虛擬儀器即基于計(jì)算機(jī)的儀器，是利用軟件和硬件建立的測(cè)量或測(cè)控系統(tǒng)。用戶可以自己靈活地定義、修正或增加虛擬儀器的功能，以借助計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物理量的測(cè)量或測(cè)控。目前，基于計(jì)算機(jī)構(gòu)建的虛擬儀器，已成為主要的測(cè)量工具和新型測(cè)量?jī)x器的研發(fā)方向，傳統(tǒng)單一功能、固定不變式的測(cè)量?jī)x表正逐步被淘汰。虛擬儀器作為計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量或測(cè)控技術(shù)相結(jié)合的新興技術(shù)，正越來(lái)越多地應(yīng)用于各行各業(yè)。從前沿的科學(xué)研究到廣泛的工程應(yīng)用，再到大學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)，在有很多需要實(shí)施測(cè)量或測(cè)控的場(chǎng)合，都少不了虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用。
清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系虛擬儀器教學(xué)組，從1995年起開(kāi)始研究虛擬儀器的原理、技術(shù)及應(yīng)用，2000年建成了虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，為全校多個(gè)院系的本科生和研究生開(kāi)設(shè)多門設(shè)計(jì)型虛擬儀器原理及實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程。
本書作者長(zhǎng)期講授虛擬儀器課程，于2018年11月出版了教材《LabVIEW虛擬儀器設(shè)計(jì)及應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、硬件控制與信號(hào)處理》。該書出版后，讀者反饋良好。清華大學(xué)出版社建議作者在此基礎(chǔ)上，再編寫一本新的虛擬儀器教材，以滿足高校學(xué)生和工程技術(shù)人員的學(xué)習(xí)、使用及參考需求。
作者在上一本教材的基礎(chǔ)上，根據(jù)使用LabVIEW設(shè)計(jì)功能更強(qiáng)大虛擬儀器的新需求，增加了一些更深入的內(nèi)容，并對(duì)全書做了認(rèn)真審核和調(diào)整，力求原理表述更準(zhǔn)確，選用案例更鮮明，遣詞造句更規(guī)范，編寫了這本新教材《LabVIEW虛擬儀器設(shè)計(jì)》。
相對(duì)于前一本書《LabVIEW虛擬儀器設(shè)計(jì)及應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、硬件控制與信號(hào)處理》，本書主要新增和新編的內(nèi)容如下：
① 重新編寫了事件結(jié)構(gòu)部分；
② 增加了全局變量；
③ 增加了單進(jìn)程共享變量；
④ 增加了變體；
⑤ 重新編寫了數(shù)據(jù)采集一章中的第1小節(jié)；
⑥ 增加了數(shù)字輸入/輸出；
⑦ 增加了計(jì)數(shù)器。
另外，本書還新增了15個(gè)示例，添加了常見(jiàn)問(wèn)題11個(gè)； 并在附錄部分增加了示例和常見(jiàn)問(wèn)題索引，以方便讀者查詢。

內(nèi)容框架
本書共有15章，內(nèi)容介紹如下。
第1章： 有用又有趣的虛擬儀器技術(shù)。闡述虛擬儀器技術(shù)的構(gòu)建思想和方法論，幫助讀者首先從整體上準(zhǔn)確把握這門技術(shù)。
第2章： LabVIEW入門。講授圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW的編程環(huán)境、數(shù)據(jù)流、調(diào)試工具等基礎(chǔ)知識(shí)，并指導(dǎo)讀者編寫出自己的個(gè)虛擬儀器程序（VI）。

