本书介绍虚拟仪器技术 LabVIEW 编程平台的编程方法、编程技术以及系统架构方法。第1章和第2 章介绍 LabVIEW 基本环境的安装、程序实现及调试方法;第3章至第5章介绍 LabVIEW 的数据类型、逻 辑结构以及数组、簇等进阶数据类型;第6章和第7章介绍文件读取与硬件设备的数据采集;第8章和第9 章介绍 LabVIEW 项目实现的方法,包含项目管理工具、LabVIEW 项目设计架构,并且通过万用表校准的 项目详细地介绍通过 LabVIEW 进行项目设计的过程。 本书可以作为高等院校测量技术、通信、自动控制等相关课程的教材和参考书,也可以作为相关工程 技术人员的自学参考书。

随着半导体与计算机技术的不断发展，工业领域面临技术更新加快、系统需求日益复杂的挑战，虚拟仪器技术可以更高效地帮助工程师和科学家进行系统搭建和项目实现。目前，虚拟仪器技术在科研、军工、航空航天、机器人、智能制造等领域都得到了广泛的应用。广大高等院校也开设了虚拟仪器相关课程。为满足广大读者对于虚拟仪器技术的应用需求，作者编著了本书。本书从应用角度出发，通过大量具体案例对虚拟仪器技术进行系统性的论述，帮助读者形成关于虚拟仪器技术应用全面的知识体系。
《LabVIEW虚拟仪器设计指南》为读者呈现了学习虚拟仪器技术过程中关心的理论、技术与应用：
? LabVIEW 的版本管理以及工具包的安装管理；
? LabVIEW的数据结构和逻辑结构；
? LabVIEW的程序调试工具与方法；
? LabVIEW的多线程以及数据流技术；
? LabVIEW的高级编程架构；
? LabVIEW从系统到模块的项目设计实例。
配套 教学课件 微课视频 程序代码。

虚拟仪器技术诞生于20世纪80年代，在测试测量以及控制领域已经得到了广泛的应用。随着科技的不断发展，虚拟仪器技术应用的领域也在不断扩展，如当下热门的5G通信、工业物联网、人工智能等都有虚拟仪器技术的应用。
编者所在课题组一直从事面向国家重大需求的测控系统研发，使用虚拟仪器技术进行测控系统的开发设计已经有几十年的时间，积累了大量的实际操作经验，也是全国高校中较早开展虚拟仪器教学的团队。本着规格严格，功夫到家的校训，在进行人才培养的过程中，十分注重让学生更快地掌握虚拟仪器这门技术，并且作为人才储备进入实际的科研课题进行项目设计。为此，我们在课程设计中十分注重基于项目的模式，通过实际的动手操作加强学生对技术的掌握。
2010年底，为了更好地培养虚拟仪器技术人才、提供优良的项目实践条件，哈尔滨工业大学与美国国家仪器有限公司合作共建了虚拟仪器创新实践基地，建立了数据采集、嵌入式平台、PXI工业总线、机器视觉、口袋实验室等全产品线的虚拟仪器软硬件平台。实践基地面向全校师生开放，并通过举办全国研究生暑期学校等活动面向全国师生开放。作为平台的辅助环节，学校先后成立了学生虚拟仪器技术协会，承办了多次校级虚拟仪器设计大赛，并在2015年以虚拟仪器创新实践基地为核心，承办了第三届全国虚拟仪器大赛，迎接了来自全国近400所学校的1876支队伍。
通过虚拟仪器创新实践基地的培养，每年都为学校相关课题组输送大量技术人才，也为美国国家仪器有限公司输送专业技术人员(占全国招聘人员总数的20%以上)。
经过多年项目开发和人才培养的经验积累，课题组总结出了具有哈尔滨工业大学实干精神的一套技术培养方法，汇总成这本《LabVIEW虚拟仪器设计指南》。北京优诺智奇科技有限公司的刘洋先生也一同编写了此书，刘洋先生曾在美国国家仪器有限公司负责中国区院校计划十余年，常年支持国内各大高校的虚拟仪器技术相关课程建设，建立了几十个虚拟仪器俱乐部和上百个教学实验室，同时是多所学校的企业导师，对虚拟仪器技术如何帮助学生提升工程实践能力有着丰富的经验。
魏德宝老师编写了本书的第1章至第3章，吴艳老师编写了第4章至第6章，付宁老师编写了第7章和第8章，刘洋先生编写了第9章。
本书从实际应用的角度对虚拟仪器技术的学习路径进行设计和编排，如在第1章介绍LabVIEW的软件版本管理、工具包和模块的安装以及第三方工具包的安装和管理； 在第8章对项目文件管理、依赖关系、软件发布和编程设计架构进行了详尽的介绍。这些在其他已出版的相关书籍中都鲜有提及，但是在实际项目开发中却非常重要。
本书在知识点的呈现中力求做到对技术的直观和深入讲解。在编写的过程中得到了美国国家仪器有限公司研发部门的技术支持，从软件架构的角度深入浅出地介绍了虚拟仪器技术以及背后的实现机制，使技术的讲解和实现更加深入和透彻。为了使知识点更易于理解也更加直观，本书并没有限于单纯的技术讲解，而是通过具体的程序实现过程来展示。针对一些不易理解和容易混淆的知识点，则会对程序进行深入的调试和讲解，并且比较了在不同条件下的运行机制和运行结果，同时也介绍了在实际工业应用中的效果。
本书十分注重讲解和实际操作的融合，只有实际动手操作才能真正地掌握技术。本书原创性地设计了近300个范例程序用于讲解对应的知识点，在对每个知识点范例讲解的过程中，详细地描述了操作的步骤，对于一些首次操作的步骤更是提供了特别的讲解。读者可以在阅读过程中按照书中步骤同步进行操作。本书中全部的知识点都有对应的范例，可以作为读者学习过程中操作的练习资料。
本书特别注重知识点相互间的衔接。每章都包含了十几个到几十个小型范例，这些范例程序从每章开始会逐步针对每个知识点进行讲解，每个范例都是在上一个范例的基础上实现新的功能，在每章后所有范例汇总在一起形成一个较为完整的小型项目。这样可以使读者更加清晰地了解各个知识点在项目应用中是如何相互衔接的，终进行完整的项目设计。
本书针对使用虚拟仪器技术进行项目式设计的需求专门设计了第9章。根据真实项目设计的过程，依次从项目背景分析、项目需求分析，设计了项目实现的整体架构和各个子模块。针对每个子模块分别进行项目的功能规划和对应的虚拟仪器技术框架，并详细描述了实现的过程。
本书后将各个子模块汇总完成了整个项目的实现。在整个项目实现的过程中，将全书的虚拟仪器知识点综合运用，同时在项目实现过程中也详细地介绍了有关机器视觉的相关内容。
感谢哈尔滨工业大学自动化测试与控制研究所的彭喜元教授、乔立岩教授和彭宇教授在本书编写过程中提出的宝贵建议及细心指导，他们为本书的编写，以及虚拟仪器创新实践基地的建设和虚拟仪器技术相关课程的改革提供了强大的支持。
感谢清华大学出版社编辑团队的大力支持，他们认真细致的工作保证了本书的质量。
由于编者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，恳请广大读者批评指正！
编者
2021年7月

