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  LabVIEW是一个革命性的图形编程开发环境,它以G编程语言为基础,用于数据采集、控制、数据分析及数据显示。本书针对LabVIEW,循序渐进地介绍了虚拟仪器设计的主旨,外加图形化编程语言的原理、方法及应用技术。 ;

内容简介

  LabVIEW是一个革命性的图形编程开发环境,它以G编程语言为基础,用于数据采集、控制、数据分析及数据显示。本书针对LabVIEW,循序渐进地介绍了虚拟仪器设计的主旨,外加图形化编程语言的原理、方法及应用技术。全书共分11章和两个附录,具体介绍了LabVIEW的基础知识、虚拟仪器的组成、编辑和调试虚拟仪器、重用代码的重要性以及如何创建图标/连接器。同时,还讲述了结构、数组和簇、图表/图形、数据采集、字符串和文件I/O、MathScript RT Module,以及仪器控制、分析和LabVIEW开发者认证等。

作者简介

  Robert H. Bishop是美国得克萨斯大学奥斯汀分校航天工程与机械工程系主任, 他是Joe J. King讲席教授, 并于2002年入选得克萨斯大学优秀教师委员会。作为一名才华横溢的教育家, Bishop教授由于在教学方面的突出贡献, 获得了难得的洛克希德马丁战术航空系统公司的优秀工程教学奖。此外, 他还获得了美国工程教育者协会(ASEE)和美国航空航天学会(AIAA)颁发的John Leland Atwood奖, 该奖项定期授予“长期工作在航天工程教育一线并做出突出贡献的杰出人才”。Bishop教授是AIAA会士, 并长期活跃在IEEE和ASEE等协会。Bishop教授在科学研究方面同样杰出, 主要研究领域是航天器的导航、制导与控制等。

