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《虚拟仪器设计教程》是清华大学电气工程专业经典课程教材，经过NI公司咨询，技术全面更新，内容权威性毋庸置疑，近百所高校采用，作者黄松岭教授长期为清华大学本科和研究生教授“虚拟仪器课程”。本书也是美国国家仪器公司（NI）教师培训推荐用书。

本书配有教学课件（PPT），下载地址为清华大学出版社网站本书页面。

内容简介

黄松岭、王坤、赵伟编著的《虚拟仪器设计教程》以LabVIEW的*版本2014中文版为基础，介绍虚拟仪器设计的基本知识。全书共11章，可分为三个部分：第1章介绍虚拟仪器的概念和虚拟仪器设计方法；第2～10章，介绍LabVIEW语言的基本内容和编程方法，包括LabVIEW基础、VI创建、编辑与调试技术、程序结构、数据类型、图形显示、字符串和文件I／O 、采集卡条件下的数据采集、LabVIEW中的信号分析和一些高级应用；第11章介绍一些虚拟仪器设计与应用的实例，包括轴承缺陷故障诊断、功率测量、信号发生器、基于声卡的声音识别、太阳能电池板自动跟踪系统、基于NI-CompactRIO的大跨空间结构健康监测系统、基于加速度传感器的多功能手势感应控制器和大型储罐底板缺陷检测器，这些例子难易程度不同、应用方面各异，较好地反映了虚拟仪器技术的广阔应用空间。
本书可作为大专院校相关课程的教材或教学参考书，也可供从事相关工作的工程技术人员参考。

作者简介

黄松岭清华大学油田电气工程研究中心主任、教授、博士生导师，中国无损检测学会常务理事，中国仪器仪表学会设备结构健康监测与预警分会常务理事。主要研究方向为结构健康监测与缺陷无损评估。承担完成了十多项国家863、国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目和企业重大产业化项目。发表论文200多篇，其中40多篇被SCI检索，90多篇被EI检索，获得省部级以上科技奖励5项。出版教材、专著和大型工具书5本。

王珅清华大学电机系助理研究员，1998—2008年在清华大学学习，先后获学士、硕士和博士学位，之后留校工作。研究方向为无损检测、电磁测量和虚拟仪器。主持和参与多个重大工程项目的研究和开发工作。目前承担清华大学本科和研究生虚拟仪器课程的教学工作。参编畅销教材《LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计》。

赵伟清华大学电机系教授、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，发表论文200多篇。出版图书《电磁测量》、《电子式电能表及其在现代用电管理中的应用》、《新编电气工程师实用手册》、《中国电工大典》、《电工理论基础（第四版）》和《现代电气工程师实用手册》等。

