第1篇 虚拟仪器硬件技术 1
第1章 虚拟仪器技术概述 1
1.1仪器技术发展概况 1
1.2虚拟仪器的基本概念 4
1.3虚拟仪器的组成 5
1.4虚拟仪器的特点 8
1.5虚拟仪器的应用 9
第2章 数据采集技术 11
2.1数据采集概述 11
2.2采样定理 11
2.3数据采集系统的基本构成 13
2.3.1传感器 13
2.3.2信号调理 14
2.3.3数据采集硬件 15
2.3.4计算机系统 16
2.3.5软件 16
2.4数据采集的性能指标 16
2.4.1系统分辨率 16
2.4.2系统精度 17
2.4.3采样率 17
2.4.4动态范围 17
2.4.5非线性失真（也称谐波失真） 17
2.5数据采集的信号类型 18
2.5.1数字信号 18
2.5.2模拟信号 20
2.6测量系统的连接方式 22
2.6.1测量类型和信号源 22
2.6.2测量系统的选择 26
2.6.3触发 27
2.6.4采样注意事项 28
2.7常见传感器及信号调理 31
2.7.1电阻 31
2.7.2基于电桥的传感器 33
2.7.3编码器 36
2.7.4压电集成电路（IEPE） 37
2.7.5温度传感器 39
2.7.6 LVDT 40
2.7.7 RVDT 41
2.7.8传感器电子数据表格（TEDS） 41
2.7.9信号调理 41
第3章 虚拟仪器硬件技术 43
3.1虚拟仪器硬件简介 43
3.1.1 PC-DAQ系统 43
3.1.2 GPIB系统 43
3.1.3 USB系统 44
3.1.4 PCI总线系统 44
3.1.5以太网／LAN／LXI 44
3.2基于数据采集卡的虚拟仪器 45
3.2.1虚拟仪器数据采集系统的组成 45
3.2.2数据采集卡参数与特点 47
3.2.3数据采集卡选型 48
3.2.4数据采集系统集成 53
3.3 PXI总线硬件 54
3.3.1 PXI总线技术 54
3.3.2 PXI产品简介 58
3.3.3 PXI仪器系统的组建 64
3.3.4 PXI系统应用中需要注意的问题 66
3.3.5 PXI系统的应用 66
3.4可重新配置的控制和采集系统CompactRIO 67
3.4.1 CompactRIO的组成简介 67
3.4.2 CompactRIO的系统配置 68
3.4.3 CompactRIO的特点 69
3.4.4 CompactRIO系统的构建 70
3.5便携式数据采集平台CompactDAQ 72
3.5.1 NI CompactDAQ技术 72
3.5.2 NI CompactDAQ系统构建 75
3.6 GPIB、串口、VXI、以太网和LXI总线仪器 77
3.6.1 GPIB总线 77
3.6.2串行接口 79
3.6.3 VXI总线 80
3.6.4以太网 82
3.6.5 LXI总线 83
3.7仪器控制的软件规范 85
3.7.1虚拟仪器软件体系结构组成 85
3.7.2可编程仪器标准命令SCPI 86
3.7.3虚拟仪器软件架构VISA 87
第4章 虚拟仪器设计与开发 88
4.1虚拟仪器设计原则 88
4.1.1总体设计原则 88
4.1.2硬件设计的基本原则 89
4.1.3软件设计的基本原则 89
4.2虚拟仪器设计要素 90
4.2.1系统定义 90
4.2.2软件原型 92
4.2.3文档管理 92
4.3虚拟仪器总体设计过程 93
4.3.1测试需求分析及虚拟仪器类型确定 93
4.3.2虚拟仪器硬件结构设计 94
4.3.3虚拟仪器软件结构设计 95
4.3.4详细设计 96
4.3.5程序编码 97
4.3.6系统测试 97
4.3.7系统维护 99
4.4虚拟仪器硬件选型 100
4.4.1信号调理模块的选择 101
4.4.2计算机总线的选择 103
4.4.3主控计算机的选型 105
4.4.4虚拟仪器设备驱动 106
4.5虚拟仪器软件开发环境的选择 109
4.5.1虚拟仪器的软件开发环境 109
4.5.2虚拟仪器的软件设计 110
第2篇 虚拟仪器的软件开发环境与软件设计 113
第5章LabVIEW开发环境与软件设计 113
5.1 LabVIEW基础 113
5.1.1 LabVIEW的项目 114
