具体描述
LabVIEW、MATLAB及其混合编程技术，ISBN：9787111330318，作者：曲丽荣 等编著
《LabVIEW、MATLAB及其混合编程技术》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索两大强大工程应用软件——LabVIEW和MATLAB——的独立功能以及它们之间协同工作的巨大潜力。内容涵盖了从基础概念到高级应用的广泛主题，致力于为工程师、研究人员和学生提供实用的指导和先进的技术洞见，以应对复杂的测量、控制、数据分析和算法开发挑战。 第一部分：LabVIEW 详解 本部分将首先详细介绍LabVIEW，一种以图形化编程为核心的开发环境，特别适用于数据采集、仪器控制和自动化系统开发。 LabVIEW 基础与核心概念： 图形化编程范式： 深入解析LabVIEW的“连线”（Wiring）和“数据流”（Data Flow）编程模型，对比传统文本编程的差异，强调其直观性和高效性。 前面板与程序框图： 详细讲解前面板（Front Panel）的用户界面设计元素，如控件（Controls）和指示器（Indicators），以及程序框图（Block Diagram）中子程序（SubVIs）、函数（Functions）和常量（Constants）的构建与连接。 数据类型与结构： 阐述LabVIEW中主要的内置数据类型（如数值、布尔值、字符串、数组、簇、波形）及其在程序设计中的应用。介绍数组和簇在组织和传递复杂数据时的重要性。 基本控制结构： 详述LabVIEW中的条件结构（Case Structures）、顺序结构（Sequence Structures）、事件结构（Event Structures）和循环结构（While Loops, For Loops），以及如何利用它们实现程序的逻辑控制和流程管理。 子程序（SubVIs）的设计与调用： 讲解如何创建和管理可重用的子程序，包括输入/输出端子（Icon and Connector Pane）的定义、参数传递机制和错误处理。 LabVIEW 数据采集与仪器控制： NI-DAQmx 驱动与API： 详细介绍NI-DAQmx驱动程序及其提供的LabVIEW API，包括模拟输入/输出（AI/AO）、数字输入/输出（DI/DO）和计数器/定时器（Counter/Timer）等硬件接口的配置与操作。 VISA (Virtual Instrument Software Architecture)： 深入讲解VISA标准，以及如何在LabVIEW中使用VISA VIs与各种仪器（如示波器、函数发生器、电源、频谱分析仪）进行通信，实现仪器控制和数据读取。 GPIB, USB, Ethernet 接口通信： 介绍LabVIEW如何通过不同的通信协议（GPIB, USB, Ethernet）与硬件设备进行连接和通信，并提供相关的示例代码和配置指南。 实时（RT）和FPGA 目标开发： 简要介绍LabVIEW在嵌入式系统和实时控制方面的应用，包括NI-RIO系列硬件平台和LabVIEW Real-Time Module、LabVIEW FPGA Module的使用。 LabVIEW 高级主题： 高级数据处理与分析： 介绍LabVIEW中的数学函数库、信号处理工具包（如FFT、滤波器）、统计分析函数以及如何实现自定义数据处理算法。 用户界面设计与优化： 探讨如何创建更具交互性和专业性的用户界面，包括控件布局、颜色方案、进度条、图表和表格的使用，以及如何利用属性节点（Property Nodes）和引用（References）动态控制前面板对象。 文件I/O 操作： 详细讲解LabVIEW中对各种文件格式（如文本文件、二进制文件、CSV文件、Excel文件）的读写操作，以及如何管理和组织实验数据。 多线程与并发编程： 介绍LabVIEW中的任务（Task）和队列（Queue）机制，以及如何实现多线程并行处理，提高程序性能和响应速度。 