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目录

第1章 LabVIEW入门
 1.1 系统配置要求
 1.2 下载安装LabVIEW软件
 1.3 LabVIEW环境
 1.4 启动画面
 1.5 前面板和框图窗口
  1.5.1 前面板工具条
  1.5.2 框图工具条
 1.6 快捷菜单
 1.7 下拉菜单
  1.7.1 File菜单
  1.7.2 Edit菜单
  1.7.3 View菜单
  1.7.4 Project菜单
  1.7.5 Operate菜单
  1.7.6 Tools菜单
  1.7.7 Window菜单
  1.7.8 Help菜单
 1.8选项板
  1.8.1 Tools选项板
  1.8.2 Controls选项板
  1.8.3 Functions选项板
  1.8.4 查找选项板和快速拖曳
 1.9 打开、加载和保存VI
 1.10 LabVIEW帮助选项
  1.10.1 上下文相关帮助窗口
  1.10.2 LabVIEW帮助
 1.11 搭积木:脉宽调制
 1.12 课后阅读:控制世界上最大的粒子加速器
 1.13 小结
第2章 虚拟仪器
 2.1 什么是虚拟仪器
 2.2 几个工作示例
 2.3 前面板
  2.3.1 数字控件和指示器
  2.3.2 布尔控件和指示器
  2.3.3 配置控件和指示器
 2.4 框图
  2.4.1 VI和Express VI
  2.4.2 节点
  2.4.3 端子
  2.4.4 连线
 2.5 创建第一个VI
 2.6 数据流编程
 2.7 使用Express VI构建VI
 2.8 搭积木:脉宽调制
 2.9 课后阅读:DARPA城市挑战赛中的无人驾驶汽车
 2.10 小结
第3章 编辑和调试虚拟仪器
 3.1 编辑技术
  3.1.1 在框图上创建控件和指示器
  3.1.2 选择对象
  3.1.3 移动对象
  3.1.4 删除和复制对象
  3.1.5 调整对象大小
  3.1.6 标签对象
  3.1.7 改变字体、字形和文本大小
  3.1.8 选择和删除连线
  3.1.9 连线延长和断线
  3.1.10 对象的对齐、分布和大小调节
  3.1.11 对象着色
  3.1.12 整理框图
  3.1.13 连线
  3.1.14 复用代码段
 3.2 调试技术
  3.2.1 发现错误
  3.2.2 加亮执行
  3.2.3 单步通过VI及其子VI
  3.2.4 断点与探针
  3.2.5 导航窗口
 3.3 属性节点
 3.4 快捷键
 3.5 搭积木:脉宽调制
 3.6 课后阅读:肿瘤治疗的图像系统设计
 3.7 小结
第4章 子VI
 4.1 什么是子VI
 4.2 基本知识回顾
 4.3 编辑图标和连接器
  4.3.1 图标
  4.3.2 连接器
  4.3.3 选择和修改端子模板
  4.3.4 给控件和指示器指定端子
 4.4 帮助窗口
 4.5 将VI用作子VI
 4.6 从选定内容创建子VI
 4.7 错误检测和错误处理
  4.7.1 自动错误处理
  4.7.2 手动错误处理
  4.7.3 错误簇
 4.8 保存子VI
 4.9 VI层次窗口
 4.10 搭积木:脉宽调制
  4.11 课后阅读:使用嵌入式图形系统设计研制救生蜘蛛机器人
  4.12 小结
第5章 结构
 5.1 For循环
  5.1.1 数值转换
  5.1.2 带条件端子的For循环
 5.2 While循环
 5.3 移位寄存器和反馈节点
  5.3.1 移位寄存器
  5.3.2 使用移位寄存器记住循环的前一次迭代的数据值
  5.3.3 初始化移位寄存器
  5.3.4 反馈节点
 5.4 Case结构
  5.4.1 添加和删除分支
  5.4.2 连接输入和输出
 5.5 单层顺序结构
  5.5.1 顺序结构中的定时估计和控制
  5.5.2 避免过度使用顺序结构
 5.6 公式节点
  5.6.1 公式节点的输入与输出变量
  5.6.2 公式语句
 5.7 框图禁用结构
 5.8 局部变量
  5.8.1 创建局部变量
  5.8.2 谨慎使用局部变量
  5.8.3 初始化局部变量
  5.8.4 内存和执行速度考虑
 5.9 通用编程技巧
  5.9.1 顺序编程
  5.9.2 状态编程和状态机
  5.9.3 并行性
 5.10 结构连线中的一些常见问题
  5.10.1 未在Case结构的所有分支中连接隧道
  5.10.2 隧道重叠
  5.10.3 连线从结构下面通过而不是从上面穿过
 5.11 搭积木:脉宽调制
 5.12 课后阅读:钢铁再生工艺的改进
 5.13 小结
第6章 数组和簇
 6.1 数组
  6.1.1 创建数组控件和指示器
  6.1.2 多维数组
 6.2 用循环创建数组
  6.2.1 创建二维数组
 6.3 数组函数
  6.3.1 数组大小
  6.3.2 初始化数组
  6.3.3 构建数组
  6.3.4 数组子集
  6.3.5 索引数组
 6.4 多态性
 6.5 簇
 6.6 创建簇控件和指示器
  6.6.1 簇顺序
  6.6.2 使用簇与子VI交换数据
 6.7 簇函数
  6.7.1 Bundle函数
  6.7.2 Unbundle函数
  6.7.3 在框图中创建簇常量
  6.7.4 使用多态性簇
 6.8 矩阵数据类型和矩阵函数
  6.8.1 创建矩阵控件、指示器和常量
  6.8.2 矩阵函数
 6.9 VI内存使用
 6.10 搭积木:脉宽调制
 6.11 课后阅读:易用的智能针灸系统
 6.12 小结
第7章 图表和图形
 7.1 波形图表
 7.2 波形图
 7.3 坐标图
 7.4 定制图表及图形
  7.4.1 调整坐标刻度区间
  7.4.2 图注
  7.4.3 图形选项板和刻度图注
  7.4.4 图表的特殊个性化特征
  7.4.5 图形的特殊个性化特征:光标图注
  7.4.6 使用图形注释
  7.4.7 导出图形、图表和表格的图像
  7.4.8 使用上下文相关帮助
 7.5 在二维和三维图形中使用数学曲线
  7.5.1 二维图形
  7.5.2 三维图形
 7.6 搭积木:脉冲宽度调制
 7.7 课后阅读:哥斯达黎加雨林的环境监测
 7.8 小结
第8章 数据采集
 8.1 DAQ系统的构成
 8.2 信号类型
  8.2.1 数字信号
  8.2.2 模拟直流信号
  8.2.3 模拟交流信号
  8.2.4 模拟频域信号
  8.2.5 一个信号—五种测量角度
 8.3 常见的转换器和信号调节
 8.4 信号接地与测量
  8.4.1 信号源的基准配置
  8.4.2 测量系统
 8.5 模数转换事项
 8.6 DAQ VI的组织结构
 8.7 选择用户数据采集设备
  8.7.1 M系列数据采集设备
  8.7.2 适合学生的低价数据采集
  8.7.3 仿真的数据采集
  8.7.4 Macintosh、Linux、Palm OS、掌上电脑的移动Windows及选择 Windows CE OS设备
 8.8 DAQ硬件配置
  8.8.1 Windows
  8.8.2 通道和任务
 8.9 使用 DAQ Assistant
  8.9.1 DAQmx Task Name Constant
 8.10 模拟输入
  8.10.1 任务定时
  8.10.2 任务触发
 8.11 模拟输出
  8.11.1 任务定时
  8.11.2 任务触发
 8.12 数字I/O
 8.13 搭积木:脉冲宽度调制
  8.13.1 使用硬件计数器生成脉冲宽度调制信号
  8.13.2 脉冲宽度调制的应用
 8.14 课后阅读:奥林匹克场馆的结构健康监测
 8.15 小结
第9章 字符串和文件I/O
 9.1 字符串
  9.1.1 使用Build Text Express VI将数值转换为字符串
 9.2 文件I/O
  9.2.1 把数据写入到文件中
  9.2.2 从文件中读取数据
  9.2.3 处理表单文件
  9.2.4 File I/O Express VI
  9.2.5 获取系统目录的路径
 9.3 搭积木:脉冲宽度调制
 9.4 课后阅读:优化职业赛车手的性能
 9.5 小结
第10章 MathScript RT Module
 10.1 什么是MathScript RT Module
 10.2 访问MathScript交互式窗口
  10.2.1 历史命令和输出窗口
  10.2.2 以多种格式查看数据
 10.3 MathScript帮助
 10.4 语法
  10.4.1 MathScript关键函数
 10.5 自定义函数并生成脚本
  10.5.1 用户自定义函数
  10.5.2 脚本
 10.6 数据文件的保存、加载和导出
  10.6.1 数据文件的保存和加载
  10.6.2 导出数据
 10.7 MathScript节点
  10.7.1 访问MathScript节点
  10.7.2 在MathScript节点中输入脚本
  10.7.3 输入和输出变量
  10.7.4 脚本加亮
  10.7.5 调试脚本
  10.7.6 在MathScript节点中保存脚本
 10.8 1MathScript的应用
  10.8.1 算法仪器
  10.8.2 图形化信号处理、分析和数学函数
  10.8.3 集成测量硬件
 10.9 搭积木:脉宽调制
 10.10 课后阅读:采集和分析逆戟鲸的生物声学交流
 10.11 小结
第11章 分析
 11.1 线性代数
  11.1.1 矩阵概述
  11.1.2 代数方程组
  11.1.3 线性系统VI
 11.2 统计与曲线拟合
  11.2.1 基于最小平方法的曲线拟合
  11.2.2 数据正态分布的曲线拟合
  11.2.3 曲线拟合Express VI
 11.3 微分方程组
 11.4 寻找函数零点
 11.5 积分和微分
 11.6 信号生成
  11.6.1 归一化频率
  11.6.2 波(Wave)VI、模式(Pattern)VI和噪声(Noise)VI
  11.6.3 仿真信号Express VI
 11.7 信号处理
  11.7.1 傅里叶变换
  11.7.2 平滑窗
  11.7.3 频谱测量Express VI
  11.7.4 滤波
  11.7.5 滤波器Express VI
 11.8 搭积木:脉冲宽度调制
 11.9 课后阅读:实时控制世界上最大的望远镜
 11.10 小结
附录A 仪器控制
附录B LabVIEW开发者认证

