精通LabVIEW信号处理(第2版)(LabVIEW研究院) 9787302516316

编辑推荐

本书不同于以往的虚拟仪器教程，一般的图书都只注重虚拟仪器图形化编程软件LabVIEW的操作技能，本书简单讲解LabVIEW软件的基本编程，重点讲解LabVIEW软件在信号处理中的应用，把LabVIEW与大学课程信号处理和图像处理结合起来重点讲解其应用，并增加了实验内容。读者学习完后，读者将会真正掌握LabVIEW在信号处理中的广泛应用和实例分析。

作者简介

作者：周鹏

1980年生，山东莱芜人，现任教于安徽工程大学电气工程学院，烟台大学光电信息学院硕士研究生毕业，研究生期间主持参与的“TMS320F2812-DSP双机平台和LabVIEW的虚拟仪器系统设计”获山东省首届研究生优秀科技创新成果三等奖。从事LabVIEW学习与开发多年，多次指导学生参加NI公司一年一度的毕业论文设计竞赛。主持参与基于LabVIEW的基金项目多项，发表基于LabVIEW的文章多篇。

目录

目录

第1章绪论

11G语言与虚拟仪器概述

111G语言的概念

112虚拟仪器的概念及构成分类

113虚拟仪器的国内外研究现状

12LabVIEW概述及程序组成

121LabVIEW概述

122LabVIEW的程序组成

习题

第2章LabVIEW编程实现

21基本概念

211前面板

212程序框图

213子VI与子程序

214图标/连接端口

215“工具”选板

216“控件”选板

217“函数”选板

218Express VI

22数据类型与操作

221数值型

222布尔型

223字符串与路径

23数据结构

231数组

232簇

233矩阵

234波形数据

24程序结构

241循环结构

242顺序结构

243条件结构

244事件结构

245公式节点与脚本

246局部变量、全局变量与属性节点

25程序调试、项目浏览器与可执行文件的生成

251程序调试

252项目浏览器

253可执行文件的生成

26图形显示

261波形图表

262波形图

263XY图

264强度图和强度图表

265数字波形图

266混合信号图

267二维图形

268三维图形

习题

第3章基于LabVIEW的数学分析

31图形化编程与数学分析

32初等与特殊函数

33函数计算、微积分与微分方程

331函数计算

332微积分

333微分方程

34线性代数

35概率与统计

351基本概念

352常用的随机变量的数字特征

353LabVIEW中概率与统计函数VI

36拟合与插值

361拟合

362插值

37最优化与零点求解

371最优化

372零点求解

38MathScript节点

381MathScript节点概述

382LabVIEW中MathScript节点使用

习题

第4章基于LabVIEW的信号发生、分析与处理

41信号的发生

411基本函数发生器

412基本多频信号发生器

413白噪声信号发生器

414高斯白噪声信号发生器

415周期随机噪声信号发生器

42信号的时域分析与处理

421基本平均直流均方根

422平均直流均方根

423周期平均值和均方根

424瞬态特性测量

425脉冲测量

426幅值和电平测量

427提取单频信息

428提取混合单频信息

429卷积积分

4210相关分析

4211谐波失真分析

43信号的频域分析与处理

431傅里叶变换

432Hilbert变换

433功率谱分析

434联合时频分析

435窗函数

436LabVIEW中其他频域分析处理VI

44波形测量与信号调理

441波形测量

442信号调理

45波形监测与逐点信号分析

451波形监测

452逐点信号分析

习题

第5章基于LabVIEW的滤波器设计

51数字滤波器概述

511数字滤波器的基本概念

512数字滤波器的分类

513实际（非理想）数字滤波器的类型

514实际（非理想）数字滤波器的基本参数设置

515数字滤波器的选择

52LabVIEW中的数字滤波器

521Express VI的滤波器VI

522波形调理VI的滤波器VI

523“函数”选板的滤波器VI