错误处理与调试技术： 强调LabVIEW中健壮的错误处理机制，包括错误簇（Error Cluster）的传播与处理，以及使用探测点（Probe）、断点（Breakpoint）和调试助手（Debug Helpers）进行高效的程序调试。 第二部分：MATLAB 详解 本部分将聚焦MATLAB，一种强大的数值计算、可视化和高级编程环境，广泛应用于科学计算、工程仿真、算法开发和数据分析。 MATLAB 基础与核心概念： MATLAB 环境概览： 介绍MATLAB的命令行窗口、命令历史、当前文件夹、工作区、编辑器和图形窗口等主要组成部分。 变量、数据类型与运算符： 详述MATLAB中的基本数据类型（如双精度浮点数、整数、逻辑值、字符、字符串）和复合数据类型（如数组、矩阵、结构体、单元数组）。介绍各种运算符（算术、关系、逻辑）及其优先级。 数组与矩阵运算： 深入讲解MATLAB作为矩阵计算语言的优势，演示各种数组和矩阵的创建、索引、切片、转置、求逆、特征值计算等操作，以及矩阵运算的广播机制。 控制流语句： 详细介绍MATLAB中的条件语句（`if-else-end`, `switch-case-end`）和循环语句（`for` 循环, `while` 循环），以及如何构建复杂的程序逻辑。 函数定义与调用： 讲解如何创建自定义函数（M文件），包括函数输入参数、输出参数、局部变量、匿名函数和嵌套函数。 MATLAB 数据可视化与分析： 二维与三维绘图： 详细介绍`plot`、`scatter`、`bar`、`histogram`、`surf`、`mesh` 等函数，以及如何绘制线图、散点图、柱状图、直方图、曲面图等。 图形定制与增强： 讲解如何添加标题、坐标轴标签、图例，设置线条样式、颜色、标记，调整坐标轴范围，以及使用`hold on`/`hold off` 叠加多个图形。 数据分析工具箱： 介绍MATLAB内置的统计分析函数，包括均值、方差、标准差、相关系数、回归分析、假设检验等。 信号处理与图像处理： 简要介绍信号处理工具箱（如滤波、频谱分析、傅里叶变换）和图像处理工具箱（如图像滤波、边缘检测、特征提取）的基本应用。 MATLAB 高级主题： 面向对象编程（OOP）： 介绍MATLAB中类的定义、对象创建、属性和方法的访问，以及如何利用OOP提高代码的可维护性和复用性。 MEX 文件： 讲解如何通过MEX文件将C、C++、Fortran等语言编写的代码集成到MATLAB中，以提高计算性能或利用现有代码库。 Simulink 仿真环境： 详细介绍Simulink，一个用于动态系统建模、仿真和分析的图形化环境，包括其模型构建、模块库、仿真器和可视化工具。 优化工具箱与符号数学工具箱： 介绍如何使用优化工具箱求解非线性方程组、最小化/最大化函数，以及如何利用符号数学工具箱进行符号计算、代数运算和微积分。 并行计算： 介绍MATLAB如何利用多核处理器和GPU进行并行计算，以加速大规模数据处理和复杂算法的执行。 第三部分：LabVIEW 与 MATLAB 混合编程技术 本部分将是本书的核心，重点在于阐述如何有效地将LabVIEW的实时控制和数据采集能力与MATLAB强大的算法开发和数据分析能力结合起来，实现优势互补。 混合编程的必要性与优势： 为何混合编程？ 分析在工程实践中，单一软件往往难以满足所有需求的情况，解释LabVIEW在硬件交互和实时控制方面的固有优势，以及MATLAB在算法研发、数学建模和高级分析方面的卓越能力。 优势分析： 强调混合编程如何实现快速原型开发、高效算法集成、深入数据分析以及强大的系统集成。 混合编程的实现方式： MATLAB Script Node in LabVIEW： 原理与配置： 详细介绍LabVIEW中MATLAB Script Node的工作原理，包括如何通过该节点调用MATLAB引擎，传递LabVIEW数据到MATLAB，并在MATLAB中执行M文件或命令。 数据类型转换： 重点讲解LabVIEW数据类型（如数值、数组、字符串、簇）与MATLAB数据类型（如double, logical, char, struct）之间的映射与转换，以及传递复杂数据结构时的注意事项。 