第3章： 基本數(shù)據(jù)類型。講授LabVIEW中常用的5種基本數(shù)據(jù)類型，具體是數(shù)值、字符串、布爾量、枚舉與下拉列表，以及路徑。
第4章： 程序結(jié)構(gòu)。講授利用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器程序要用到的多種程序結(jié)構(gòu)，包括順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和事件結(jié)構(gòu)等。
第5章： 復(fù)合數(shù)據(jù)類型。講授LabVIEW中的5種復(fù)合數(shù)據(jù)類型，包括數(shù)組、簇、波形、DDT(動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類型)和變體。
第6章： 文件I/O。講授LabVIEW中文件I/O的基本操作。
第7章： 圖形顯示及其他技巧。講授如何利用LabVIEW中的圖和圖表控件去顯示被測(cè)對(duì)象的波形或特性曲線，以及如何使所編制的虛擬儀器界面更美觀。
第8章： 數(shù)據(jù)采集。講授數(shù)據(jù)采集的基本概念，以及如何利用LabVIEW編程操作相關(guān)測(cè)量硬件完成數(shù)據(jù)采集。輔助本章內(nèi)容闡述需要用到的硬件是NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡。
第9章： 利用聲卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。講授如何利用計(jì)算機(jī)自帶的聲卡完成數(shù)據(jù)采集，包括基本原理、LabVIEW中的聲卡函數(shù)以及具體案例等。
第10章： 利用攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像采集。講授圖像采集的基本原理、LabVIEW中提供的圖像采集相關(guān)函數(shù)，以及實(shí)際案例等。輔助本章內(nèi)容闡述利用到的硬件，是生活中常見(jiàn)的USB攝像頭。
第11章： 儀器控制。講授如何利用LabVIEW編程去控制測(cè)量?jī)x器，以滿足自動(dòng)化測(cè)量的需求。
第12章： 利用LabVIEW控制單片機(jī)。講授如何利用LabVIEW編程控制單片機(jī)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
第13章： 算法及信號(hào)處理。講授如何利用LabVIEW編程對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。根據(jù)實(shí)際問(wèn)題需求，讀者可以自己編寫虛擬儀器算法，也可利用LabVIEW中提供的函數(shù)去分析處理測(cè)得的信號(hào)。
第14章： 實(shí)際應(yīng)用1函數(shù)發(fā)生器。講授利用LabVIEW設(shè)計(jì)制作任意波形發(fā)生器的全過(guò)程，輔助本章內(nèi)容闡述利用到的硬件是NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡MyDAQ。
第15章： 實(shí)際應(yīng)用2頻率計(jì)。講授如何利用LabVIEW設(shè)計(jì)制作頻率計(jì)，具體提供了時(shí)域和頻域共10種頻率測(cè)量算法原理及實(shí)現(xiàn)，用到的硬件是數(shù)據(jù)采集卡MyDAQ。
使用建議
本書第2~7章，講授如何利用LabVIEW進(jìn)行虛擬儀器程序設(shè)計(jì)，其中每章都設(shè)計(jì)了多道例題。對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，剛開(kāi)始入門時(shí)，可以按照書中講解的步驟，自己動(dòng)手編寫VI。當(dāng)對(duì)LabVIEW的語(yǔ)法有所掌握后，再碰到例題時(shí)，可先不看例題的解答，而是自己先獨(dú)立思考并動(dòng)手編寫出VI后，再與書中例題的解答進(jìn)行比對(duì)。
本書第8~12章，講授如何利用LabVIEW操控各種硬件，以完成對(duì)真實(shí)世界中某種物理量的測(cè)量或測(cè)控。學(xué)習(xí)者可根據(jù)自己選用的具體硬件，學(xué)習(xí)相應(yīng)章節(jié)的內(nèi)容。在學(xué)習(xí)與硬件相關(guān)的內(nèi)容時(shí)，也要多動(dòng)手，即到了這個(gè)階段，不僅要自己動(dòng)手編寫VI，還要學(xué)會(huì)硬件連線。
本書第14和第15章，提供兩個(gè)實(shí)際的應(yīng)用項(xiàng)目案例，供感興趣的讀者學(xué)習(xí)、借鑒和參考。

本書特點(diǎn)
本書主要特點(diǎn)如下：
① 系統(tǒng)化講授，由淺入深、邏輯性強(qiáng)。
在本書的編寫過(guò)程中，作者遵循學(xué)習(xí)的一般規(guī)律，按照由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則，力求科學(xué)合理地編排、組織學(xué)習(xí)內(nèi)容，并系統(tǒng)闡述如何利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)虛擬儀器設(shè)計(jì)。
② 內(nèi)容全面、實(shí)例豐富。
本書對(duì)如何利用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器進(jìn)行了較細(xì)致的講解，涉及程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、硬件控制和信號(hào)處理等多方面知識(shí)。全書共有126個(gè)基礎(chǔ)案例、2個(gè)綜合應(yīng)用案例和45個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題總結(jié)。
③ 講解清楚可靠、通俗易懂。
本書由虛擬儀器教學(xué)一線教師編寫�；�于長(zhǎng)期教學(xué)積累的經(jīng)驗(yàn)，作者深知初學(xué)者的痛點(diǎn)、難點(diǎn)在哪里； 作者將經(jīng)驗(yàn)融匯于本教材內(nèi)容的選定與具體編寫上，包括對(duì)例題的設(shè)計(jì)，以及對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題的總結(jié)上，都力求以通俗易懂的闡述將復(fù)雜問(wèn)題交代清楚，以幫助初學(xué)者更快掌握虛擬儀器設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，書稿經(jīng)過(guò)多次修改和調(diào)整，力求提供給讀者一本可靠、好用的學(xué)習(xí)資料。
本書由郝麗高級(jí)工程師編寫，由趙偉教授修改和審閱。
感謝侯國(guó)屏教授、黃松嶺教授和王珅副研究員在虛擬儀器教學(xué)方面給予的幫助。感謝董甲瑞高級(jí)工程師幫助解決了虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)中的很多實(shí)際問(wèn)題。感謝汪芙平副研究員對(duì)本書中有關(guān)信號(hào)處理知識(shí)寫作上提出的寶貴意見(jiàn)。感謝袁建生教授對(duì)本書作者多年的培養(yǎng)。感謝鄒軍教授的幫助。感謝這些年所教過(guò)以及輔導(dǎo)過(guò)的學(xué)生。
感謝NI中國(guó)有限公司原院校合作部劉洋經(jīng)理和劉晉東經(jīng)理的幫助。感謝清華大學(xué)出版社盛東亮編輯的鼓勵(lì)和建議。
限于作者水平，書中難免存在不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者
2021年6月于清華園