53FIR滤波器设计

54Butterworth（巴特沃斯）滤波器

55Chebyshev（切比雪夫）滤波器

56反Chebyshev(切比雪夫)滤波器

57椭圆滤波器

58贝塞尔滤波器

59中值滤波器

510自适应滤波器

5101自适应滤波器概述

5102自适应滤波器结构原理及算法

5103基于LabVIEW的自适应滤波器的设计实现

习题

第6章基于LabVIEW的数字图像处理实现

61图像处理概述

62IMAQ模块

621“Vision控件”选板

622“视觉与运动”子函数选板

63Vision Assistant 2017

64图像读取与保存

641图像文件格式简介

642读取图像

643保存图像

65基于LabVIEW的图像增强设计实现

651灰度变换

652中值滤波

653锐化滤波

习题

第7章与其他应用软件的接口

71LabVIEW的ActiveX编程

711ActiveX概述

712ActiveX控件容器

713ActiveX函数

714LabVIEW作为ActiveX客户端

715LabVIEW作为ActiveX服务器

716ActiveX事件

72与MATLAB语言接口技术

721MATLAB概述

722MATLAB脚本节点在LabVIEW中的调用

723使用ActiveX函数与MATLAB接口

724两种调用MATLAB方法的比较

73LabVIEW对Windows库函数的调用

731动态链接库（DLL）与API概述

732CIN节点与CLF节点

733调用Windows API

74LabVIEW对DDE函数的调用

习题

第8章基于LabVIEW的小波变换实现

81小波变换的基本理论

811小波变换概述

812从傅里叶变换到小波变换

813常用的小波函数

82在LabVIEW中实现小波变换

83基于LabVIEW与MATLAB的小波去噪算法实现

831小波去噪方法概述

832小波去噪算法的LabVIEW实现

习题

第9章基于LabVIEW的实验设计与实现

91子VI的创建与调用——虚拟温度测量仪的设计与数据显示分析实验

92LabVIEW的MathScript窗口和MathScript节点的使用实验

93信号的分析与处理实验

94基于LabVIEW的简易虚拟示波器设计

95基于LabVIEW的多功能信号发生器设计

96基于LabVIEW的虚拟滤波器设计

习题

参考文献

序言

第2版前言
本书第1版自出版以来，受到了很多读者的欢迎，很多读者也对此书的内容、编排提出了诸多宝贵意见。基于此，我们对本书进行了如下修订。
(1) 使用目前NI公司发布的LabVIEW最新版软件——LabVIEW 2017对所有实例加以修订，删除了旧版软件中一些程序和内容，替换了每章中相关的图表，让界面更加优化。其中，第3章、第5~8章的实例运行环境需安装合法的LabVIEW 2017相关的工具包，用户可以向NI公司购买或从NI官网下载评估版。
(2) 修订了第1版中图表、文字、公式中的一些问题。
(3) 第1章增加了虚拟仪器最新的研究现状和发展趋势。
(4) 第7章删除了与新版软件不兼容的相关章节和实例。
(5) 第9章内容变动较大，增加了实验内容，以实验设计与实现的方式说明如何使用LabVIEW软件设计相关实验，让读者更好地掌握相关知识。
在本书的修订过程中得到了NI公司以及高明泽工程师的大力帮助，安徽工程大学电气工程学院院长凌有铸教授给予了重要指导，同时众多师生对本书的修订提出了许多宝贵的建议，在此一并表示衷心的感谢!
本书立项为2017年度高等学校安徽省级规划教材（项目编号： 2017ghjc163），也是安徽高校省级质量工程项目——新工科研究与实践项目（项目编号： 2017xgkxm26）和校企合作实践教育基地项目（项目编号： 2017sjjd022）的研究成果。本书可作为高等院校相关新工科专业和实践教育教学环节的教材或教学参考书。
本书成书仓促，作者水平有限，不妥之处在所难免，恳请读者和同行专家批评指正。
本书配套的实例源文件、课件可通过扫描图书封底的二维码获取，部分课后习题参考答案可以发送邮件到zhpytu@163com获取。
周鹏
2018年7月于安徽工程大学

