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第1章 绪论1

1.1 虚拟仪器概述1

1.1.1 虚拟仪器的基本概念2

1.1.2 虚拟仪器的构成及其分类2

1.1.3 虚拟仪器的设计方法5

1.2 虚拟仪器的发展及特点6

1.2.1 仪器的发展过程7

1.2.2 虚拟仪器的发展方向7

1.2.3 虚拟仪器的特点8

第2章 图形化编程语言LabVIEW9

2.1 LabVIEW简介9

2.1.1 LabVIEW软件的特点9

2.1.2 LabVIEW软件的安装10

2.1.3 LabVIEW的主菜单11

2.1.4 LabVIEW的基本开发环境12

2.2 LabVIEW模板简介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 虚拟仪器设计示例——虚拟温度显示仪45

2.3.1 虚拟温度显示仪功能47

2.3.2 实现原理47

2.3.3 设计步骤48

2.4 虚拟仪器设计步骤51

第3章 I/O接口设备的软件驱动53

3.1 数据采集卡53

3.1.1 数据采集卡的组成54

3.1.2 数据采集卡的安装55

3.1.3 数据采集卡参数设置55

3.1.4 I/O接口设备PCI-MIO-16E-4数据采集卡56

3.1.5 PCI-MIO-16E-4数据采集卡的安装测试与参数设置57

3.1.6 Data Acquisition子模板63

3.1.7 设计示例［1］——连续信号采集与显示仪71

3.1.8 设计示例［2］——连续信号输出仪73

3.2 PXI总线简述75

3.2.1 PXI规范及其体系结构75

3.2.2 PXI总线与PCI总线的性能比较76

3.2.3 I/O接口设备PXI-6040E数据采集卡简介77

3.2.4 PXI-6040E数据采集卡安装检验与参数设置77

3.2.5 设计示例——基于PXI-6040E数据采集卡的数据采集系统77

3.3 GPIB总线79

3.3.1 GPIB总线接口系统的特点80

3.3.2 GPIB总线结构80

3.3.3 GPIB总线虚拟仪器测试系统I/O接口设备的组成81

3.3.4 GPIB子模板82

3.3.5 GPIB总线系统软件设计82

3.3.6 设计示例——keithley2000GPIB虚拟万用表测试仪84

3.4 VXI总线简述87

3.4.1 VXI总线接口系统的特点88

3.4.2 VXI总线系统的结构和控制器结构88

3.4.3 VXI总线虚拟仪器测试系统I/O接口设备的组成89

3.4.4 VXI子模板简介91

3.4.5 VXI总线系统软件设计92

3.4.6 设计示例——基于VXI总线仪器模块的采集系统94

3.5 串口（RS-232/485）简述96

3.5.1 Serial子模板简介96

3.5.2 Serial总线虚拟仪器测试系统I/O接口设备的组成97

3.5.3 Serial总线系统软件设计98

3.5.4 设计示例——串口通信测试仪99

3.6 VISA简述103

3.6.1 VISA的由来103

3.6.2 虚拟仪器软件体系结构的组成103

3.6.3 VISA的特点105

3.6.4 VISA的基本内部结构105

3.6.5 VISA子模板简介106

3.6.6 设计示例——用VISA子模板实现对GPIB万用表的读写操作110

第4章 LabVIEW与其他语言的接口方法115

4.1 LabVIEW与MATLAB的混合编程115

4.1.1 MATLAB环境介绍116

4.1.2 向量与矩阵的生成与运算117

4.1.3 MATLAB的绘图功能120

4.1.4 在MATLAB环境下编译自己的功能函数125

4.1.5 LabVIEW与MATLAB的接口127

4.2 LabVIEW与C语言接口技术130

4.2.1 CIN图标的调用及参数设置131

4.2.2 CIN的设计步骤132

4.2.3 设计举例——用CIN图标实现对HY-1232数据采集卡的驱动136

第5章 基于一般信号分析处理技术的虚拟仪器设计147

5.1 Signal Processing子模板简介148

5.2 Signal Generation子模板149

5.2.1 Signal Generation子模板简介149

5.2.2 正弦波形发生器简介150

5.3 Time Domain子模板152

5.3.1 Time Domain子模板简介152

5.3.2 AutoCorrelation.vi图标的调用153

5.4 Frequency Domain子模板155

5.4.1 Frequecy Domain子模板简介156

5.4.2 Real FFT.vi图标的调用156

5.5 Window.vi子模板与Filters子模板158

5.5.1 Window.vi子模板简介158

5.5.2 Filter子模板简介159

5.5.3 巴特沃斯低通滤波器使用说明160

5.6 Mathematics子模板162

5.6.1 Mathematics子模板简介163

5.6.2 Probability and Statistics子模板164

5.7 设计举例165

5.7.1 设计举例［1］——虚拟正弦波仿真信号发生器165

5.7.2 设计举例［2］——虚拟正弦波信号频谱分析仪167

5.7.3 设计举例［3］——虚拟调制解调器168

5.7.4 设计举例［4］——虚拟相关法测量相位差仿真仪171