魏德宝 哈尔滨工业大学副研究员、硕士生导师。长期从事航空航天自动测试系统的研发和教学工作，在虚拟仪器设计与开发领域具有资深的经验。
吴艳 哈尔滨工业大学高级工程师。曾任美国国家仪器有限公司应用工程师，现任哈尔滨工业大学专职实验教师，主要从事虚拟仪器实践教学工作。
付宁 哈尔滨工业大学教授、博士生导师。主要研究方向为虚拟仪器技术、压缩感知技术，并有十余年相关课程教学经验。
刘洋 曾在在美国国家仪器公司任职，主要负责高等学校业务合作与推广。支持多个高校建立了虚拟仪器联合实验室及开设虚拟仪器课程。

第1章虚拟仪器技术介绍
1.1虚拟仪器技术发展史
1.2LabVIEW介绍
1.3LabWindows CVI介绍
1.4LabVIEW NXG介绍
1.5LabVIEW安装版本选择
1.5.1LabVIEW安装的操作系统
1.5.2LabVIEW环境安装的位数
1.5.3LabVIEW安装的语言版本
1.6Windows环境下LabVIEW的安装
1.6.1本地安装
1.6.2通过NI Package Manager在线安装
1.6.3NI Package Manager 安装
1.6.4在NI Package Manager 中安装LabVIEW
1.6.5LabVIEW NXG的安装
1.7LabVIEW的版本管理
1.7.1LabVIEW不同版本间的文件访问
1.7.2LabVIEW的安装路径
1.8LabVIEW模块和驱动的管理
1.8.1LabVIEW与模块版本的支持
1.8.2LabVIEW与对应硬件驱动版本
1.8.3LabVIEW与工具包和驱动的安装顺序
第2章LabVIEW环境基础
2.1创建个LabVIEW程序
2.2在程序框图中部署函数和结构
2.2.1添加随机数节点
2.2.2添加循环结构
2.3在前面板中添加用户界面
2.3.1添加波形图表显示控件
2.3.2添加停止按钮输入控件
2.4在程序框图中进行数据流连接
2.4.1输出随机数据到波形图表
2.4.2将停止接线端连接到While循环
2.5运行与调试程序
2.5.1保存VI文件
2.5.2运行VI文件
2.5.3中止执行VI
2.6LabVIEW VI三要素
2.6.1程序框图
2.6.2前面板
2.6.3连线板和图标
2.7基于数据流的编程模式
2.8LabVIEW VI的基本调试
2.8.1调试工具
2.8.2LabVIEW的即时帮助工具
2.8.3LabVIEW的范例查找器
第3章LabVIEW基本数据类型
3.1数值
3.1.1数值数据类型的概念
3.1.2数值类型的表示法
3.1.3数值数据的运算
3.1.4数值数据的显示和可视化
3.1.5数值运算的类型转换
3.2布尔
3.2.1布尔数据类型的概念
3.2.2在前面板放置布尔控件
3.2.3布尔数据的运算
3.2.4密码锁实现实例
3.3字符串
3.3.1字符串的概念
3.3.2字符串在硬件通信中的应用
3.3.3字符串运算操作实例
3.3.4字符串的转换
第4章基本结构
4.1顺序结构
4.1.1顺序结构的概念
4.1.2顺序结构使用实例
4.1.3数据流与顺序结构
4.1.4顺序结构实现初始化实例
4.2While循环
4.2.1While循环的概念
4.2.2While循环与定时
4.2.3数据流与While循环
4.2.4While循环与连续执行
4.3For循环
4.3.1For循环的概念
4.3.2For循环与While循环比较实例
4.4条件结构
4.4.1条件结构的概念
4.4.2条件结构的应用
4.4.3条件结构的隧道
4.4.4条件结构隧道输出默认值
第5章进阶数据类型
5.1数组
5.1.1数组的概念
5.1.2数组的元素数据类型
5.1.3数组的类型
5.1.4数组的索引
5.1.5数组的使用
5.2簇
5.2.1簇的概念