前言
LabVIEW是实验室虚拟仪器工程平台（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器（National Instruments，简称NI公司）推出的一种基于图形化编程语言方式的创新软件产品，是一个目前应用最广泛、发展最快、功能最强的集成化虚拟仪器开发环境。LabVIEW的特点在于它使用图形化编程语言在程序框图中创建源程序，即用程序框图代替了传统的程序代码，运行方便，编程简单易懂。LabVIEW具有模块化特性，有利于程序的可重用性。LabVIEW将软件的界面设计与功能设计独立开来，修改人机界面无须对整个程序进行调整，LabVIEW是利用数据流框图接收指令，使程序简单明了，充分发挥了G语言的优点，这就大大缩短了虚拟仪器的开发周期，消除了虚拟仪器编程的复杂过程。而通用的编程软件需利用组件技术实现软面板的设计，这使程序设计变得非常麻烦。自1986年LabVIEW诞生至今，目前已广泛用于电子信息技术、测试测量、控制理论、振动分析、跨平台设计等应用领域。
本书主要讲述LabVIEW在电子信息技术尤其是在信号处理方面的应用。LabVIEW除了可以使用户独立地完成电子信息类诸如模拟电路、数字电路等专业基础课和专业课的计算和实验学习外，还可以与信号与系统、通信原理、数字信号处理、数字图像处理等课程很好地结合，甚至完成电子信息类、测控类专业的综合大实验或毕业设计等任务，加深对抽象专业知识的直观理解，培养分析问题和解决问题的能力。
本书主要内容
本书以LabVIEW 2011版本为对象，通过理论与实例结合的方式，深入浅出地讲述LabVIEW的编程实现及LabVIEW在信号处理中的应用。本书共分9章，各章的主要内容如下。
第1章，主要介绍虚拟仪器的产生、概念、构成及特点，对LabVIEW软件的G语言开发环境进行详细阐述，并简述LabVIEW程序的组成。
第2章，详细阐述LabVIEW的编程实现过程。内容包括LabVIEW的基本数据类型及其操作、LabVIEW中的编程结构，同时在LabVIEW编程中局部变量、全局变量和属性节点的使用也作相关介绍。最后，本章在对于程序的调试技巧方面进行介绍，还对LabVIEW中项目浏览窗口的使用和可执行文件的生成及图形显示进行讲述。
第3章，主要讲述LabVIEW集成的常用的数学分析VI函数的使用方法以及相应的应用实例实现。LabVIEW本身所具有的强大数学分析能力可以有效地完成对数据的各种分析和处理，同时也是数字信号处理节点的有益支持，因此，用户熟练掌握这些数学分析函数节点可以在编程实现中达到事半功倍的效果。
第4～8章，是本书重点，着重讲解LabVIEW在数字信号处理、数字滤波器的设计实现、数字图像处理及小波变换等信号处理领域的应用，同时对LabVIEW与其他应用软件的接口技术也作了较为详细的讲述。
第9章，主要以实例分析方式进一步说明如何使用LabVIEW软件设计简易的虚拟仪器系统。
本书特点
近几年，随着LabVIEW在中国的普及，市场上也出现了很多LabVIEW相关的书籍，但很少有关于LabVIEW与信号处理结合比较全面的书籍，本书命名为《精通LabVIEW信号处理》，是指本书不同于以往的虚拟仪器教程，一般普通的书籍只注重虚拟仪器图形化编程软件LabVIEW的操作技能，本书在讲解LabVIEW软件基本编程的同时，重点而较全面地讲解LabVIEW软件在信号处理中的应用，包括时频分析、滤波器设计、图像处理及小波变换等知识，把LabVIEW与大学课程信号处理和图像处理结合起来重点讲解其应用。用户学习完后，会真正掌握LabVIEW在信号处理中的广泛应用和实例分析，能够更加清晰地理解并掌握信号处理中的相关知识。