示例应用： 提供多个实际案例，演示如何利用MATLAB Script Node在LabVIEW中执行数据拟合、信号滤波、模式识别或执行高级数学计算，并将结果返回LabVIEW进行显示或进一步处理。 LabVIEW MathScript RT Module： 功能与特点： 介绍MathScript RT Module，一种可以在LabVIEW Real-Time目标上运行的脚本环境，允许在嵌入式系统中使用类似于MATLAB的语法进行数学运算。 与MATLAB Script Node的比较： 对比MathScript RT Module和MATLAB Script Node在部署、性能和功能上的差异。 通过文件进行数据交换： 基本原理： 讲解LabVIEW和MATLAB都可以读写多种文件格式（如.mat, .txt, .csv, .bin），通过文件作为中间媒介实现数据传递。 文件格式选择与读写： 详细介绍在LabVIEW和MATLAB中读写不同文件格式的函数和技巧，并讨论文件大小、读写速度和数据结构支持等因素。 应用场景： 适用于离线分析、大型数据集传输或当需要更灵活的数据格式时。 网络通信（TCP/IP, UDP）： 原理与协议： 介绍如何利用TCP/IP或UDP协议在LabVIEW和MATLAB之间建立网络通信通道。 LabVIEW网络通信VIs： 讲解LabVIEW提供的TCP/IP和UDP VIs，以及如何创建客户端和服务器。 MATLAB网络通信函数： 介绍MATLAB中相应的网络通信函数，如`tcpip`、`udp`等。 实时数据流： 演示如何实现LabVIEW实时采集的数据通过网络流式传输到MATLAB进行实时分析，或MATLAB计算结果通过网络发送回LabVIEW进行控制。 ActiveX/COM 接口（Windows 环境）： 原理与应用： 介绍在Windows平台上，LabVIEW可以通过ActiveX/COM接口调用MATLAB的ActiveX控件（如MATCOM）或COM对象，反之亦然。 配置与编程： 演示如何配置和使用ActiveX/COM来实现两个环境之间的函数调用和数据交换。 局限性： 指出ActiveX/COM方式在跨平台支持和部署方面的局限性。 调用MATLAB Compiler 生成的独立应用程序： MATLAB Compiler 功能： 介绍MATLAB Compiler如何将MATLAB代码打包成独立的Windows或Linux可执行文件，以及DLL库。 LabVIEW 调用 DLL： 讲解LabVIEW如何通过“Call Library Function Node”调用由MATLAB Compiler生成的DLL库，实现算法的集成。 部署优势： 强调这种方式可以创建不依赖MATLAB安装的独立部署解决方案。 实际应用案例分析： 案例一：实时信号分析与处理 场景： 使用LabVIEW进行高精度传感器数据采集，然后将采集到的数据实时传输到MATLAB进行FFT分析、频谱估计或滤波器设计，并将分析结果可视化。 混合编程方法： 重点介绍使用MATLAB Script Node或网络通信实现数据传递和算法调用。 案例二：智能控制系统开发 场景： LabVIEW负责控制硬件执行机构，如电机、阀门；MATLAB用于开发复杂的控制算法（如PID、模糊逻辑、神经网络），并将算法部署为可调用的函数，在LabVIEW运行时动态调用，实现闭环控制。 混合编程方法： 重点介绍使用MATLAB Script Node或调用MATLAB Compiler生成的DLL。 案例三：数据驱动的测试与验证 场景： LabVIEW执行自动化测试流程，采集海量测试数据；MATLAB对采集到的数据进行深度统计分析、故障诊断、性能评估，并生成详细的测试报告。 混合编程方法： 重点介绍通过文件交换大量数据，或使用网络通信实现对分析结果的实时反馈。 最佳实践与性能优化： 数据传输效率： 讨论如何选择合适的数据传输方式，最小化数据冗余，优化数据格式，以提高混合编程的效率。 错误处理与鲁棒性： 强调在混合编程环境中，需要同时考虑LabVIEW和MATLAB的错误处理机制，确保整个系统的稳定性和可靠性。 部署考量： 探讨如何根据目标应用场景，选择最适合的混合编程部署策略，例如是否需要独立运行、运行环境依赖等。 代码复用与模块化设计： 鼓励读者采用模块化设计思想，将LabVIEW和MATLAB的子功能分别封装，提高代码的可维护性和可扩展性。 本书将通过大量的图示、代码示例和实际操作指南，帮助读者掌握LabVIEW和MATLAB各自的强大功能，并熟练运用混合编程技术，为解决实际工程问题提供一套完整的解决方案。