前沿

  译者序
  LabVIEW是科学研究和工程领域最主要的图形编程开发环境,广泛应用于仿真、数据采集仪器控制、测量分析和数据显示及嵌入式应用系统的开发。在大学实验室中,LabVIEW的应用遍及许多学科领域,典型的应用领域包括:电子和计算机工程、机械工程、物理学、生物学/生理学、化学和化学工程、Internet连通性、数学函数等。
  本书以美国NI公司LabVIEW 2009软件为基础,指导读者循序渐进地了解它。书中所述的内容基本适用于该软件的后续版本。本书作者是美国得克萨斯大学奥斯汀分校的Robert H. Bishop 教授。为了便于学生使用本书,作者专门开发了一组虚拟仪器示例,这些虚拟仪器将作为本书的补充材料。在多数情况下,我们要求学生按照书中的指导自己开发虚拟仪器,然后与作者提供的答案进行比较,通过在计算机上的同步练习,学习效率将大大提高。课后阅读示例展示了如何使用LabVIEW解决实际问题。本书新增了如何获得LabVIEW认证用户的有关信息,帮助用户获得职业提升和就业机会。
  本书由西安交通大学电子与信息工程学院乔瑞萍、东华大学林欣翻译。李振安在翻译中
  给予了技术支持与指导,林辉、胡宇平和刘慧龙参与了部分章节的翻译及校对工作,在此表示感谢。
  翻译工作是细致而艰辛的工作,需要字斟句酌,译者根椐软件与书中所述进行了同步操作,为翻译工作做出了最大的努力,但因时间紧迫,加之译者水平有限,难免有错漏之处,恳请读者批评指正。
  前言
  本书是美国National Instruments(NI)公司LabVIEW软件的配套书籍,包含了LabVIEW的新特性和技术,能够帮助读者掌握图形环境下编程的基础知识,并将这些编程概念应用到学术界和工业界的实际应用中。理解和使用界面直观且功能强大的LabVIEW软件比以前更容易。当读者通读本书并运行示例时,希望你们能够感觉到本书是比软件手册内容更丰富的个人学习指南。
  LabVIEW图形开发环境是针对工程领域和科学研究的应用程序平台,通过已预先设计的固有函数,大大降低了在信号处理、控制、通信、电子等领域中设计和仿真的开发时间。本书广泛考虑了设计、测试、测量、自动化和控制应用方面的工业标准,便于读者学习。LabVIEW对科学研究和工程应用来说是很理想的工具,学生可以使用它设计课堂习题和实验的图形程序解决方案,提高自学和独立项目开发能力。本书的目标是帮助学生独立学习使用LabVIEW。全书共配有400 多幅插图,增强了本书的艺术性。每一部分都安排了从典型的LabVIEW会话中的截图。为了使学生易于理解,图中还对LabVIEW截图添加了标注。
  使用本书最有效的方法就是按照书中步骤在计算机上进行LabVIEW的同步练习。为了便于学生使用本书,作者专门开发了虚拟仪器目录,可以从www.pearsonhighered.com/bishop上获得,这些虚拟仪器将作为本书的补充材料(登录华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)可注册下载本书部分相关资料)。在多数情况下,要求学生先按照书中的指导自己开发虚拟仪器,然后再与作者提供的答案进行比较,以得到即时反馈。在其他情况下,要求学生运行指定的虚拟仪器程序,作为验证LabVIEW重要概念的一种方法。
  赢得实践经验并解决实际问题
  随着高等教育强调实际动手能力的重要性,许多学校已经改善了实验设备,从而为学生提供更多的机会接触到实际问题。在数据采集与分析、构建物理系统的计算机仿真系统以及计算机综合应用编程等方面,大学毕业生正在获得重要的经验。LabVIEW提供了一个功能强大、高效并且容易使用的开发环境,允许教育工作者仅靠使用这样一个开放的工业标准工具,就能教会学生研发范围广阔的各种课题。LabVIEW还改变了世界各地的工程师、科学家以及学生设计和制作样机的方法,使他们站在了科学技术的最前沿。如今,来自25000多家公司、学校的用户和学生都在使用NI 公司研制的LabVIEW及其相关硬件组件,并通过这些产品简化了技术开发的过程,提高了生产效率。从测试下一代游戏系统,到设计具有突破性的医疗器械,LabVIEW为我们带来的创新技术正在影响着全世界千百万的人们。
  本书的美国原著封面展示了用LabVIEW解决问题过程中人们所感兴趣的13种应用领域。
  1. 逆戟鲸
  2. 客机
  3. 高级战斗机
  4. 风力发电
  5. 射频通信
  6. 移动测量仪器
  7. 医疗器械
  8. DARwIn机器人
  9. Rion-Antirion大桥
  10. 奥林匹克体育馆
  11. 电子游戏
  12. 机器人训练
  13. 摩托车
  1. 逆戟鲸
  使用LabVIEW开发了一个可靠的数据采集系统,用来收集逆戟鲸发出的超声波信号并进行分析,从而实现现场音频监听和移动跟踪。更多详细信息参见本书第385 页。
  2. 客机
  使用LabVIEW为联邦快递的货运飞机开发了一个智能火警监控和预防控制系统,该系统能够预防机舱内的严重火灾,防止由运送物资引起的大火对飞行员、货运物资以及飞机造成伤害。
  3. 高级战斗机
  工程师为喷气式发动机和火箭的引擎点火实验开发了一种实时数据采集与控制系统,该系统需要在保护设备完好的情况下测试其安全性、数据记录的可靠性、准确性、配置的灵活性和有效性。使用LabVIEW设计出来的高性能测试系统只需要很少的技师对系统进行操作和维护,花费仅为同类厂家生产出来的系统的三分之一到二分之一。
  4. 风力发电
  气栽法是一种用气体或者雾来栽培植物的无土栽培方法。植物根须的生长不需要能量。能量主要用于提高植物栽培的质量,如植物的大小、香味以及提高其中的营养成分。人们设计了一个智能温室的雏形。该温室为气栽法提供了一个方便、灵活的使用环境,并能够放置在城市的饭店或者家庭中。该系统由一个400 瓦的风力涡轮机和一个60 瓦的光电池供电,即使是在恶劣的环境条件下,每天也能为系统提供3.3千瓦时的能量。
  5. 射频通信
  振荡器研发仪(ODIN)是一个基于LabVIEW开发的全集成化便携式仪器,它能够简化相位噪声的分析过程,而且提高成本效率。该仪器扩大了射频通信的应用范围,提高了组件和信号传输系统的通信质量和吞吐量。
  6. 移动测量仪器
  在非洲东南部的马拉维共和国,其乡村地区由于缺乏先进的医疗设施和电力供应系统,人们的生活面临着严峻的挑战。在马卡塔,人们设计了一个远程健康诊所,该诊所有着基本的诊疗设施 包括长桌、检查治疗床、水池、柜子和冰箱。这些设施已经投入运行一年多了。通过LabVIEW,数据采集(DAQ,Data Aquisition)和笔记本电脑获取的数据,可以清楚地知道该诊所是如何工作的,以及在不同天气状况下如何充分地利用能源,通过分析来了解能源浪费最严重的区域。
  7. 医疗器械
  Michael Callahan在伊利诺伊大学香槟分校学习企业工程学课程时开发了一种仪器,该仪器能够在很大程度上帮助患有萎缩性脊髓侧索硬化(ALS,也常称为葛雷克氏症)、脑瘫、脊髓损伤以及其他神经障碍疾病的人们进行交流。该仪器也被称为Audeo,能够获得并翻译神经信号,从而使不能讲话或行动不便的病人能够与别人进行交流。
  8. DARwIn机器人
  通过基于LabVIEW的编程,人们设计了动态拟人化的智能机器人(DARwIn)。这种机器人能够表演高难度的动作,如参加机器人杯、世界独立机器人足球锦标赛。
  9. Rion-Antirion大桥
  希腊有一座世界上最长的拉索桥,即Rion-Antirion大桥。这座拉索桥是由LabVIEW监控的。结构监控系统在正常情况、大风以及地震情况下测量并控制大桥的运转状态。
  10. 奥林匹克体育馆
  LabVIEW为2008 年北京夏季奥运会体育馆建设的稳定性和可靠性提供了一种非常先进的解决方案。该方案采用现代计算技术、传感器技术和通信技术,实时监控场馆结构上的坚固性。更多详细信息可参考本书第317页。
  11. 电子游戏
  当微软研发新的控制器Xbox 360时,微软不得不创建一系列新的测试装置进行测试。他们用LabVIEW图形开发环境设计实现了100多套测试装置来保证产品具有高质量的用户体验。
  12. 机器人训练
