基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)

目 錄
第1章 緒論 （1）
◣ 1.1 虛擬儀器概述 （1）
1.1.1 虛擬儀器的基本概念 （2）
1.1.2 虛擬儀器的構(gòu)成及其分類 （2）
1.1.3 虛擬儀器的設(shè)計(jì)方法 （5）
◣ 1.2 虛擬儀器的發(fā)展及特點(diǎn) （6）
1.2.1 儀器的發(fā)展過程 （7）
1.2.2 虛擬儀器的發(fā)展方向 （7）
1.2.3 虛擬儀器的特點(diǎn) （8）
第2章 圖形化編程語言LabVIEW （9）
◣ 2.1 LabVIEW簡介 （9）
2.1.1 LabVIEW軟件的特點(diǎn) （9）
2.1.2 LabVIEW軟件的安裝 （10）
2.1.3 LabVIEW的主菜單 （11）
2.1.4 LabVIEW的基本開發(fā)環(huán)境 （12）
◣ 2.2 LabVIEW模板簡介 （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 虛擬儀器設(shè)計(jì)示例——虛擬溫度顯示儀 （45）
2.3.1 虛擬溫度顯示儀功能 （47）
2.3.2 實(shí)現(xiàn)原理 （47）
2.3.3 設(shè)計(jì)步驟 （48）
◣ 2.4 虛擬儀器設(shè)計(jì)步驟 （51）
第3章 I/O接口設(shè)備的軟件驅(qū)動(dòng) （53）
◣ 3.1 數(shù)據(jù)采集卡 （53）
3.1.1 數(shù)據(jù)采集卡的組成 （54）
3.1.2 數(shù)據(jù)采集卡的安裝 （55）
3.1.3 數(shù)據(jù)采集卡參數(shù)設(shè)置 （55）
3.1.4 I/O接口設(shè)備PCI-MIO-16E-4數(shù)據(jù)采集卡 （56）
3.1.5 PCI-MIO-16E-4數(shù)據(jù)采集卡的安裝測試與參數(shù)設(shè)置 （57）
3.1.6 Data Acquisition子模板 （63）
3.1.7 設(shè)計(jì)示例[1]--連續(xù)信號采集與顯示儀 （71）
3.1.8 設(shè)計(jì)示例[2]--連續(xù)信號輸出儀 （73）
◣ 3.2 PXI總線簡述 （75）
3.2.1 PXI規(guī)范及其體系結(jié)構(gòu) （75）
3.2.2 PXI總線與PCI總線的性能比較 （76）
3.2.3 I/O接口設(shè)備PXI-6040E數(shù)據(jù)采集卡簡介 （77）
3.2.4 PXI-6040E數(shù)據(jù)采集卡安裝檢驗(yàn)與參數(shù)設(shè)置 （77）
3.2.5 設(shè)計(jì)示例--基于PXI-6040E數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)
采集系統(tǒng) （77）
◣ 3.3 GPIB總線 （79）
3.3.1 GPIB總線接口系統(tǒng)的特點(diǎn) （80）
3.3.2 GPIB總線結(jié)構(gòu) （80）
3.3.3 GPIB總線虛擬儀器測試系統(tǒng)I/O接口設(shè)備的組成 （81）
3.3.4 GPIB子模板 （82）
3.3.5 GPIB總線系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （82）
3.3.6 設(shè)計(jì)示例——keithley2000GPIB虛擬萬用表測試儀 （84）
◣ 3.4 VXI總線簡述 （87）
3.4.1 VXI總線接口系統(tǒng)的特點(diǎn) （88）
3.4.2 VXI總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制器結(jié)構(gòu) （88）
3.4.3 VXI總線虛擬儀器測試系統(tǒng)I/O接口設(shè)備的組成 （89）
3.4.4 VXI子模板簡介 （91）
3.4.5 VXI總線系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （92）
3.4.6 設(shè)計(jì)示例——基于VXI總線儀器模塊的采集系統(tǒng) （94）
◣ 3.5 串口（RS-232/485）簡述 （96）
3.5.1 Serial子模板簡介 （96）
3.5.2 Serial總線虛擬儀器測試系統(tǒng)I/O接口設(shè)備的組成 （97）