5.1.2 LabVIEW的构成 118
5.1.3 LabVIEW的编程环境 120
5.1.4 LabVIEW文件系统的构成 128
5.2 LabVIEW程序前面板设计 130
5.2.1前面板控件 130
5.2.2配置前面板对象 135
5.2.3配置前面板 135
5.2.4添加标签 136
5.2.5文本特性 137
5.2.6设计用户界面 137
5.3 LabVIEW框图程序设计 137
5.3.1程序框图对象 137
5.3.2函数概述 139
5.3.3 Express VI 139
5.3.4使用连线连接程序框图各对象 140
5.3.5程序框图数据流 141
5.3.6设计程序框图 143
5.4 LabVIEW数据类型 143
5.4.1数值型 144
5.4.2字符串型 146
5.4.3布尔型 148
5.4.4下拉列表与枚举型 150
5.4.5数组与簇 151
5.4.6局部变量和全局变量 154
5.5 LabVIEW程序结构设计 157
5.5.1 For循环和While循环结构 158
5.5.2条件结构 162
5.5.3顺序结构 164
5.5.4事件结构 166
5.5.5定时结构 168
5.5.6其他结构 170
5.6文件I／O应用 173
5.6.1文件I／O基础 173
5.6.2 LabVIEW文件类型 176
第6章LabVIEW高级编程 182
6.1菜单设计 182
6.1.1运行时菜单 182
6.1.2菜单选择处理 183
6.1.3运行模式下的快捷菜单 185
6.2 Office系列操作 186
6.2.1 LabVIEW Office报告生成工具包 186
6.2.2 Word文档的操作 187
6.2.3 Excel文档的操作 189
6.2.4使用普通VI生成报告 191
6.3数据库操作 196
6.3.1 LabVIEW与数据库的连接 196
6.3.2数据库基本操作 199
6.4采集与测量 206
6.4.1测量系统概述 207
6.4.2 NI-DAQmx的应用设置 209
6.4.3 NI-DAQmx数据采集节点与属性节点 213
6.4.4利用DAQmx函数构建数据采集应用 218
6.5模块化应用程序开发 223
6.5.1项目规划和设计 223
6.5.2创建与调用子VI 224
6.6 LabVIEW中的数据通信 228
6.6.1 TCP与UDP通信 228
6.6.2 DataSocket技术 231
6.6.3通过Web服务器远程查看和控制前面板 232
6.6.4通过LabVIEW连接OPC系统 237
6.6.5通过共享变量发布最新的值 239
6.7生成和发布应用程序 240
6.7.1开发和发布应用程序 240
6.7.2部署安装程序至Windows嵌入式标准终端 242
第3篇 虚拟仪器系统开发案例 245
第7章 某型冲击桥维修实训台操控系统开发 245
7.1维修实训台操控系统总体设计 245
7.1.1操控系统功能设计 245
7.1.2操控系统结构设计 246
7.2主控盒模拟操控平台的设计 247
7.2.1模拟量传感器的选型 248
7.2.2信号调理电路 248
7.2.3数据采集电路设计 250
7.2.4 CPU控制电路设计 250
7.2.5通信接口电路设计 251
7.2.6主控板驱动程序开发 252
7.3作业显示终端系统开发 254
7.3.1作业显示终端软件系统功能模块构成 254
7.3.2主操作界面设计 255
7.3.3作业功能模块开发 259
7.3.4其他功能模块开发 264
7.3.5项目的生成与程序打包 264
第8章 挖掘机故障检测诊断系统开发 267
8.1故障检测诊断系统的总体组成 267
8.1.1系统组成 267
8.1.2工作原理 269
8.2故障检测诊断系统硬件设计 269
8.2.1控制计算机硬件 269
8.2.2适配器硬件 269
8.2.3通信协议 273
8.3故障检测诊断系统软件开发 274
8.3.1软件总体结构设计 274
8.3.2主界面程序的开发 275
8.3.3故障现象检测程序模块开发 275
8.3.4自主检测程序模块开发 279
参考文献 285