5.7.5 设计举例［5］——基于谱分析技术的虚拟相位差计176

5.7.6 设计举例［6］——基于数字滤波技术的虚拟频率补偿仪设计179

第6章 基于相关伪随机技术的虚拟仪器设计187

6.1 相关辨识的基础知识188

6.1.1 系统数学模型的主要描述形式188

6.1.2 系统输入输出关系的卷积表述形式189

6.1.3 由系统的冲激响应函数求系统的频率特性191

6.1.4 相关辨识法的优点191

6.2 伪随机信号193

6.2.1 伪随机信号的性质194

6.2.2 M序列伪随机信号的产生196

6.3 伪随机相关辨识仿真仪设计举例197

6.3.1 设计举例［1］——一阶系统辨识仿真仪198

6.3.2 设计举例［2］——二阶系统辨识仿真仪208

6.4 设计举例［3］——系统参数辨识实测仪219

6.4.1 功能描述219

6.4.2 设计原理219

6.4.3 设计实现226

6.4.4 系统参数辨识仪的性能检验226

第7章 基于神经网络的虚拟仪器设计231

7.1 概述232

7.2 神经网络基础知识232

7.2.1 神经网络结构232

7.2.2 神经元模型234

7.2.3 神经元作用函数235

7.2.4 BP神经网络237

7.2.5 径向基（RBF）神经网络242

7.3 MATLAB工具箱中的BP与RBF函数244

7.3.1 BP与RBF网络创建函数244

7.3.2 网络训练函数246

7.3.3 网络初始化函数249

7.3.4 网络学习函数251

7.3.5 网络仿真函数252

7.4 设计举例［1］——虚拟压力传感器温度补偿仪253

7.4.1 功能描述253

7.4.2 工作原理253

7.4.3 设计步骤256

7.5 设计举例［2］——虚拟三组分气体成分分析仪的设计259

7.5.1 功能描述260

7.5.2 工作原理260

7.5.3 设计步骤263

7.5.4 设计小结265

第8章 小波分析267

8.1 小波分析基础267

8.1.1 小波分析与短时傅里叶变换268

8.1.2 离散小波与小波对偶271

8.1.3 小波级数273

8.1.4 多分辨分析初步274

8.1.5 正交小波、尺度函数φ（x）和小波系数CN，n的求取280

8.2 MATLAB工具箱中小波分析函数283

8.3 设计举例［1］——虚拟小波消噪仪292

8.3.1 小波消噪原理292

8.3.2 虚拟小波消噪仪设计294

8.4 设计举例［2］——虚拟小波信号提取仪297

8.4.1 小波信号提取原理297

8.4.2 虚拟小波信号提取仪设计298

第9章 基于混沌技术的虚拟仪器设计301

9.1 概述301

9.2 混沌技术基础知识简介302

9.2.1 基于Logist迭代方程产生白噪声的原理302

9.2.2 基于微分方程的混沌发生器的工作原理309

9.2.3 基于差分方程混沌信号的产生原理317

9.3 设计举例——虚拟混沌和噪声发生器的设计318

9.3.1 设计举例［1］——虚拟Duffing方程混沌发生器的设计318

9.3.2 设计举例［2］——基于微分方程的虚拟混沌发生器的设计321

9.3.3 设计举例［3］——基于差分方程的虚拟混沌发生器的设计322

9.3.4 设计举例［4］——基于MATLAB白噪声库函数的虚拟白噪声发生器的设计322

9.4 设计举例——基于相关平面的虚拟混沌和白噪声辨识仪的设计322

9.5 设计举例——基于Logist方程的虚拟白噪声发生器325

9.5.1 设计举例［1］——基于Logist方程的虚拟白噪声仿真仪325

9.5.2 设计举例［2］——基于Logist方程的虚拟简易白噪声发生器328

9.5.3 设计举例［3］——Logist混沌噪声发生器及其性能评估仪330

第10章 基于模糊理论的虚拟仪器设计333

10.1 模糊集合理论概述333

10.1.1 模糊集合的定义及其表示方法334

10.1.2 隶属函数的确定方法及常用形式336

10.1.3 模糊集合的基本运算340

10.1.4 模糊关系的定义及合成341

10.1.5 语言变量与模糊推理342

10.2 模糊传感器系统344

10.2.1 测量结果“符号化表示”的概念345

10.2.2 模糊传感器的基本概念和功能345

10.2.3 模糊传感器的结构347

10.2.4 模糊传感器语言描述的产生方法349

10.2.5 模糊传感器对测量环境的适应性353

10.2.6 模糊传感器隶属函数的训练算法355

10.3 应用设计示例［1］——虚拟模糊热点温度分析仪设计358

10.3.1 功能描述359

10.3.2 工作原理359

10.3.3 设计步骤361

10.4 应用设计示例［2］——高级虚拟模糊热点温度分析仪365

10.4.1 功能描述365

10.4.2 实现原理365

10.4.3 设计步骤368

10.5 小结372

第11章 网络化虚拟智能传感器系统373

11.1 概述373

11.2 网络体系结构与协议374

11.2.1 网络体系结构374

11.2.2 协议简介378

11.2.3 DataSocket技术383

11.3 组建智能测控网络的两种模式388

11.4 在LabVIEW开发环境下远程测控功能的实现与设计举例390

11.4.1 基于C/S模式的远程开关控制器的设计390

11.4.2 基于DataSocket技术的远程开关控制器的设计393

11.4.3 开发基于B/S模式的远程虚拟仪器实验室397

参考文献401