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目录信息
前言第1章 LabVIEW概述 1 1.1 LabVIEW简介 1 1.2 LabVIEW的起源及发展历程 2 1.3 LabVIEW的开发环境 3 1.3.1 LabVIEW的界面 3 1.3.2 LabVIEW的前面板和程序框图 4第2章 LabVIEW 8.5编程入门 6 2.1 LabVIEW 8.5菜单介绍 6 2.1.1 文件菜单 6 2.1.2 编辑菜单 7 2.1.3 查看菜单 8 2.1.4 项目菜单 8 2.1.5 操作菜单 9 2.1.6 工具菜单 10 2.1.7 窗口菜单 11 2.1.8 帮助菜单 11 2.2 LabVIEW 8.5的工具栏 12 2.3 LabVIEW 8.5的选项板 13 2.3.1 LabVIEW 8.5的控件选板 13 2.3.2 LabVIEW 8.5的函数选板 14 2.3.3 LabVIEW 8.5的工具选板 15 2.4 创建和编辑VI 15 2.4.1 创建VI 16 2.4.2 编辑VI 19 2.5 运行和调试VI 21 2.5.1 运行VI 21 2.5.2 调试VI 22 2.6 创建和调用子VI 24 2.6.1 创建子VI 24 2.6.2 调用子VI 26第3章 数据操作、结构与节点 28 3.1 基本数据类型 28 3.1.1 数值型 28 3.1.2 布尔型 30 3.1.3 字符串 32 3.2 特殊数据类型 36 3.2.1 数组 36 3.2.2 簇 40 3.3 程序结构 44 3.3.1 顺序结构 44 3.3.2 循环结构 46 3.3.3 条件结构 49 3.4 基本节点 51 3.4.1 公式节点 51 3.4.2 反馈节点 55 3.4.3 属性节点 56第4章 波形显示与文件操作 59 4.1 波形显示基础 59 4.1.1 波形显示的分类 59 4.1.2 自定义图形和图表 60 4.2 常用的波形显示 64 4.2.1 波形图表 64 4.2.2 波形图 66 4.2.3 XY图 67 4.2.4 三维图形显示 68 4.3 文件I/O基础 71 4.4 常用文件的输入、输出 73 4.4.1 电子表格的输入、输出 73 4.4.2 测量文件的输入、输出 75 4.4.3 文本文件的输入、输出 78 4.4.4 二进制文件的输入、输出 80 4.4.5 数据记录文件的输入、输出 82第5章 数据采集与发布应用程序 84 5.1 数据采集基础 84 5.1.1 数据采集系统的构成 84 5.1.2 数据采集卡 84 5.2 数据采集卡的配置 86 5.2.1 DAQ助手的使用方法 86 5.2.2 Measurement & Automation Explorer的使用 89 5.3 发布应用程序 92 5.3.1 生成独立可执行的应用程序 92 5.3.2 生成安装程序 94第6章 MATLAB程序设计基础 95 6.1 MATLAB 7.X简介 95 6.1.1 MATLAB 7.X的工作环境 95 6.1.2 工具条与菜单 96 6.1.3 MATLAB的指令窗口 97 6.1.4 工作空间窗口 99 6.1.5 图形窗口 99 6.1.6 在线帮助 99 6.2 MATLAB 7.X的基本语法 100 6.2.1 数值及变量 100 6.2.2 MATLAB赋值语句 100 6.2.3 数组和矩阵 101 6.2.4 