虚拟仪器技术与应用

党的二十大报告指出，“推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎。”虚拟仪器技术广泛应用于机械工业、国防航天、半导体、院校科研、无线通信、交通运输、汽车、能源等各个领域，是计算机技术与仪器技术深层次结合的产物。它利用了高性能模块化的硬件，结合了高效灵活的软件，具有传统仪器无法比拟的优势。随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的发展，虚拟仪器技术也得到了迅猛发展，在功能上不断加强，应用领域也不断扩大。在虚拟仪器技术领域，应用最普遍的软件开发环境是NI公司的 LabVIEW。
本书通过理论与实践一体化项目的形式，深入浅出地介绍了虚拟仪器的软件编程和硬件设备系统构建。虚拟仪器软件部分介绍LabVIEW的编程方法，硬件设备主要介绍实验室普遍使用的多功能虚拟仪器教学平台NI ELVIS Ⅲ，以及学生竞赛创新活动常用的便携式可编程测量设备NI myDAQ、嵌入式开发平台NI myRIO。
本书共分3篇12个项目，第1篇LabVIEW基本使用和第2篇基于LabVIEW的测控系统设计为必修内容，参考学时为56～70学时；第3篇创新设计可作为学生课程设计的内容。
本书是“国家职业教育（智能控制技术）专业教学资源库”网络课程资源建设项目——“虚拟仪器技术与应用（创新课程）”的配套教材，读者可以通过微知库网站加入在线开放课程的学习。
书中详细介绍每个项目的硬件构成，并配有视频，读者可以根据需要自己搭建源程序。
本书由苏州市职业大学刘科、张微主编，宋佳、宋秦中、陈光红参编。苏州科技大学许洪华、北京曾益慧创科技有限公司刘浩工程师、上海恩艾仪器有限公司高明泽工程师和北京中科泛华测控技术有限公司提供了部分资料和项目案例，在此一并表示感谢。全书由刘科负责统稿。
因编者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，恳切希望广大读者批评指正。

全书由LabVIEW基本使用、基于LabVIEW的测控系统设计和创新设计3篇共12个项目构成。第1篇通过5个项目介绍LabVIEW的基本使用；第2篇由3个独立的测控项目构成，详细介绍了硬件构成、软件实现以及系统调试；第3篇为4个创新设计，给出项目要求等信息，要求根据前两篇的内容设计测控系统，并给出参考设计。
本书内容由浅入深、由简单到复杂；有边学边做的内容，也可自己设计内容；在教学中可调动学生积极性、激发学生求知欲和探索精神。每个项目的完成都能使他们获得很大的成就感，增强自信心和工程意识。
本书可作为高等职业院校电子信息类、自动化类及相关专业的教材，也可供虚拟仪器的初学者使用。

