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第1章　虚拟仪器概述1

1.1 虚拟仪器的基本概念1

1.2　虚拟仪器的体系结构6

1.2.1　虚拟仪器的硬件8

1.2.2　虚拟仪器的软件8

1.2.3　网络化虚拟仪器11

1.3　图形化虚拟仪器开发平台现状12

1.3.1 LabVIEW12

1.3.2　HP VEE13

1.3.3 Prograph14

1.3.4 V语言15

1.3.5 VIPERS16

1.3.6 Show and Tell17

1.3.7 VPF17

1.3.8 MAVIS18

1.3.9 Khoros19

1.3.10 VPP20

1.4　虚拟仪器面临的挑战21

思考与练习22

第2章　构架虚拟仪器软件平台23

2.1 G语言要素抽象24

2.1.1　现实中的硬件24

2.1.2　用户界面25

2.1.3　电路图26

2.1.4　前后面板交互28

2.1.5　图形语言要素28

2.1.6　函数节点功能实现30

2.2　G语言结构模型30

2.2.1 根树31

2.2.2　G语言特性31

2.2.3　层图32

2.2.4　兄弟层图33

2.2.5　应用35

2.2.6　兄弟AOV网36

2.3.1　正交线段39

2.3　正交三叉树39

2.3.2　定点和交点40

2.3.3　段线43

2.3.4　正交线路图43

2.3.5　正交三叉树的连线44

2.4　G语言运行机制45

2.4.1　可视化元素V46

2.4.2　消息及消息存放场所M47

2.4.3　规则R49

2.4.4　模型的运行流程50

2.4.5　消息执行统计53

2.5 内存管理54

2.5.1　数据的存储特征55

2.5.2　内存地址描述模型56

2.5.3　内存数据描述模型58

2.5.4　分配算法58

2.5.5　访问算法60

2.5.6　回收算法62

2.5.7　算法对G语言特定功能的支持62

2.5.8　G语言中运行效果比较63

2.6　扩展模型64

2.6.1　外部功能动态加载65

2.6.2　外部脚本解析67

2.7　网络构架设计73

2.7.1　虚拟实验室74

2.7.2　网络化及服务型仪器76

2.7.3　分布式多层系统结构78

2.7.4 LabScene网络协议82

2.7.5 LabScene网络模型实现90

2.8　通用类框架97

2.8.1　基于事件的窗口驱动模型97

2.8.2　类信息及其运行期识别能力99

2.8.3　类体系的建立100

2.8.4　动态创建能力102

2.8.5　持久化能力102

2.8.6　消息驱动模型105

2.9.1 LabScene基础类包106

2.9　LabScene类框架106

2.9.2　G语言基本要素的相关类108

2.9.3 三个最主要的节点类110

2.9.4　网络构架类114

2.10　设计模式的应用118

2.10.1　Command模式118

2.10.2 Singleton模式121

2.10.3 Dispatcher模式122

2.10.4 Builder模式123

2.10.5 Factory模式124

2.10.6 Observer模式126

2.10.7 State模式128

2.11.1 基本用户控件130

2.11 用户界面接口框架130

2.11.2　数组和簇134

2.12　图形代码框架135

2.12.1　功能节点及容器节点136

2.12.2　输入输出管脚137

2.12.3　连接关系140

2.12.4　模块化设计142

2.12.5　图形编辑功能142

小结145

思考与练习145

3.1.1　数字型147

3.1　基本数据类型及其操作147

第3章　G语言在LabScene中的实现147

3.1.2　布尔型157

3.1.3　字符串161

3.2　变量、数组与簇172

3.2.1　本地变量172

3.2.2　数组175

3.2.3　簇186

3.3　结构与属性控制189

3.3.1　For循环190

3.3.2　While循环193

