡的安装 （55）

3.1.3 数据采集卡参数设置 （55）

3.1.4 I/O接口设备PCI-MIO-16E-4数据采集卡 （56）

3.1.5 PCI-MIO-16E-4数据采集卡的安装测试与参数设置 （57）

3.1.6 Data Acquisition子模板 （63）

3.1.7 设计示例[1]--连续信号采集与显示仪 （71）

3.1.8 设计示例[2]--连续信号输出仪 （73）

◣ 3.2 PXI总线简述 （75）

3.2.1 PXI规范及其体系结构 （75）

3.2.2 PXI总线与PCI总线的性能比较 （76）

3.2.3 I/O接口设备PXI-6040E数据采集卡简介 （77）

3.2.4 PXI-6040E数据采集卡安装检验与参数设置 （77）

3.2.5 设计示例--基于PXI-6040E数据采集卡的数据

采集系统 （77）

◣ 3.3 GPIB总线 （79）

3.3.1 GPIB总线接口系统的特点 （80）

3.3.2 GPIB总线结构 （80）

3.3.3 GPIB总线虚拟仪器测试系统I/O接口设备的组成 （81）

3.3.4 GPIB子模板 （82）

3.3.5 GPIB总线系统软件设计 （82）

3.3.6 设计示例——keithley2000GPIB虚拟万用表测试仪 （84）

◣ 3.4 VXI总线简述 （87）

3.4.1 VXI总线接口系统的特点 （88）

3.4.2 VXI总线系统的结构和控制器结构 （88）

3.4.3 VXI总线虚拟仪器测试系统I/O接口设备的组成 （89）

3.4.4 VXI子模板简介 （91）

3.4.5 VXI总线系统软件设计 （92）

3.4.6 设计示例——基于VXI总线仪器模块的采集系统 （94）

◣ 3.5 串口（RS-232/485）简述 （96）

3.5.1 Serial子模板简介 （96）

3.5.2 Serial总线虚拟仪器测试系统I/O接口设备的组成 （97）

3.5.3 Serial总线系统软件设计 （98）

3.5.4 设计示例——串口通信测试仪 （99）

◣ 3.6 VISA简述 （103）

3.6.1 VISA的由来 （103）

3.6.2 虚拟仪器软件体系结构的组成 （103）

3.6.3 VISA的特点 （105）

3.6.4 VISA 的基本内部结构 （105）

3.6.5 VISA子模板简介 （106）

3.6.6 设计示例——用VISA子模板实现对GPIB万用表

的读写操作 （110）

第4章 LabVIEW与其他语言的接口方法 （115）

◣ 4.1 LabVIEW与MATLAB的混合编程 （115）

4.1.1 MATLAB环境介绍 （116）

4.1.2 向量与矩阵的生成与运算 （117）

4.1.3 MATLAB的绘图功能 （120）

4.1.4 在MATLAB环境下编译自己的功能函数 （125）

4.1.5 LabVIEW与MATLAB的接口 （127）

◣ 4.2 LabVIEW与C语言接口技术 （130）

4.2.1 CIN图标的调用及参数设置 （131）

4.2.2 CIN的设计步骤 （132）

4.2.3 设计举例——用CIN图标实现对HY-1232数据采

集卡的驱动 （136）

第5章 基于一般信号分析处理技术的虚拟仪器设计 （147）

◣ 5.1 Signal Processing子模板简介 （148）

◣ 5.2 Signal Generation子模板 （149）

5.2.1 Signal Generation子模板简介 （149）

5.2.2 正弦波形发生器简介 （150）

◣ 5.3 Time Domain子模板 （152）

5.3.1 Time Domain子模板简介 （152）

5.3.2 AutoCorrelation.vi图标的调用 （153）

◣ 5.4 Frequency Domain子模板 （155）

5.4.1 Frequecy Domain子模板简介 （156）

5.4.2 Real FFT.vi图标的调用 （156）

◣ 5.5 Window.vi子模板与Filters子模板 （158）

5.5.1 Window.vi子模板简介 （158）

5.5.2 Filter子模板简介 （159）

5.5.3 巴特沃斯低通滤波器使用说明 （160）

◣ 5.6 Mathematics子模板 （162）

5.6.1 Mathematics子模板简介 （163）

5.6.2 Probability and Statistics子模板 （164）

◣ 5.7 设计举例 （165）

5.7.1 设计举例[1]--虚拟正弦波仿真信号发生器 （165）

5.7.2 设计举例[2]--虚拟正弦波信号频谱分析仪 （167）

5.7.3 设计举例[3]--虚拟调制解调器 （168）

5.7.4 设计举例[4]--虚拟相关法测量相位差仿真仪 （171）

5.7.5 设计举例[5]--基于谱分析技术的虚拟相位差计 （176）

5.7.6 设计举例[6]--基于数字滤波技术的虚拟频率补

偿仪设计 （179）

第6章 基于相关伪随机技术的虚拟仪器设计 （187）

◣ 6.1 相关辨识的基础知识 （188）

6.1.1 系统数学模型的主要描述形式 （188）

6.1.2 系统输入输出关系的卷积表述形式 （189）

6.1.3 由系统的冲激响应函数求系统的频率特性 （191）

6.1.4 相关辨识法的优点 （191）

◣ 6.2 伪随机信号 （193）

6.2.1 伪随机信号的性质 （194）

6.2.2 M序列伪随机信号的产生 （196）

◣ 6.3 伪随机相关辨识仿真仪设计举例 （197）