目　　录

<pre>第1章 虚拟仪器基础
 1.1 虚拟仪器的概念
 1.1.1 仪器控制
 1.1.2 数据采集
 1.2 虚拟仪器的硬件系统
 1.3 虚拟仪器的软件系统
 1.3.1 驱动程序和API
 1.3.2 虚拟仪器开发环境
 1.3.3 自定义的测量和测试程序
 1.4 LabVIEW简介
 1.5 虚拟仪器设计方法
 1.5.1 确定虚拟仪器的类型
 1.5.2 选择合适的虚拟仪器软件开发平台
 1.5.3 开发虚拟仪器应用软件
 1.5.4 系统调试
 1.5.5 编写系统开发文档
 1.5.6 测量=采集 计算
第2章 LabVIEW基础
 2.1 启动LabVIEW
 2.2 LabVIEW程序的基本构成
 2.2.1 前面板和程序框图
 2.2.2 前面板和程序框图工具条
 2.2.3 图标和连线板
 2.3 LabVIEW的选板
 2.3.1 工具选板
 2.3.2 控件选板
 2.3.3 函数选板
 2.3.4 选板操作
 2.4 LabVIEW的基本数据类型
 2.4.1 数值数据类型
 2.4.2 布尔数据类型
 2.5 获取帮助
第3章 VI创建、编辑和调试
 3.1 创建一个VI
 3.2 子VI
 3.2.1 创建和编辑图标
 3.2.2 定义连线板
 3.2.3 创建子VI举例
 3.3 VI编辑技术
 3.3.1 创建对象
 3.3.2 选择对象
 3.3.3 移动对象
 3.3.4 复制和删除对象
 3.3.5 标注对象
 3.3.6 改变文本字体、大小、形状和颜色
 3.3.7 排列对象
 3.3.8 改变对象大小
 3.3.9 改变对象颜色
 3.3.10 建立和编辑连线
 3.3.11 其他编辑技术
 3.4 VI调试技术
 3.4.1 单步执行
 3.4.2 设置执行程序高亮
 3.4.3 探针工具
 3.4.4 断点
第4章 程序结构
 4.1 循环结构
 4.1.1 While循环
 4.1.2 For循环
 4.1.3 循环结构内外的数据交换与自动索引
 4.1.4 移位寄存器和反馈节点
 4.2 条件结构
 4.3 顺序结构
 4.3.1 层叠式顺序结构
 4.3.2 平铺式顺序结构
 4.4 公式节点
 4.5 事件结构
第5章 数组、簇和波形
 5.1 数组
 5.1.1 数组的创建
 5.1.2 数组操作函数
 5.2 簇
 5.2.1 簇的创建
 5.2.2 簇操作函数
 5.3 波形
 5.3.1 波形的创建
 5.3.2 波形操作函数
第6章 图形显示控件
 6.1 波形图
 6.1.1 波形图的数据格式
 6.1.2 定制波形图的属性
 6.2 波形图表
 6.3 XY图
 6.4 强度图表显示控件
 6.5 数字波形图
 6.6 三维图形控件
第7章 字符串和文件I/O
 7.1 字符串
 7.1.1 字符串控件
 7.1.2 字符串的显示方式
 7.1.3 字符串函数
 7.2 文件I/O
 7.2.1 文件I/O函数
 7.2.2 文本文件
 7.2.3 二进制文件
 7.2.4 数据记录文件
 7.2.5 其他文件类型
第8章 数据采集
 8.1 数据采集的基本概念
 8.1.1 信号调理简介
 8.1.2 采样率和采样定理
 8.1.3 分辨率
 8.1.4 测量系统的连接方式
 8.1.5 通道和任务
 8.1.6 触发
 8.1.7 多通道的采样方式
 8.2 数据采集卡设置与测试
 8.2.1 数据采集卡的功能
 8.2.2 数据采集卡的软件配置
 8.2.3 数据采集卡的相关参数
 8.3 数据采集VI
 8.3.1 DAQ助手Express VI简介
 8.3.2 DAQmx VI简介
 8.3.3 DAQmx的任务状态模型
 8.4 模拟输入
 8.4.1 单点模入
 8.4.2 软件定时的多点模入
 8.4.3 模入一段数据
 8.4.4 连续模入
 8.5 模拟输出
 8.5.1 单点模出
 8.5.2 软件定时的多点模出
 8.5.3 模出一段数据
 8.5.4 连续模出
 8.6 触发采集
 8.6.1 模拟边沿触发
 8.6.2 模拟窗口触发
 8.6.3 数字边沿触发
 8.7 数字I/O
 8.7.1 基本知识
 8.7.2 数字I/O简介
 8.8 计数器
 8.8.1 事件计数器
 8.8.2 脉冲发生
 8.8.3 频率测量
 8.8.4 周期脉宽测量
第9章 信号分析与处理
 9.1 信号分析和处理基础理论
 9.1.1 模拟信号和傅里叶变换
 9.1.2 数字信号和离散时间傅里叶变换
 9.1.3 离散傅里叶变换和FFT
 9.1.4 数字信号时频分析
 9.1.5 数字滤波器
 9.1.6 相关分析
 9.2 LabVIEW中的信号分析和处理工具
 9.3 应用举例
 9.3.1 信号发生
 9.3.2 频域分析
 9.3.3 数字滤波
 9.3.4 时域分析
 9.3.5 曲线拟合
第10章 局部、全局变量和属性节点
 10.1 局部变量
 10.2 全局变量
 10.3 属性节点
 10.3.1 控件通用属性
 10.3.2 特定控件属性举例
 10.4 并行访问局部、全局变量和属性节点的竞态条件
第11章 虚拟仪器设计举例
 11.1 轴承缺陷故障诊断
 11.1.1 轴承故障测试系统概述
 11.1.2 故障滚动轴承振动的数学模型
 11.1.3 故障诊断算法
 11.1.4 故障诊断算法的LabVIEW实现
 11.1.5 实验结果
 11.2 功率测量
 11.2.1 功率算法
 11.2.2 算法仿真
 11.2.3 实采测量
 11.3 信号发生器
 11.3.1 算法实现
 11.3.2 基本波形发生
 11.3.3 公式波形发生
 11.3.4 验证发生波形
 11.3.5 结果分析
 11.4 基于声卡的声音识别
 11.4.1 声卡的工作原理和性能指标
 11.4.2 声音识别技术
 11.4.3 LabVIEW中有关声卡的函数简介
 11.4.4 声音身份识别的软件实现
 11.4.5 结果分析
 11.5 太阳能电池板自动跟踪系统
 11.5.1 太阳能电池板自动跟踪系统概述
 11.5.2 主要模块功能简介
 11.5.3 实验测试与结果分析
 11.6 基于NI-CompactRIO的大跨空间结构健康监测系统
 11.6.1 大跨空间结构健康监测系统概述
 11.6.2 系统主要功能模块简介
 11.6.3 系统运行测试
 11.7 基于加速度传感器的多功能手势感应控制器
 11.7.1 控制器系统特点和功能概述
 11.7.2 工作原理和算法设计
 11.7.3 系统运行
 11.8 大型储罐底板缺陷检测器
 11.8.1 储罐底板缺陷检测器概述
 11.8.2 储罐底板漏磁检测器结构
 11.8.3 虚拟仪器软件设计
 11.8.4 实验结果
附录 32学时教学大纲
参考文献</pre>