  为了激发灵感和创造力,NI公司和LEGO致力于合作开发可编程机器人LEGO MINDSTORMS。该机器人比以往任何机器人都更聪明、强壮,更具有直觉感知能力。当前的工作将有助于保证建立起一个人才资源网络,这些精通技术的人们将通过科技创新来解决未来的难题。
  13. 摩托车
  引擎控制需要确定到毫秒级的循环周期,而火花点火则需要精确到微秒级的循环周期。另外,引擎需要达到15500转/分的转速。在这样的转速下,机轴至少在每4 ms内转一圈,系统也需要非常精确地控制喷油和点火操作,点火角度与标准角度相差必须小于1°。该系统不容许有任何误差,精确度是非常关键的因素,这就是人们为什么采用LabVIEW来设计这个高性能的摩托车引擎系统的原因。
  想知道更多令人惊奇的LabVIEW在工程应用上取得的成就,可访问www.ni.com/labviewse,并点击LabVIEW Student Edition的链接。
  内容组织
  对于学生来说,本书可作为学习LabVIEW的资源。本书由11 章组成,首次学习LabVIEW时应该按顺序阅读本书。对于有经验的学生来说,本书可作为参考书。各章内容如下:
  第1章:介绍LabVIEW环境,帮助学生打开虚拟仪器,主要讨论的概念包括窗口、工具条、菜单和选项板等。
  第2章:介绍虚拟仪器(VI,Virtual Instruments)组件:前面板、框图和图标/连接器对。还包括控件(输入)和指示器(输出)的概念,讲解在框图中如何将对象连接起来,以及介绍Express VI。
  第3章:介绍调整对象大小、改变对象颜色和设置对象标签的一些基本编辑技术。学生可使用加亮执行、探针、单步执行和断点来检查错误,本章列举了几个可用的调试工具例子。
  第4章:强调重用代码的重要性,说明如何创建VI图标/连接器。本章还展示了LabVIEW和文本编程语言之间的相似性。
  第5章:介绍VI中控制执行流的循环、Case结构、单层顺序结构,以及用于实现复杂数学公式的公式节点。
  第6章:介绍如何组合具有同一类型(数组)元素或不同类型(簇)元素的数据。本章还说明如何创建及操作数组和簇。
  第7章:说明如何显示、定制单个和多个图表及图形的外观。
  第8章:讨论模拟和数字信号的基本特征,以及采集和产生这些信号时需要考虑的一些因素。还向学生介绍了Measurement and Automation Explorer(MAX)和DAQ 助手。
  第9章:说明如何在前面板和框图中创建及处理字符串。也说明如何在文件中读/写数据。
  第10章:介绍新的交互式MathScript环境,该环境使面向数学的文本编程与直观的图形化程序相结合。本章主要讨论用于命令行计算的交互式MathScript环境和LabVIEW框图中集成文本脚本的MathScript节点。
  第11章:讲述可以用多种方式使LabVIEW支持信号与系统的分析,讨论一些重要的分析内容,包括在信号生成、信号处理、线性代数、曲线拟合、在前面板中的公式显示、微分方程组、寻找根(函数零点)以及微积分中使用LabVIEW。
  附录A:展示使用GPIB 或串行接口仪器控制系统的构成,介绍仪器驱动程序以及使用MAX检测、安装仪器驱动程序的概念。还介绍了Instrument I/O Assistant(仪器I/O助手)。
  附录B:介绍通过认证的整个过程,从最初的LabVIEW认证助理开发者(CLAD),到LabVIEW认证开发者(CLD),最终达到LabVIEW认证设计师(CLA)。本章包括CLAD入门级认证练习测试题,并附有全部答案,同时提供备考有关的附加资源。
  每一章均包括如下内容:
  1. 本章内容的简单浏览。
  2. 本章学习目标,聚焦本章的讨论重点。
  3. 每章小结和关键术语列表。
  4. 每章后面标题为“搭积木”的一节,提供了一个“计算和产生脉宽调制信号”虚拟仪器的连续开发和修改过程,希望学生根据本节给出的指令构建VI。在以后的各章节中,采用同一个VI作为起点,利用每章新介绍的概念改进该VI,作为学生的一种练习方法。
  5. 在每一章中包括许多工作示例(包括该版介绍的新例子)。在大多数情况下,按照文中给出的一系列指示,学生可构建出示例中所讨论的VI。在开始的几章中,构建的VI是十分具体的,但在后面的各章中,则希望学生能在没有明确的逐步指示下构建VI。所有章节中VI示例的工作版都提供于Learning目录下。以下是部分工作示例:
  ●温度系统示例
  ●求解一组线性微分方程
  ●构建第一个虚拟仪器
  ●计算圆的面积、直径和半径
  ●计算并绘图显示资金时值
  ●使用数理微分方程研究混沌
  ●采集数据
  ●将ASCII 码数据写入文件
  6. 在名为“课后阅读”的一节中描述如何利用LabVIEW解决有趣的实际问题。这些材料是用来让学生从学习LabVIEW技术的紧张状态中暂时放松一下,激励学生思考如何将LabVIEW用于其他不同的场合。
  7. 每章后面的练习、习题和设计用于强化该章的主题,作为学习LabVIEW的实践。
  资料来源
  撰写本书时参考了NI公司一些重要参考书目, 主要参考的是2009年6月出版的LabVIEW 2009帮助手册, 部件编号:371361F-01。该资源可以在NI网站www.ni.com/manuals上找到。该手册提供了以下内容:LabVIEW编程概念;LabVIEW使用步骤;LabVIEWVI、函数、选项板、菜单和工具的使用参考。也可以通过选择菜单Help>>Search the LabVIEW Help访问该资源。
  操作系统和相关资源
  本书假定读者具有Windows 操作系统的应用知识。如果读者的计算机经验有限,可能需要先花一些时间熟悉计算机,了解操作方式。读者应该知道如何访问下拉菜单、打开和保存文件、下载软件及使用鼠标。读者将会发现,以往的计算机编程经验非常有用,但不是必需的。
  本书作者开发了一组虚拟仪器,读者需要从本书在Prentice Hall 的配套网站上获得Learning 目录,站点地址为http://www.pearsonhighered.com/bishop。读者也可以访问NI公司的站点http://www.ni.com/labviewse获取更多信息。
  本书中所有VI示例均在一台运行Windows Vista操作系统的Dell PC上测试过。很显然,在所有适合于LabVIEW的Windows平台上验证每一个VI是不可能的。如果遇到与平台有关的问题,请告诉我们。
  如果想获得升级到LabVIEW专业版的信息,可访问NI公司的网站http:// www.ni.com
  或写信给:
  National Instruments
  att.: Academic Sales
  11500 North Mopac Expressway
  Austin, TX 78759
  致谢
  感谢NI公司的人员在撰写本书过程中提供的帮助。特别要感谢Erik Luther 和Stephanie Orci在本书即将完成的最后日子里所给予的大力支持。感谢Stephanie Orci和Chris Tsai 对初稿进行审核,并从学生的角度帮助我们修订新版本。同时感谢以下审稿者:Austin B. Asgill(南方理工州立大学),Jeff Doughty(东北大学),Buford Furman(圣何塞州立大学),R. Glynn Holt(波士顿大学),Thomas Koon(宾汉姆顿大学),Milivoje Kostic(北伊利诺伊大学),Jay Porter(得克萨斯 A&M 大学)和Yi Wu(宾州大学)。最后,希望借此对Lynda Bishop表达我的感激之情,她为帮助笔者进行手稿的准备工作付出了巨大的努力,对书稿提出了有价值的评论并帮助处理与整部书稿有关的各种事务。
  联系方式
  笔者和Pearson Prentice Hall以及NI 公司的人员希望与LabVIEW用户建立通信联系,我们鼓励学生就本书及后续版本给我们发送E-mail,提出自己的意见和建议。
  Robert H. Bishop
  rhbishop@mail.utexas.edu
  Erik Luther
  National Instruments Academic Resources Manager
  erik.luther@ni.com