6.3.1 设计举例[1]—— 一阶系统辨识仿真仪 （198）

6.3.2 设计举例[2]——二阶系统辨识仿真仪 （208）

◣ 6.4 设计举例[3]——系统参数辨识实测仪 （219）

6.4.1 功能描述 （219）

6.4.2 设计原理 （219）

6.4.3 设计实现 （226）

6.4.4 系统参数辨识仪的性能检验 （226）

第7章 基于神经网络的虚拟仪器设计 （231）

◣ 7.1 概述 （232）

◣ 7.2 神经网络基础知识 （232）

7.2.1 神经网络结构 （232）

7.2.2 神经元模型 （234）

7.2.3 神经元作用函数 （235）

7.2.4 BP神经网络 （237）

7.2.5 径向基（RBF）神经网络 （242）

◣ 7.3 MATLAB工具箱中的BP与RBF函数 （244）

7.3.1 BP与RBF网络创建函数 （244）

7.3.2 网络训练函数 （246）

7.3.3 网络初始化函数 （249）

7.3.4 网络学习函数 （251）

7.3.5 网络仿真函数 （252）

◣ 7.4 设计举例[1]--虚拟压力传感器温度补偿仪 （253）

7.4.1 功能描述 （253）

7.4.2 工作原理 （253）

7.4.3 设计步骤 （256）

◣ 7.5 设计举例[2]--虚拟三组分气体成分分析仪的设计 （259）

7.5.1 功能描述 （260）

7.5.2 工作原理 （260）

7.5.3 设计步骤 （263）

7.5.4 设计小结 （265）

第8章 小波分析 （267）

◣ 8.1 小波分析基础 （267）

8.1.1 小波分析与短时傅里叶变换 （268）

8.1.2 离散小波与小波对偶 （271）

8.1.3 小波级数 （273）

8.1.4 多分辨分析初步 （274）

8.1.5 正交小波、尺度函数和小波系数CN，n 的求取 （280）

◣ 8.2 MATLAB工具箱中小波分析函数 （283）

◣ 8.3 设计举例[1]--虚拟小波消噪仪 （292）

8.3.1 小波消噪原理 （292）

8.3.2 虚拟小波消噪仪设计 （294）

◣ 8.4 设计举例[2]--虚拟小波信号提取仪 （297）

8.4.1 小波信号提取原理 （297）

8.4.2 虚拟小波信号提取仪设计 （298）

第9章 基于混沌技术的虚拟仪器设计 （301）

◣ 9.1 概述 （301）

◣ 9.2 混沌技术基础知识简介 （302）

9.2.1 基于Logist迭代方程产生白噪声的原理 （302）

9.2.2 基于微分方程的混沌发生器的工作原理 （309）

9.2.3 基于差分方程混沌信号的产生原理 （317）

◣ 9.3 设计举例——虚拟混沌和噪声发生器的设计 （318）

9.3.1 设计举例[1]--虚拟Duffing方程混沌发生器的设计 （318）

9.3.2 设计举例[2]--基于微分方程的虚拟混沌发生器的

设计 （321）

9.3.3 设计举例[3]--基于差分方程的虚拟混沌发生器的

设计 （322）

9.3.4 设计举例[4]--基于MATLAB白噪声库函数的虚 （322）

拟白噪声发生器的设计 （322）

◣ 9.4 设计举例——基于相关平面的虚拟混沌

和白噪声辨识仪的设计 （322）

◣ 9.5 设计举例——基于Logist方程的虚拟白噪声发生器 （325）

9.5.1 设计举例[1]--基于Logist方程的虚拟白噪声仿真仪 （325）

9.5.2 设计举例[2]--基于Logist方程的虚拟简易

白噪声发生器 （328）

9.5.3 设计举例[3]--Logist混沌噪声发生器及其性能评

估仪 （330）

第10章 基于模糊理论的虚拟仪器设计 （333）

◣ 10.1 模糊集合理论概述 （333）

10.1.1 模糊集合的定义及其表示方法 （334）

10.1.2 隶属函数的确定方法及常用形式 （336）

10.1.3 模糊集合的基本运算 （340）

10.1.4 模糊关系的定义及合成 （341）

10.1.5 语言变量与模糊推理 （342）

◣ 10.2 模糊传感器系统 （344）

10.2.1 测量结果“符号化表示”的概念 （345）

10.2.2 模糊传感器的基本概念和功能 （345）

10.2.3 模糊传感器的结构 （347）

10.2.4 模糊传感器语言描述的产生方法 （349）

10.2.5 模糊传感器对测量环境的适应性 （353）

10.2.6 模糊传感器隶属函数的训练算法 （355）

◣ 10.3 应用设计示例[1]--虚拟模糊热点温度分析仪设计 （358）

10.3.1 功能描述 （359）

10.3.2 工作原理 （359）

10.3.3 设计步骤 （361）

◣ 10.4 应用设计示例[2]--高级虚拟模糊热点温度分析仪 （365）

10.4.1 功能描述 （365）

10.4.2 实现原理 （365）

10.4.3 设计步骤 （368）

◣ 10.5 小结 （372）

第11章 网络化虚拟智能传感器系统 （373）

◣ 11.1 概述 （373）

◣ 11.2 网络体系结构与协议 （374）

11.2.1 网络体系结构 （374）

11.2.2 协议简介 （378）

11.2.3 DataSocket技术 （383）

◣ 11.3 组建智能测控网络的两种模式 （388）

◣ 11.4 在LabVIEW开发环境下远程测控功能的实现与

设计举例 （390）

11.4.1 基于C/S模式的远程开关控制器的设计 （390）

11.4.2 基于DataSocket技术的远程开关控制器的设计 （393）

11.4.3 开发基于B/S模式的远程虚拟仪器实验室 （397）

参考文献 （401）