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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 LVDT40

2.7.7 RVDT41

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／LXI44

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CompactRIO67

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CompactDAQ72

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SCPI86

3.7.3虚拟仪器软件架构VISA87

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 VI139

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VI224

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