(1) 舍弃了太过烦琐的入门理论知识讲解，在操作中穿插了大量的实例分析。
(2) 大多数的用户都会有这样的感觉，LabVIEW入门简单，基本操作也比较容易，但要将这些基本的软件知识综合应用到具体实例中，往往有些不知所措。本书为了解决这个问题，在知识讲解过程中，将LabVIEW软件与大学本科课程数字信号处理和图像处理等内容相结合，详细讲解理论在LabVIEW软件中的实现，不断引用一些具有代表性的实例，着重对实例运用的操作进行分析。
(3) 在LabVIEW 2011提供的帮助文档中，内容繁多，用户读起来颇费时间和精力，在本书中针对信号处理中的知识，精选其中内容重点讲述。
LabVIEW版本
本书中所讲述的概念及编程实现是在以LabVIEW 2011版本为对象下完成的，这是在本书写作时LabVIEW的最新版本，也将是今后一段时间内使用较为广泛的LabVIEW版本。由于LabVIEW 2011完全向下兼容，因此即使用户使用的是较早版本的LabVIEW，本书中所讲述的都是基于LabVIEW实现的最典型实例，书中绝大部分内容同样适用。
最近几年每到10月前后，NI公司都会发布最新版本的LabVIEW软件，在本书正式出版时，可能又会有新的LabVIEW版本发布了，相信它定会给用户带来全新的体验与惊喜。
光盘说明
随书附带1张光盘，内容为与本书内容完全配套的实例源文件。每章实例用一个独立的文件夹存放，每个实例都用非常清晰且易于明了的名字命名，如“...＼第2章＼例224连接字符串函数”即表示为第2章中第2节的第4个实例设计，用于“连接字符串函数”的实例设计实现。
由于LabVIEW版本的兼容性问题，本书的实例是在LabVIEW 2011版本下设计实现的，因此，用户要打开验证光盘中的实例，计算机上必须装有合法的LabVIEW 2011或更高版本。
作者致谢
本书由安徽工程大学周鹏主编。第1章由周鹏、许钢、汪石农编写，第4章由马晓瑜、周鹏编写，第6章由张明艳编写，其余章节均由周鹏编写，全书由周鹏统稿。许钢与汪石农老师对本书部分内容进行了校对。在此对所有参与编写的人员表示感谢！
本书在编写的过程中得到了NI公司以及倪斌、潘天厚、贾佳、黄煜洲等诸多NI工程师的鼎力帮助；另外我的学生赵捷、陈亮、林园胜、罗功宇等为本书的编写提出了宝贵的建议。在此对他们表示衷心的感谢！感谢我的父母，感谢我的爱人汪俊和儿子周梓涵，他们给予我巨大的鼓励与支持！
最后感谢您选择本书，希望我们的努力能对您的工作和学习有所帮助。同时由于笔者水平有限，在编写此书时难免会有疏忽，敬请读者批评指正，不吝赐教，以便我们更加努力地去改进。本书课件和部分课后习题参考答案可免费索取，。

周鹏
2013年3月于安徽工程大学

文摘

第3章基于LabVIEW的数学分析

LabVIEW作为自动化测试、测量领域的专业软件，在测量信号的时域分析和处理中，用户经常需要对信号进行数学运算和分析，LabVIEW内部集成了600多个分析函数，其中包含了丰富而功能强大的数学分析函数节点，这些函数节点涵盖了初等与特殊函数、函数计算与微积分、线性代数、概率统计、曲线拟合、最优化等方面的应用，为用户的编程提供了极大的方便。LabVIEW本身所具有的强大的数学分析能力可以方便地完成对数据的各种分析和处理，同时也是数字信号处理节点的有益支持，因此，用户熟练掌握这些数学分析函数节点可以在编程实现中达到事半功倍的效果。
从LabVIEW 80版本后，LabVIEW软件特别加强了数学分析与信号处理的能力，除了增强的数学函数库，还极大地增强了MathScript节点的功能和应用。此外，LabVIEW还与MATLAB联合编程，从而实现更为强大的数学分析功能（对于该部分内容介绍详见第7章）。
本章内容将详细讲述LabVIEW集成的常用的数学分析VI函数的使用方法及相应的应用实例实现。
31图形化编程与数学分析
LabVIEW作为图形化编程语言，与传统的基于文本编程语言有很大的不同。若使用传统的文本编程语言来实现数学分析，用户可能要编写很多文本代码，而LabVIEW是通过连线和图标的方式编程，但是如果仅仅使用LabVIEW的基本运算符号和程序结构来实现复杂的数学分析算法，可能会导致杂乱无章的连线，使程序的可读性大大降低。针对这一缺点，LabVIEW封装了大量的数学函数致力于数学分析，并且提供了基于文本编程语言的公式节点、MathScript节点和MATLAB脚本，用户可以通过封装好的VI函数结合基于文本编程语言的节点来实现编程，最终使得程序框图变得非常简洁。因此，用户通过LabVIEW集成的数学分析函数节点，实现数学分析的功能不仅不会导致繁杂的连线，反而由于采取了图形化编程和文本语言编程相结合的方式，它比单纯的文本编程语言具有更大的优势，使得程序的可读性和效率性大大增强。
LabVIEW 2017提供的数学分析函数节点主要位于“函数”选板→“数学”子函数选板下，如图31所示。