3.5.3 Serial總線系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （98）
3.5.4 設(shè)計(jì)示例——串口通信測試儀 （99）
◣ 3.6 VISA簡述 （103）
3.6.1 VISA的由來 （103）
3.6.2 虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)的組成 （103）
3.6.3 VISA的特點(diǎn) （105）
3.6.4 VISA 的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu) （105）
3.6.5 VISA子模板簡介 （106）
3.6.6 設(shè)計(jì)示例——用VISA子模板實(shí)現(xiàn)對GPIB萬用表
的讀寫操作 （110）
第4章 LabVIEW與其他語言的接口方法 （115）
◣ 4.1 LabVIEW與MATLAB的混合編程 （115）
4.1.1 MATLAB環(huán)境介紹 （116）
4.1.2 向量與矩陣的生成與運(yùn)算 （117）
4.1.3 MATLAB的繪圖功能 （120）
4.1.4 在MATLAB環(huán)境下編譯自己的功能函數(shù) （125）
4.1.5 LabVIEW與MATLAB的接口 （127）
◣ 4.2 LabVIEW與C語言接口技術(shù) （130）
4.2.1 CIN圖標(biāo)的調(diào)用及參數(shù)設(shè)置 （131）
4.2.2 CIN的設(shè)計(jì)步驟 （132）
4.2.3 設(shè)計(jì)舉例——用CIN圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)對HY-1232數(shù)據(jù)采
集卡的驅(qū)動(dòng) （136）
第5章 基于一般信號分析處理技術(shù)的虛擬儀器設(shè)計(jì) （147）
◣ 5.1 Signal Processing子模板簡介 （148）
◣ 5.2 Signal Generation子模板 （149）
5.2.1 Signal Generation子模板簡介 （149）
5.2.2 正弦波形發(fā)生器簡介 （150）
◣ 5.3 Time Domain子模板 （152）
5.3.1 Time Domain子模板簡介 （152）
5.3.2 AutoCorrelation.vi圖標(biāo)的調(diào)用 （153）
◣ 5.4 Frequency Domain子模板 （155）
5.4.1 Frequecy Domain子模板簡介 （156）
5.4.2 Real FFT.vi圖標(biāo)的調(diào)用 （156）
◣ 5.5 Window.vi子模板與Filters子模板 （158）
5.5.1 Window.vi子模板簡介 （158）
5.5.2 Filter子模板簡介 （159）
5.5.3 巴特沃斯低通濾波器使用說明 （160）
◣ 5.6 Mathematics子模板 （162）
5.6.1 Mathematics子模板簡介 （163）
5.6.2 Probability and Statistics子模板 （164）
◣ 5.7 設(shè)計(jì)舉例 （165）
5.7.1 設(shè)計(jì)舉例[1]--虛擬正弦波仿真信號發(fā)生器 （165）
5.7.2 設(shè)計(jì)舉例[2]--虛擬正弦波信號頻譜分析儀 （167）
5.7.3 設(shè)計(jì)舉例[3]--虛擬調(diào)制解調(diào)器 （168）
5.7.4 設(shè)計(jì)舉例[4]--虛擬相關(guān)法測量相位差仿真儀 （171）
5.7.5 設(shè)計(jì)舉例[5]--基于譜分析技術(shù)的虛擬相位差計(jì) （176）
5.7.6 設(shè)計(jì)舉例[6]--基于數(shù)字濾波技術(shù)的虛擬頻率補(bǔ)
償儀設(shè)計(jì) （179）
第6章 基于相關(guān)偽隨機(jī)技術(shù)的虛擬儀器設(shè)計(jì) （187）
◣ 6.1 相關(guān)辨識的基礎(chǔ)知識 （188）
6.1.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要描述形式 （188）
6.1.2 系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的卷積表述形式 （189）