5.2.2簇的操作
5.2.3簇的数据捆绑功能
5.3LabVIEW中数据流的可视化
5.3.1前面板的数据可视化
5.3.2前面板控件的可视化操作
5.3.3程序框图中的数据流可视化
第6章文件读写
6.1LabVIEW与数据输入输出
6.2文件读写的概念
6.3文件读写的类型
6.4文件操作的一般步骤
6.4.1文本文件写入实例
6.4.2路径
6.4.3路径和相对路径
6.5文件操作的Express VI
6.5.1Express VI
6.5.2通过Express VI进行波形文件写入实例
6.5.3通过Express VI进行波形文件读取实例
6.5.4Express VI的特点
6.6底层VI
6.6.1使用TDMS写入文件实例
6.6.2使用TDMS读取文件实例
6.7高效的文件读取
6.7.1底层VI和Express VI的比较
6.7.2文件保存和流盘的概念
6.7.3TDMS文件的高速写入实例
第7章硬件输入与输出
7.1数据采集的基本概念
7.1.1数据采集的基本原理
7.1.2数据采集硬件的一般参数
7.1.3信号调理
7.1.4触发
7.2NI Measurement and Automation Explorer
7.3模拟采集
7.3.1模拟采集的概念
7.3.2模拟采集的类型
7.3.3数据采集的一般过程
7.3.4模拟电压有限点采集实例
7.3.5连续模拟采集
7.4模拟输出
7.4.1输出采样率与输出波形频率关系实例
7.4.2有限点模拟电压输出实例
7.4.3模拟输出任务实际的输出信号
7.4.4连续模拟输出实例
7.4.5模拟输出需要注意的问题
7.4.6动态的模拟输出
7.5数字采集
7.5.1数字采集的概念
7.5.2线和组的概念
7.5.3数字I/O的输入与输出定义
7.5.4数字I/O电平标准
7.5.5数字有限点采集任务
7.5.6数字连续采集任务
7.6数字有限点输出任务
7.7计数器
7.7.1计数器的基本概念
7.7.2计数器的典型应用
第8章LabVIEW架构
8.1项目浏览器
8.1.1项目浏览器介绍
8.1.2项目浏览器的组成
8.1.3使用项目浏览器管理文件
8.1.4使用项目浏览器管理LabVIEW发布版本
8.2虚拟文件夹
8.2.1自动更新文件夹实例
8.2.2解决冲突实例
8.3依赖关系
8.4LabVIEW程序发布生成规范
8.4.1发布应用程序（EXE）实例
8.4.2发布安装程序实例
8.5变量
8.5.1LabVIEW中的变量
8.5.2变量竞争
8.5.3变量的数据缓冲

8.5.4使用共享变量传递数据实例
8.6队列
8.6.1队列的典型应用
8.6.2不同速率的循环之间传递数据实例
8.7事件结构
8.7.1事件结构的概念
8.7.2事件结构的构成
8.7.3事件结构响应用户事件
8.7.4基于用户事件响应的波形发生器实例
8.8生产者消费者结构
8.8.1生产者消费者结构的构成
8.8.2生产者消费者结构进行数据采集和数据流盘实例
8.9状态机
8.9.1状态机结构
8.9.2状态机实例
第9章LabVIEW项目实践万用表校准分类
9.1项目应用背景介绍
9.2项目需求
9.3项目挑战
9.3.1连接方式与信号调理
9.3.2待校准设备数值的读取
9.3.3标准设备读取的激励信号
9.3.4图像采集的需求
9.4项目整体架构
9.5项目分解一： 模拟电压输出与采集
9.5.1项目规划
9.5.2项目实现
9.6项目分解二： 图像采集
9.6.1图像采集硬件连接
9.6.2图像采集硬件调试
9.6.3通过程序获取图像
9.7项目分解三： OCR识别
9.7.1颜色提取
9.7.2建立坐标系
9.7.3建立ROI
9.7.4设定OCR 参数
9.7.5生成LabVIEW VI
9.8项目整合