刘科，苏州市职业大学，教授。主要讲授电路、数字电子、模拟电子、虚拟仪器（LabVIEW）等课程，具有丰富的教学经验。

前言
二维码资源清单
第1篇LabVIEW基本使用
项目1认识LabVIEW项目目标
任务1.1认识虚拟仪器
1.1.1虚拟仪器简介
1.1.2LabVIEW简介
任务1.2认识VI
1.2.1VI简介
1.2.2VI的组成
1.2.3VI的前面板
1.2.4VI的程序框图
1.2.5VI的图标/连线板
任务1.3创建VI
1.3.1创建一个简单的VI
1.3.2子VI的创建和调用
任务1.4数据流和运行及调试VI 
1.4.1数据流
1.4.2运行及调试VI
1.5思考题
项目2认识LabVIEW中的数据类型项目目标
任务2.1字符串型数据操作
2.1.1认识控件与函数选板
2.1.2字符串的显示方式
2.1.3日期时间的显示
任务2.2数值型数据操作
2.2.1认识控件与函数选板
2.2.2数值属性
2.2.3数值表示法
2.2.4用随机数产生模拟温度
2.2.5比较函数
2.2.6温度的比较与警示
任务2.3布尔型数据操作
2.3.1认识控件与函数选板
2.3.2机械动作
2.3.3简单的布尔操作
2.3.4温度报警程序设计
任务2.4数组和簇操作
2.4.1认识控件与函数选板
2.4.2创建数组
2.4.3数组的大小和索引运算
2.4.4字节数组和浮点数之间的相互转换
2.4.5布尔数组与数值之间的转换
2.4.6创建和使用簇
2.4.7簇的编号与排序
2.4.8簇与数组的相互转换
任务2.5图形数据操作
2.5.1生成波形数据
2.5.2分析处理波形数据
2.5.3显示波形数据
2.5.4图形数据操作
2.6思考题
项目3应用结构设计程序项目目标
任务3.1应用For循环设计VI
3.1.1设计循环计数器
3.1.2利用For循环创建二维数组
3.1.3移位寄存器的使用
任务3.2应用While循环设计VI
3.2.1设计复数运算VI
3.2.2设计温度转换与报警VI
3.2.3设计循环累加器
3.2.4利用移位寄存器循环点亮指示灯
任务3.3应用条件结构设计VI
3.3.1真假条件应用 
3.3.2多种选择条件应用
任务3.4应用顺序结构设计VI
3.4.1顺序结构
3.4.2编写顺序点亮指示灯VI 
任务3.5应用事件结构设计VI
3.5.1事件结构
3.5.2编写指示灯状态控制VI
3.6思考题
项目4数据的读写与存储项目目标
任务4.1存取文本文件
任务4.2存取二进制文件
任务4.3存取电子表格文件
任务4.4存取波形文件
任务4.5存取数据记录文件
任务4.6存取TDMS文件
4.7思考题
项目5典型虚拟仪器实验设备的使用项目目标
任务5.1构建虚拟仪器测控系统
5.1.1选择传感器
5.1.2选择数据采集硬件
5.1.3选择仪器总线
5.1.4选择系统处理器
5.1.5选择仪器驱动
5.1.6选择系统应用开发软件
任务5.2认识几种虚拟仪器设备
5.2.1NI ELVIS Ⅲ
5.2.2使用NI ELVIS Ⅲ仪器
5.2.3NI myDAQ
5.2.4使用myDAQ仪器
5.2.5NI myRIO
5.2.6NI myRIO硬件规格及扩展外围 I/O
任务5.3简单的测量I/O程序设计
5.3.1编写ELVIS Ⅲ操作程序
5.3.2数字量采集程序设计
5.3.3数字量输出程序设计
5.3.4模拟量采集程序设计
5.3.5模拟量输出程序设计
5.4思考题第2篇基于LabVIEW的测控系统设计
项目6交通灯控制系统设计
【项目描述】
项目目标
任务要求
实践环境
任务6.1设计控制系统的前面板
6.1.1前面板布置
6.1.2制作交通灯控件
6.1.3制作表格
任务6.2实现交通灯控制逻辑
功能
6.2.1交通灯控制逻辑设计
6.2.2用For循环实现倒计时
任务6.3设计交通灯控制系统
拓展任务6.4系统调试
6.5思考题
项目7温度预警系统设计
【项目描述】
项目目标
任务要求
实践环境
任务7.1设计系统前面板
任务7.2模拟采集温度信号
7.2.1温度信号采集
7.2.2分析处理温度信号
7.2.3温度预警程序设计
任务7.3温度预警系统设计
7.3.1温度预警系统硬件设计
7.3.2温度预警系统软件设计
任务7.4温度预警系统调试
7.5思考题
项目8自动门控制仿真系统设计
【项目描述】
项目目标
任务要求
实践环境
任务8.1前面板设计
8.1.1自动门动画设计
8.1.2布尔控件制作
8.1.3自动门前面板设计
任务8.2基于状态机的自动门程序结构设计
8.2.1自动门系统工作流程
8.2.2使用基本状态机设计程序
任务8.3自动门控制仿真程序设计
8.3.1等待状态设计
8.3.2开门和关门状态设计
8.3.3停止、退出和初始化状态设计
拓展任务8.4系统调试
8.5思考题
第3篇创 新 设 计
项目9基于myDAQ的体温测量仪设计
【项目描述】
项目目标
任务要求
实践环境
任务9.1体温测量仪硬件系统设计
任务9.2指示灯控制程序设计
任务9.3温度信号采集程序设计
9.3.1温度信号采集主程序设计
9.3.2温度比较子程序设计
9.3.3调用温度比较子程序
任务9.4体温测量仪系统程序设计
9.4.1系统程序结构设计
9.4.2系统程序设计
9.4.3前面板设计
拓展任务9.5系统调试
9.6思考题
项目10基于myDAQ的音频信号处理系统设计
【项目描述】
项目目标
任务要求
实践环境
任务10.1编写myDAQ操作程序
10.1.1配置与采集硬件数据
10.1.2编写程序
任务10.2LabVIEW声音信号处理
10.2.1时域波形和频谱
10.2.2低通滤波器处理
10.2.3高通滤波器处理
任务10.3音频信号处理系统设计
10.3.1程序设计
10.3.2系统调试
10.4思考题
项目11基于myRIO的智能楼道灯控制系统设计
【项目描述】
项目目标
任务要求
实践环境
任务11.1编写测控程序
11.1.1准备工作
11.1.2创建一个myRIO 项目
11.1.3运行调试myRIO 项目
任务11.2LED灯的手、自动控制
11.2.1建立接口电路
11.2.2编写LabVIEW程序
任务11.3基于光敏传感器的LED灯控制
11.3.1建立接口电路
11.3.2编写LabVIEW程序
任务11.4基于人体红外传感器的LED灯控制
11.4.1建立接口电路
11.4.2编写LabVIEW程序
拓展任务11.5整体系统调试
11.6思考题
项目12数字存储式录音系统设计
【项目描述】
项目目标
任务要求
任务分析
实践环境
任务12.1声音数据采集
12.1.1声卡工作原理
12.1.2声卡的主要技术参数
12.1.3LabVIEW中的声音函数
任务12.2前面板设计
任务12.3程序框图设计
12.3.1系统流程图
12.3.2系统架构设计
12.3.3声音数据采集与播放
任务12.4运行调试
12.5思考题
参考文献

全书由LabVIEW基本使用、基于LabVIEW的测控系统设计和创新设计3篇共12个项目构成。第1篇通过5个项目介绍LabVIEW的基本使用；第2篇由3个独立的测控项目构成，详细介绍了硬件构成、软件实现以及系统调试；第3篇为4个创新设计，给出项目要求等信息，要求根据前两篇的内容设计测控系统，并给出参考设计。
本书内容由浅入深、由简单到复杂；有边学边做的内容，也可自己设计内容；在教学中可调动学生积极性、激发学生求知欲和探索精神。每个项目的完成都能使他们获得很大的成就感，增强自信心和工程意识。
本书可作为高等职业院校电子信息类、自动化类及相关专业的教材，也可供虚拟仪器的初学者使用。

刘科，苏州市职业大学，教授。主要讲授电路、数字电子、模拟电子、虚拟仪器（LabVIEW）等课程，具有丰富的教学经验。