6.1.3 由系統(tǒng)的沖激響應(yīng)函數(shù)求系統(tǒng)的頻率特性 （191）
6.1.4 相關(guān)辨識法的優(yōu)點(diǎn) （191）
◣ 6.2 偽隨機(jī)信號 （193）
6.2.1 偽隨機(jī)信號的性質(zhì) （194）
6.2.2 M序列偽隨機(jī)信號的產(chǎn)生 （196）
◣ 6.3 偽隨機(jī)相關(guān)辨識仿真儀設(shè)計(jì)舉例 （197）
6.3.1 設(shè)計(jì)舉例[1]—— 一階系統(tǒng)辨識仿真儀 （198）
6.3.2 設(shè)計(jì)舉例[2]——二階系統(tǒng)辨識仿真儀 （208）
◣ 6.4 設(shè)計(jì)舉例[3]——系統(tǒng)參數(shù)辨識實(shí)測儀 （219）
6.4.1 功能描述 （219）
6.4.2 設(shè)計(jì)原理 （219）
6.4.3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) （226）
6.4.4 系統(tǒng)參數(shù)辨識儀的性能檢驗(yàn) （226）
第7章 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器設(shè)計(jì) （231）
◣ 7.1 概述 （232）
◣ 7.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 （232）
7.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) （232）
7.2.2 神經(jīng)元模型 （234）
7.2.3 神經(jīng)元作用函數(shù) （235）
7.2.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （237）
7.2.5 徑向基（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （242）
◣ 7.3 MATLAB工具箱中的BP與RBF函數(shù) （244）
7.3.1 BP與RBF網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建函數(shù) （244）
7.3.2 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練函數(shù) （246）
7.3.3 網(wǎng)絡(luò)初始化函數(shù) （249）
7.3.4 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)函數(shù) （251）
7.3.5 網(wǎng)絡(luò)仿真函數(shù) （252）
◣ 7.4 設(shè)計(jì)舉例[1]--虛擬壓力傳感器溫度補(bǔ)償儀 （253）
7.4.1 功能描述 （253）
7.4.2 工作原理 （253）
7.4.3 設(shè)計(jì)步驟 （256）
◣ 7.5 設(shè)計(jì)舉例[2]--虛擬三組分氣體成分分析儀的設(shè)計(jì) （259）
7.5.1 功能描述 （260）
7.5.2 工作原理 （260）
7.5.3 設(shè)計(jì)步驟 （263）
7.5.4 設(shè)計(jì)小結(jié) （265）
第8章 小波分析 （267）
◣ 8.1 小波分析基礎(chǔ) （267）
8.1.1 小波分析與短時(shí)傅里葉變換 （268）
8.1.2 離散小波與小波對偶 （271）
8.1.3 小波級數(shù) （273）
8.1.4 多分辨分析初步 （274）
8.1.5 正交小波、尺度函數(shù)和小波系數(shù)CN，n 的求取 （280）
◣ 8.2 MATLAB工具箱中小波分析函數(shù) （283）
◣ 8.3 設(shè)計(jì)舉例[1]--虛擬小波消噪儀 （292）
8.3.1 小波消噪原理 （292）
8.3.2 虛擬小波消噪儀設(shè)計(jì) （294）
◣ 8.4 設(shè)計(jì)舉例[2]--虛擬小波信號提取儀 （297）
8.4.1 小波信號提取原理 （297）
8.4.2 虛擬小波信號提取儀設(shè)計(jì) （298）
第9章 基于混沌技術(shù)的虛擬儀器設(shè)計(jì) （301）
◣ 9.1 概述 （301）
◣ 9.2 混沌技術(shù)基礎(chǔ)知識簡介 （302）
9.2.1 基于Logist迭代方程產(chǎn)生白噪聲的原理 （302）