3.3.3　顺序结构195

3.3.4　选择结构196

3.3.5　公式节点200

3.4　波形显示控件202

3.4.1　简单事后记录波形控件202

3.4.2　实时趋势图控件204

3.4.3　复杂记录示波器205

3.5　文件操作206

3.5.1　文件存取206

3.5.2　文件操作节点207

3.6　时间及对话框209

3.6.1　时间控件210

3.6.2　对话框控件212

3.7　数学分析213

3.8　信号产生214

3.9　控制控件215

3.10　高级控件216

3.11　仪器设备218

3.12　节点的扩展219

3.13　网络应用222

3.13.1 LabScene服务器222

3.13.2 LabScene网络节点230

3.13.3 LabScene客户端233

思考与练习237

4.1.1 PCI局部总线概述238

4.1　基于PCI总线的数据采集卡开发238

第4章　虚拟仪器硬件系统设计238

4.1.2　基于PCI总线数据采集卡总体设计方案242

4.1.3 PCI总线数据采集卡硬件部分设计244

4.1.4 PCI总线数据采集卡软件部分设计256

4.2　基于USB总线的虚拟示波器开发261

4.2.1　USB总线概述261

4.2.2　基于USB总线虚拟示波器概述263

4.2.3　示波器硬件系统设计264

4.2.4　示波器软件系统设计277

4.2.5　示波器测试效果280

4.3　基于USB总线的LCR测试仪开发281

4.3.2　虚拟LCR测试仪算法实现282

4.3.1　基于USB总线LCR测试仪的总体设计方案282

4.3.3　LCR测试仪硬件系统设计286

4.3.4　系统测试结果288

4.4　基于USB总线任意波形发生卡的设计289

4.4.1　USB总线任意波形发生器基本原理289

4.4.2　USB任意波形发生器总体设计方案290

4.4.3　任意波形发生器硬件系统开发290

4.4.4　系统测试结果294

4.5　基于以太网总线嵌入式Web开发294

4.5.1　TCP/IP协议栈简介295

4.5.2　基于以太网总线嵌入式Web总体设计方案296

4.5.3　以太网络控制器RTL8019AS介绍297

4.5.4　嵌入式Web硬件系统设计299

4.5.5　嵌入式Web软件系统设计302

4.5.6　嵌入式Web调试及测试结果309

4.6　基于以太网总线网络化虚拟信号发生器的设计309

4.6.1　DDS技术介绍310

4.6.2　网络化虚拟信号发生器总体设计方案312

4.6.3　网络化虚拟信号发生器硬件电路设计313

4.6.4　测试结果及误差分析321

4.7　基于IEEE 1451.2网络化智能变送器节点设计325

4.7.1 IEEE 1451协议族体系架构326

4.7.2 IEEE 1451.2网络化智能变送器模型327

4.7.3　网络应用处理器设计328

4.7.4　智能变送器接口模块设计333

4.7.5　实验及结果334

4.8　基于RS232总线虚拟冲击功测试仪的设计335

4.8.1 冲击功测量原理335

4.8.2　系统总体设计方案337

4.8.3　虚拟冲击功测试仪硬件系统设计337

4.8.4　冲击功测量结果340

思考与练习340

第5章　LabScene开发平台的应用342

5.1 LabScene在虚拟仪器教学实验系统中的应用342

5.1.1　信号叠加与信号分析342

5.1.2　最小二乘法求取同频正弦信号的幅值、相位差344

5.1.3　任意波形发生器的设计350

5.2　LabScene在虚拟电子测量系统中的应用356

5.2.1　虚拟数字示波器356

5.2.2 LCR虚拟测试仪359

5.3 LabScene在工程实际中的应用362

5.3.1 在冲击功测试中的应用362

5.3.2　在地学仪器中的应用364

5.4 LabScene的网络应用366

5.4.1 网络化信号发生器367

5.4.2　基于IEEE 1451的智能化网络传感器节点372

思考与练习382

参考文献383

附录　虚拟实验教学平台介绍388