逻辑判断与流程控制 103 6.2.5 基本绘图方法 105 6.3 MATLAB在信号处理中常用的函数 107 6.3.1 典型离散信号 107 6.3.2 频率响应函数 110 6.3.3 快速傅里叶变换函数 111 6.3.4 卷积函数 114 6.3.5 滤波函数 114 6.3.6 Z域零、极点分析函数 116 6.3.7 IIR数字滤波器设计函数 116 6.3.8 窗函数 119 6.3.9 FIR数字滤波器设计函数 121 6.4 数字滤波器设计实例 122 6.4.1 用 MATLAB设计IIR数字滤波器 122 6.4.2 用MATLAB设计FIR数字滤波器 124第7章 Simulink动态系统仿真 127 7.1 Simulink 仿真入门 127 7.1.1 启动Simulink 127 7.1.2 Simulink模型的构建 128 7.1.3 用Simulink建模和仿真的过程 133 7.2 基于数字滤波器设计模块的滤波器设计技术 137 7.2.1 基于滤波器设计及分析工具的设计技术 137 7.2.2 滤波器设计技术应用举例 139第8章 LabVIEW与MATLAB的混合编程 144 8.1 LabVIEW MathScript与MATLAB混合编程 144 8.1.1 LabVIEW MathScript 144 8.1.2 LabVIEW MathScript窗口 145 8.1.3 在图形程序框图中使用MathScript节点 150 8.1.4 LabVIEW MathScript窗口、MathScript节点的特殊语法 154 8.1.5 LabVIEW MathScript窗口应用举例 160 8.1.6 在程序框图中使用MathScript节点应用举例 162 8.1.7 使用MathScript节点调用DLL应用举例 164 8.2 LabVIEW MatlabScript与 MATLAB混合编程 165 8.2.1 LabVIEW MatlabScript节点简介 165 8.2.2 通过LabVIEW调用MATLAB 166 8.2.3 在程序框图中使用MatlabScript节点应用举例 167第9章 LabVIEW与MATLAB/Simulink混合编程接口技术 170 9.1 在LabVIEW中调用MATLAB/Simulink 170 9.1.1 LabVIEW仿真接口工具包 170 9.1.2 配置SIT Server 171 9.1.3 配置 SIT Connection Manager对话框 171 9.1.4 LabVIEW仿真接口工具包用户界面设计 175 9.1.5 Host VI与SIT Server之间的通信 176 9.1.6 配置仿真举例 176 9.2 在LabVIEW中调用MATLAB/Simulink应用实例 180 9.2.1 Simulation的配置与运行 180 9.2.2 设计仿真验证原始模型和控制系统 181第10章 在LabVIEW中利用ActiveX技术与MATLAB混合编程 184 10.1 ActiveX技术 184 10.1.1 ActiveX简介 184 10.1.2 LabVIEW的ActiveX接口 185 10.2 在LabVIEW中使用ActiveX 198 10.3 在LabVIEW中利用ActiveX与MATLAB连接 199 10.3.1 MATLAB ActiveX 199 10.3.2 LabVIEW与MATLAB混合编程应用举例 200第11章 在LabVIEW中调用动态链接库和应用程序接口 205 11.1 在LabVIEW中调用动态链接库 205 11.1.1 动态链接库 205 11.1.2 在LabVIEW中调用DLL应用实例 207 11.2 在LabVIEW中调用应用程序接口 210 11.2.1 应用程序接口 210 11.2.2 在LabVIEW中调用API函数应用实例 211参考文献 216