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译者序
LabVIEW是科学研究和工程领域最主要的图形编程开发环境,广泛应用于仿真、数据采集仪器控制、测量分析和数据显示及嵌入式应用系统的开发。在大学实验室中,LabVIEW的应用遍及许多学科领域,典型的应用领域包括:电子和计算机工程、机械工程、物理学、生物学/生理学、化学和化学工程、Internet连通性、数学函数等。
本书以美国NI公司LabVIEW 2009软件为基础,指导读者循序渐进地了解它。书中所述的内容基本适用于该软件的后续版本。本书作者是美国得克萨斯大学奥斯汀分校的Robert H. Bishop 教授。为了便于学生使用本书,作者专门开发了一组虚拟仪器示例,这些虚拟仪器将作为本书的补充材料。在多数情况下,我们要求学生按照书中的指导自己开发虚拟仪器,然后与作者提供的答案进行比较,通过在计算机上的同步练习,学习效率将大大提高。课后阅读示例展示了如何使用LabVIEW解决实际问题。本书新增了如何获得LabVIEW认证用户的有关信息,帮助用户获得职业提升和就业机会。
本书由西安交通大学电子与信息工程学院乔瑞萍、东华大学林欣翻译。李振安在翻译中
给予了技术支持与指导,林辉、胡宇平和刘慧龙参与了部分章节的翻译及校对工作,在此表示感谢。
翻译工作是细致而艰辛的工作,需要字斟句酌,译者根椐软件与书中所述进行了同步操作,为翻译工作做出了最大的努力,但因时间紧迫,加之译者水平有限,难免有错漏之处,恳请读者批评指正。