9.2.2 基于微分方程的混沌發(fā)生器的工作原理 （309）
9.2.3 基于差分方程混沌信號的產(chǎn)生原理 （317）
◣ 9.3 設(shè)計(jì)舉例——虛擬混沌和噪聲發(fā)生器的設(shè)計(jì) （318）
9.3.1 設(shè)計(jì)舉例[1]--虛擬Duffing方程混沌發(fā)生器的設(shè)計(jì) （318）
9.3.2 設(shè)計(jì)舉例[2]--基于微分方程的虛擬混沌發(fā)生器的
設(shè)計(jì) （321）
9.3.3 設(shè)計(jì)舉例[3]--基于差分方程的虛擬混沌發(fā)生器的
設(shè)計(jì) （322）
9.3.4 設(shè)計(jì)舉例[4]--基于MATLAB白噪聲庫函數(shù)的虛 （322）
擬白噪聲發(fā)生器的設(shè)計(jì) （322）
◣ 9.4 設(shè)計(jì)舉例——基于相關(guān)平面的虛擬混沌
和白噪聲辨識儀的設(shè)計(jì) （322）
◣ 9.5 設(shè)計(jì)舉例——基于Logist方程的虛擬白噪聲發(fā)生器 （325）
9.5.1 設(shè)計(jì)舉例[1]--基于Logist方程的虛擬白噪聲仿真儀 （325）
9.5.2 設(shè)計(jì)舉例[2]--基于Logist方程的虛擬簡易
白噪聲發(fā)生器 （328）
9.5.3 設(shè)計(jì)舉例[3]--Logist混沌噪聲發(fā)生器及其性能評
估儀 （330）
第10章 基于模糊理論的虛擬儀器設(shè)計(jì) （333）
◣ 10.1 模糊集合理論概述 （333）
10.1.1 模糊集合的定義及其表示方法 （334）
10.1.2 隸屬函數(shù)的確定方法及常用形式 （336）
10.1.3 模糊集合的基本運(yùn)算 （340）
10.1.4 模糊關(guān)系的定義及合成 （341）
10.1.5 語言變量與模糊推理 （342）
◣ 10.2 模糊傳感器系統(tǒng) （344）
10.2.1 測量結(jié)果“符號化表示”的概念 （345）
10.2.2 模糊傳感器的基本概念和功能 （345）
10.2.3 模糊傳感器的結(jié)構(gòu) （347）
10.2.4 模糊傳感器語言描述的產(chǎn)生方法 （349）
10.2.5 模糊傳感器對測量環(huán)境的適應(yīng)性 （353）
10.2.6 模糊傳感器隸屬函數(shù)的訓(xùn)練算法 （355）
◣ 10.3 應(yīng)用設(shè)計(jì)示例[1]--虛擬模糊熱點(diǎn)溫度分析儀設(shè)計(jì) （358）
10.3.1 功能描述 （359）
10.3.2 工作原理 （359）
10.3.3 設(shè)計(jì)步驟 （361）
◣ 10.4 應(yīng)用設(shè)計(jì)示例[2]--高級虛擬模糊熱點(diǎn)溫度分析儀 （365）
10.4.1 功能描述 （365）
10.4.2 實(shí)現(xiàn)原理 （365）
10.4.3 設(shè)計(jì)步驟 （368）
◣ 10.5 小結(jié) （372）
第11章 網(wǎng)絡(luò)化虛擬智能傳感器系統(tǒng) （373）
◣ 11.1 概述 （373）
◣ 11.2 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議 （374）
11.2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) （374）
11.2.2 協(xié)議簡介 （378）
11.2.3 DataSocket技術(shù) （383）
◣ 11.3 組建智能測控網(wǎng)絡(luò)的兩種模式 （388）
◣ 11.4 在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下遠(yuǎn)程測控功能的實(shí)現(xiàn)與
設(shè)計(jì)舉例 （390）
11.4.1 基于C/S模式的遠(yuǎn)程開關(guān)控制器的設(shè)計(jì) （390）
11.4.2 基于DataSocket技術(shù)的遠(yuǎn)程開關(guān)控制器的設(shè)計(jì) （393）
11.4.3 開發(fā)基于B/S模式的遠(yuǎn)程虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室 （397）
參考文獻(xiàn) （401）