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前　　言

虚拟仪器技术及其LabVIEW开发环境为各个学科的仪器研制提供了一个通用的软、硬件平台，这就使得我们可以面向不同专业的学生开设一门共同的课程，为其各自的检测问题指出一个基本通用的解决问题的思路。
1995年，我们开始接触美国国家仪器公司的产品，2000年建成了一个用于教学的虚拟仪器实验室，先后为本系、全校的本科生和研究生开设多门课程。这些课程定位为设计型的实验课程。典型的安排是32学时，其中，用1/3~1/2学时介绍LabVIEW语言的基本内容，其余时间，在教师的指导下，学生各自独立完成一个虚拟仪器设计的题目，题目可以在教师列出的清单内选择，也可以做教师认可的自选题目。

虚拟仪器技术及其LabVIEW开发环境为各个学科的仪器研制提供了一个通用的软、硬件平台，这就使得我们可以面向不同专业的学生开设一门共同的课程，为其各自的检测问题指出一个基本通用的解决问题的思路。
1995年，我们开始接触美国国家仪器公司的产品，2000年建成了一个用于教学的虚拟仪器实验室，先后为本系、全校的本科生和研究生开设多门课程。这些课程定位为设计型的实验课程。典型的安排是32学时，其中，用1/3~1/2学时介绍LabVIEW语言的基本内容，其余时间，在教师的指导下，学生各自独立完成一个虚拟仪器设计的题目，题目可以在教师列出的清单内选择，也可以做教师认可的自选题目。
在教材建设方面，我们实验室先后编写了《虚拟仪器实验》校内讲义、《LabVIEW 7.1编程与虚拟仪器设计》、《虚拟仪器设计基础教程》等教材和电子课件。本书的定位在于能满足大多数本科专业，甚至专科教学的需要，例如，可以作为面向全校理工科本科学生开设的虚拟仪器选修课的教材。鉴于此，本书在第1章介绍了虚拟仪器涉及的基础知识，方便学生自学及上课时参考； 第8章介绍了数据采集和信号调理的基本知识，然后介绍如何用LabVIEW实现模拟输入和模拟输出； 第9章介绍了信号处理的基本知识和相应的LabVIEW实现函数。另外，在最后一章中，给出了8个具有代表性的虚拟仪器设计的例子，基本涵盖了虚拟仪器应用的大部分领域，有利于开拓学生的视野。这些例子大部分取材于学生的课程设计论文或全国虚拟仪器设计大赛的参赛作品，每个例子只给出了一种实现方法，并尽可能重现学生“原汁原味”的原创特点，个别例子的实现方法是学生“独创”的，对学生和读者具有一定的启发意义，并能引起学生的共鸣。需要说明的是，例子的实现方法可能不是最优的，也可能有的看起来实现得有点“笨拙”，这也是第11章希望达到的效果之一，能够起到抛砖引玉的效果。本书的其他章节主要介绍LabVIEW编程的基本内容，不求全，但对LabVIEW编程的基本知识介绍较详细，便于读者自学。
本书由黄松岭统稿，并执笔编写了第4~8章； 第1~3章由赵伟执笔编写；
第9~11章由王珅执笔编写； 刘新萌参与编写了书内例子和插图工作。
感谢本研究所的汪芙平老师，他对第9章中信号处理内容提出了很多宝贵的修改意见。感谢本研究所的郝丽老师、董甲瑞老师在虚拟仪器实验方面的热情帮助。感谢黄昕元、柳志栋、刘洋、朱丹、李旦、刘倩、任亮、王磊、和珊、孙喆、寒超等老师和同学，本书第11章参考了这些同学完成的论文、课程报告和全国虚拟仪器设计大赛参赛作品。
感谢清华大学出版社一直以来对我们的帮助和支持，其中，特别要感谢盛东亮编辑对本书编审所做的工作。
最后，感谢美国国家仪器有限公司对本书编写工作的支持，院校市场部倪斌经理、刘洋工程师热情地帮助我们解决了许多具体问题。
由于水平有限，书中难免存在某些疏漏和错误，敬请读者指正。 
作者 
2015年1月于清华园

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