前言
本书是美国National Instruments(NI)公司LabVIEW软件的配套书籍,包含了LabVIEW的新特性和技术,能够帮助读者掌握图形环境下编程的基础知识,并将这些编程概念应用到学术界和工业界的实际应用中。理解和使用界面直观且功能强大的LabVIEW软件比以前更容易。当读者通读本书并运行示例时,希望你们能够感觉到本书是比软件手册内容更丰富的个人学习指南。
LabVIEW图形开发环境是针对工程领域和科学研究的应用程序平台,通过已预先设计的固有函数,大大降低了在信号处理、控制、通信、电子等领域中设计和仿真的开发时间。本书广泛考虑了设计、测试、测量、自动化和控制应用方面的工业标准,便于读者学习。LabVIEW对科学研究和工程应用来说是很理想的工具,学生可以使用它设计课堂习题和实验的图形程序解决方案,提高自学和独立项目开发能力。本书的目标是帮助学生独立学习使用LabVIEW。全书共配有400 多幅插图,增强了本书的艺术性。每一部分都安排了从典型的LabVIEW会话中的截图。为了使学生易于理解,图中还对LabVIEW截图添加了标注。
使用本书最有效的方法就是按照书中步骤在计算机上进行LabVIEW的同步练习。为了便于学生使用本书,作者专门开发了虚拟仪器目录,可以从www.pearsonhighered.com/bishop上获得,这些虚拟仪器将作为本书的补充材料(登录华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)可注册下载本书部分相关资料)。在多数情况下,要求学生先按照书中的指导自己开发虚拟仪器,然后再与作者提供的答案进行比较,以得到即时反馈。在其他情况下,要求学生运行指定的虚拟仪器程序,作为验证LabVIEW重要概念的一种方法。