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这本书的装帧质量和印刷细节也值得称赞。纸张的选取偏向于哑光，这在长时间阅读时，可以有效减轻眼睛的疲劳感，这点对经常需要盯着屏幕或者书本的工程师来说，绝对是一个贴心的设计。书脊的装订也相当牢固，我经常需要将书本摊平来对照代码，即便是这样高强度的翻阅，书页也没有出现松动或脱落的迹象，足见出版社在制作上的用心。细节决定成败，这句话在出版物上体现得淋漓尽致。另外，书中配有的插图和流程图，色彩的运用非常克制，主色调服务于信息传达，没有丝毫多余的花哨，精准地起到了辅助理解的作用。这种对细节的极致追求，让人在阅读过程中感受到一种被尊重和被呵护的体验，这在很多技术书籍中是比较少见的。
评分这本书的阅读难度曲线设计得非常巧妙。开篇部分温和地引入概念，给足了读者建立信心的机会，不会因为晦涩的术语而劝退新人。随着章节的深入，内容的复杂度自然递增，但作者总能在关键转折点处设置“知识锚点”——通常是一个精心设计的总结性段落或一个具有启发性的思考题。这些锚点有效地巩固了前学的知识，为下一阶段的学习铺平了道路。我发现自己很少需要频繁地回头查阅前面的内容，这得益于作者清晰的逻辑链条构建。整本书读下来，感觉像是在攀登一座设计精良的金字塔，每一步都有明确的指引，虽然过程需要付出努力，但最终登顶时，那种征服感和知识的完整性带来的满足，是其他零散学习无法比拟的。对于希望系统性掌握这方面技术的读者，这本书无疑是值得投资时间的首选。
评分这本书的封面设计着实让人眼前一亮，那种深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，透露出一种专业而又不失活力的气息。我拿到书时，立刻被它厚实的质感吸引住了，感觉像是捧着一个知识的宝库。尽管我并非科班出身，但仅仅是翻阅目录，就能感受到作者在内容组织上的匠心独运。从基础概念的梳理到高级应用的探讨，层次分明，循序渐进。尤其是对图表和流程图的讲解，简直是化繁为简的大师手笔，让人即使面对复杂的算法也能找到清晰的逻辑脉络。我特别欣赏作者在行文间流露出的那种对技术的热情，文字间仿佛能听到作者在低语，引导你一步步探索未知的领域。这本书的排版也十分考究，注释详实，关键术语加粗，极大地方便了读者在学习过程中的快速定位和回顾。对于初学者来说，这无疑是一盏明灯，能有效避免在浩瀚的技术海洋中迷失方向。那种“原来如此”的豁然开朗感，是阅读过程中最令人满足的体验之一。
评分我花了整整一个周末的时间来细读其中的某个章节，那种沉浸式的阅读体验，简直是无与伦比。作者在描述那些复杂的数学模型时，总能找到一个恰当的比喻，将抽象的概念具象化，这对于我这种更偏向于工程实践的人来说，简直是救星。举个例子，书中关于信号处理的那一部分，讲解得深入浅出，仿佛作者就在我身边，手把手地演示如何搭建一个虚拟的实验平台。书中的代码示例清晰、注释丰富，我甚至不需要对照任何外部资料就能理解其内在逻辑，这极大地提升了我的学习效率。更难能可贵的是，作者并没有止步于理论的阐述，而是大量融入了实际案例的分析和解决过程，这些真实的“疼痛点”的剖析，让书中的知识点立刻鲜活了起来，充满了实战价值。这种理论与实践完美结合的写作风格，让我觉得这本书不仅仅是一本教材，更像是一本资深工程师的“武功秘籍”。
评分从内容的广度来看，这本书无疑是宏大的。它似乎囊括了从底层架构到上层应用的诸多关键技术点，但最让我印象深刻的是其对“系统思维”的培养。作者并非仅仅罗列知识点，而是引导读者思考如何将不同的工具和技术有机地整合起来，形成一个高效的工作流。在某些章节中，作者会适当地引入一些历史背景和技术演进的脉络，这使得读者在学习新技术的同时，也能理解其背后的设计哲学，从而避免了“知其然不知其所以然”的困境。这种深层次的知识传授，远超出一本标准教科书的范畴，它更像是一份职业素养的塑造指南。阅读完之后，我感觉自己看待工程问题的视角都有了显著的提升，不再局限于单一工具的局限性，而是开始从更宏观的系统集成角度去规划和设计方案。
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