图31数学分析函数节点
由图31可以看出，根据不同的数学分析功能，在“数学”子函数选板下数学分析函数节点VI被分为12个子选板，其主要功能如下所示。

●数值：主要用于对数值创建和执行算术及复杂的数学运算，或将数从一种数据类型转换为另一种数据类型等数值操作。
●初等与特殊函数：主要用于执行三角函数、指数函数、双曲线函数、对数函数、离散函数和贝塞尔函数等一些常用的数学函数。
●线性代数：主要是进行线性代数方面的数学分析，包括求解一些线性方程组，进行与矩阵相关的计算与分析等操作。
●拟合：主要用于进行曲线拟合的分析或回归运算，主要包括线性拟合、非线性曲线拟合、高斯曲线拟合、曲线拟合、指数拟合、球面拟合等拟合VI，其中，包含的高级曲线拟合VI主要用于计算拟合统计量和系数。
●内插与外推：主要用于进行一维和二维插值、分段插值、多项式插值和傅里叶插值。
●积分与微分：主要用于执行积分和微分操作。
●概率与统计：主要用于执行概率、叙述性统计、方差分析和插值函数。
●最优化：主要用于确定一维或n维实数的局部最大值和最小值、Chebyshev逼近准则等。
●微分方程：主要用于求解微分方程，包括常微分方程VI和偏微分方程VI。
●几何：主要用于进行坐标和角运算，该子选板上的VI可返回数学错误代码。
●多项式：主要用于进行多项式的计算和求解，该子选板上的VI可返回数学错误代码。
●脚本与公式：主要用于计算程序框图中的数学公式和表达式。该子选板上的节点可返回公式解析错误代码、LabVIEW MathScript错误代码或数学错误代码。
关于数值VI子选板的一些基本的数学操作，在第2章相关部分已经详细介绍，这里不再赘述。本章将针对其余的11种数学分析函数节点VI进行介绍，基于LabVIEW的数学分析函数节点有数百个，在此不可能面面俱到、一一阐述，因此，本章将对一些常用的数学分析函数节点VI按照功能应用进行介绍，并采用实例实现，使用户对于其应用有个直观的认识，对其他没有作介绍的VI，用户在设计编程时需要进行详细了解和掌握，同时可参考LabVIEW即时帮助信息自行学习、了解并掌握其应用功能，这里就不再一一赘述。
32初等与特殊函数
“初等与特殊函数”子选板的VI包含了大部分常用的基本数学函数，主要用于执行三角函数、指数函数、双曲线函数、对数函数、离散函数和贝塞尔函数等一些常用的数学函数。其函数节点VI 位于“函数”选板→“数学”→“初等与特殊函数”子函数选板下，该子选板VI分为12类：三角函数、指数函数、双曲函数、门限函数、离散数学、贝塞尔函数、Gamma函数、超几何函数、椭圆积分、指数积分、误差函数和椭圆与抛物函数，如图32所示。用户单击这12类函数分别展开，可以看到每类函数又各自包含了具体应用的基本数学函数，用户可以根据具体的编程需要选择使用。

ISBN	9787302516316
出版社	清华大学出版社有限公司
作者	周鹏
尺寸	16