赢得实践经验并解决实际问题
随着高等教育强调实际动手能力的重要性,许多学校已经改善了实验设备,从而为学生提供更多的机会接触到实际问题。在数据采集与分析、构建物理系统的计算机仿真系统以及计算机综合应用编程等方面,大学毕业生正在获得重要的经验。LabVIEW提供了一个功能强大、高效并且容易使用的开发环境,允许教育工作者仅靠使用这样一个开放的工业标准工具,就能教会学生研发范围广阔的各种课题。LabVIEW还改变了世界各地的工程师、科学家以及学生设计和制作样机的方法,使他们站在了科学技术的最前沿。如今,来自25000多家公司、学校的用户和学生都在使用NI 公司研制的LabVIEW及其相关硬件组件,并通过这些产品简化了技术开发的过程,提高了生产效率。从测试下一代游戏系统,到设计具有突破性的医疗器械,LabVIEW为我们带来的创新技术正在影响着全世界千百万的人们。
本书的美国原著封面展示了用LabVIEW解决问题过程中人们所感兴趣的13种应用领域。
1. 逆戟鲸
2. 客机
3. 高级战斗机
4. 风力发电
5. 射频通信
6. 移动测量仪器
7. 医疗器械
8. DARwIn机器人
9. Rion-Antirion大桥
10. 奥林匹克体育馆
11. 电子游戏
12. 机器人训练
13. 摩托车
1. 逆戟鲸
使用LabVIEW开发了一个可靠的数据采集系统,用来收集逆戟鲸发出的超声波信号并进行分析,从而实现现场音频监听和移动跟踪。更多详细信息参见本书第385 页。
2. 客机
使用LabVIEW为联邦快递的货运飞机开发了一个智能火警监控和预防控制系统,该系统能够预防机舱内的严重火灾,防止由运送物资引起的大火对飞行员、货运物资以及飞机造成伤害。
3. 高级战斗机
工程师为喷气式发动机和火箭的引擎点火实验开发了一种实时数据采集与控制系统,该系统需要在保护设备完好的情况下测试其安全性、数据记录的可靠性、准确性、配置的灵活性和有效性。使用LabVIEW设计出来的高性能测试系统只需要很少的技师对系统进行操作和维护,花费仅为同类厂家生产出来的系统的三分之一到二分之一。
4. 风力发电
气栽法是一种用气体或者雾来栽培植物的无土栽培方法。植物根须的生长不需要能量。能量主要用于提高植物栽培的质量,如植物的大小、香味以及提高其中的营养成分。人们设计了一个智能温室的雏形。该温室为气栽法提供了一个方便、灵活的使用环境,并能够放置在城市的饭店或者家庭中。该系统由一个400 瓦的风力涡轮机和一个60 瓦的光电池供电,即使是在恶劣的环境条件下,每天也能为系统提供3.3千瓦时的能量。
5. 射频通信
振荡器研发仪(ODIN)是一个基于LabVIEW开发的全集成化便携式仪器,它能够简化相位噪声的分析过程,而且提高成本效率。该仪器扩大了射频通信的应用范围,提高了组件和信号传输系统的通信质量和吞吐量。
6. 移动测量仪器
在非洲东南部的马拉维共和国,其乡村地区由于缺乏先进的医疗设施和电力供应系统,人们的生活面临着严峻的挑战。在马卡塔,人们设计了一个远程健康诊所,该诊所有着基本的诊疗设施 包括长桌、检查治疗床、水池、柜子和冰箱。这些设施已经投入运行一年多了。通过LabVIEW,数据采集(DAQ,Data Aquisition)和笔记本电脑获取的数据,可以清楚地知道该诊所是如何工作的,以及在不同天气状况下如何充分地利用能源,通过分析来了解能源浪费最严重的区域。
7. 医疗器械
Michael Callahan在伊利诺伊大学香槟分校学习企业工程学课程时开发了一种仪器,该仪器能够在很大程度上帮助患有萎缩性脊髓侧索硬化(ALS,也常称为葛雷克氏症)、脑瘫、脊髓损伤以及其他神经障碍疾病的人们进行交流。该仪器也被称为Audeo,能够获得并翻译神经信号,从而使不能讲话或行动不便的病人能够与别人进行交流。
8. DARwIn机器人
通过基于LabVIEW的编程,人们设计了动态拟人化的智能机器人(DARwIn)。这种机器人能够表演高难度的动作,如参加机器人杯、世界独立机器人足球锦标赛。
9. Rion-Antirion大桥
希腊有一座世界上最长的拉索桥,即Rion-Antirion大桥。这座拉索桥是由LabVIEW监控的。结构监控系统在正常情况、大风以及地震情况下测量并控制大桥的运转状态。
10. 奥林匹克体育馆
LabVIEW为2008 年北京夏季奥运会体育馆建设的稳定性和可靠性提供了一种非常先进的解决方案。该方案采用现代计算技术、传感器技术和通信技术,实时监控场馆结构上的坚固性。更多详细信息可参考本书第317页。
11. 电子游戏
当微软研发新的控制器Xbox 360时,微软不得不创建一系列新的测试装置进行测试。他们用LabVIEW图形开发环境设计实现了100多套测试装置来保证产品具有高质量的用户体验。
12. 机器人训练
为了激发灵感和创造力,NI公司和LEGO致力于合作开发可编程机器人LEGO MINDSTORMS。该机器人比以往任何机器人都更聪明、强壮,更具有直觉感知能力。当前的工作将有助于保证建立起一个人才资源网络,这些精通技术的人们将通过科技创新来解决未来的难题。
13. 摩托车
引擎控制需要确定到毫秒级的循环周期,而火花点火则需要精确到微秒级的循环周期。另外,引擎需要达到15500转/分的转速。在这样的转速下,机轴至少在每4 ms内转一圈,系统也需要非常精确地控制喷油和点火操作,点火角度与标准角度相差必须小于1°。该系统不容许有任何误差,精确度是非常关键的因素,这就是人们为什么采用LabVIEW来设计这个高性能的摩托车引擎系统的原因。
想知道更多令人惊奇的LabVIEW在工程应用上取得的成就,可访问www.ni.com/labviewse,并点击LabVIEW Student Edition的链接。

内容组织
对于学生来说,本书可作为学习LabVIEW的资源。本书由11 章组成,首次学习LabVIEW时应该按顺序阅读本书。对于有经验的学生来说,本书可作为参考书。各章内容如下:
第1章:介绍LabVIEW环境,帮助学生打开虚拟仪器,主要讨论的概念包括窗口、工具条、菜单和选项板等。
第2章:介绍虚拟仪器(VI,Virtual Instruments)组件:前面板、框图和图标/连接器对。还包括控件(输入)和指示器(输出)的概念,讲解在框图中如何将对象连接起来,以及介绍Express VI。
第3章:介绍调整对象大小、改变对象颜色和设置对象标签的一些基本编辑技术。学生可使用加亮执行、探针、单步执行和断点来检查错误,本章列举了几个可用的调试工具例子。
第4章:强调重用代码的重要性,说明如何创建VI图标/连接器。本章还展示了LabVIEW和文本编程语言之间的相似性。
第5章:介绍VI中控制执行流的循环、Case结构、单层顺序结构,以及用于实现复杂数学公式的公式节点。
第6章:介绍如何组合具有同一类型(数组)元素或不同类型(簇)元素的数据。本章还说明如何创建及操作数组和簇。
第7章:说明如何显示、定制单个和多个图表及图形的外观。
第8章:讨论模拟和数字信号的基本特征,以及采集和产生这些信号时需要考虑的一些因素。还向学生介绍了Measurement and Automation Explorer(MAX)和DAQ 助手。
第9章:说明如何在前面板和框图中创建及处理字符串。也说明如何在文件中读/写数据。
第10章:介绍新的交互式MathScript环境,该环境使面向数学的文本编程与直观的图形化程序相结合。本章主要讨论用于命令行计算的交互式MathScript环境和LabVIEW框图中集成文本脚本的MathScript节点。
第11章:讲述可以用多种方式使LabVIEW支持信号与系统的分析,讨论一些重要的分析内容,包括在信号生成、信号处理、线性代数、曲线拟合、在前面板中的公式显示、微分方程组、寻找根(函数零点)以及微积分中使用LabVIEW。
附录A:展示使用GPIB 或串行接口仪器控制系统的构成,介绍仪器驱动程序以及使用MAX检测、安装仪器驱动程序的概念。还介绍了Instrument I/O Assistant(仪器I/O助手)。
附录B:介绍通过认证的整个过程,从最初的LabVIEW认证助理开发者(CLAD),到LabVIEW认证开发者(CLD),最终达到LabVIEW认证设计师(CLA)。本章包括CLAD入门级认证练习测试题,并附有全部答案,同时提供备考有关的附加资源。
每一章均包括如下内容:
1. 本章内容的简单浏览。
2. 本章学习目标,聚焦本章的讨论重点。
3. 每章小结和关键术语列表。
4. 每章后面标题为“搭积木”的一节,提供了一个“计算和产生脉宽调制信号”虚拟仪器的连续开发和修改过程,希望学生根据本节给出的指令构建VI。在以后的各章节中,采用同一个VI作为起点,利用每章新介绍的概念改进该VI,作为学生的一种练习方法。
5. 在每一章中包括许多工作示例(包括该版介绍的新例子)。在大多数情况下,按照文中给出的一系列指示,学生可构建出示例中所讨论的VI。在开始的几章中,构建的VI是十分具体的,但在后面的各章中,则希望学生能在没有明确的逐步指示下构建VI。所有章节中VI示例的工作版都提供于Learning目录下。以下是部分工作示例:
●温度系统示例
●求解一组线性微分方程
●构建第一个虚拟仪器
●计算圆的面积、直径和半径
●计算并绘图显示资金时值
●使用数理微分方程研究混沌
●采集数据
●将ASCII 码数据写入文件
6. 在名为“课后阅读”的一节中描述如何利用LabVIEW解决有趣的实际问题。这些材料是用来让学生从学习LabVIEW技术的紧张状态中暂时放松一下,激励学生思考如何将LabVIEW用于其他不同的场合。
7. 每章后面的练习、习题和设计用于强化该章的主题,作为学习LabVIEW的实践。
资料来源
撰写本书时参考了NI公司一些重要参考书目, 主要参考的是2009年6月出版的LabVIEW 2009帮助手册, 部件编号:371361F-01。该资源可以在NI网站www.ni.com/manuals上找到。该手册提供了以下内容:LabVIEW编程概念;LabVIEW使用步骤;LabVIEWVI、函数、选项板、菜单和工具的使用参考。也可以通过选择菜单Help>>Search the LabVIEW Help访问该资源。
操作系统和相关资源
本书假定读者具有Windows 操作系统的应用知识。如果读者的计算机经验有限,可能需要先花一些时间熟悉计算机,了解操作方式。读者应该知道如何访问下拉菜单、打开和保存文件、下载软件及使用鼠标。读者将会发现,以往的计算机编程经验非常有用,但不是必需的。
本书作者开发了一组虚拟仪器,读者需要从本书在Prentice Hall 的配套网站上获得Learning 目录,站点地址为http://www.pearsonhighered.com/bishop。读者也可以访问NI公司的站点http://www.ni.com/labviewse获取更多信息。
本书中所有VI示例均在一台运行Windows Vista操作系统的Dell PC上测试过。很显然,在所有适合于LabVIEW的Windows平台上验证每一个VI是不可能的。如果遇到与平台有关的问题,请告诉我们。
如果想获得升级到LabVIEW专业版的信息,可访问NI公司的网站http:// www.ni.com
或写信给:
National Instruments
att.: Academic Sales
11500 North Mopac Expressway
Austin, TX 78759

致谢
感谢NI公司的人员在撰写本书过程中提供的帮助。特别要感谢Erik Luther 和Stephanie Orci在本书即将完成的最后日子里所给予的大力支持。感谢Stephanie Orci和Chris Tsai 对初稿进行审核,并从学生的角度帮助我们修订新版本。同时感谢以下审稿者:Austin B. Asgill(南方理工州立大学),Jeff Doughty(东北大学),Buford Furman(圣何塞州立大学),R. Glynn Holt(波士顿大学),Thomas Koon(宾汉姆顿大学),Milivoje Kostic(北伊利诺伊大学),Jay Porter(得克萨斯 A&M 大学)和Yi Wu(宾州大学)。最后,希望借此对Lynda Bishop表达我的感激之情,她为帮助笔者进行手稿的准备工作付出了巨大的努力,对书稿提出了有价值的评论并帮助处理与整部书稿有关的各种事务。

联系方式
笔者和Pearson Prentice Hall以及NI 公司的人员希望与LabVIEW用户建立通信联系,我们鼓励学生就本书及后续版本给我们发送E-mail,提出自己的意见和建议。
Robert H. Bishop
rhbishop@mail.utexas.edu
Erik Luther
National Instruments Academic Resources Manager
erik.luther@ni.com

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