LabVIEW编程思想深度解析：虚拟仪器与图形化开发入门

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"《LabVIEW编程思想.pdf》是一本深入浅出的教程，专为LabVIEW初学者设计，旨在帮助理解虚拟仪器的编程理念和实践。本书分为两大部分：第1部分是LabVIEW编程思想的基础介绍，包括虚拟仪器的起源、构成、测量原理以及它与传统仪器的区别和联系。在第1章中，作者首先阐述了虚拟仪器的概念，从其诞生背景、初期理念到现代的创新，强调了虚拟仪器如何利用商业化计算机的软件和硬件资源，实现测量灵活性并降低成本。章节还讨论了虚拟仪器的特点，如软件的重要性、可重复使用的硬件和用户定制的功能。同时，作者并未忽视虚拟仪器与传统仪器之间的关系，指出虽然虚拟仪器在某些领域如数字电子技术中显示了强大的灵活性，但在高端测量仪器市场，传统仪器仍然占据主导地位。第二部分深入介绍了LabVIEW编程语言，特别是它的图形化编程语言NILabVIEW。这部分讲解了计算机编程的不同层级，从机器语言到高级语言，重点突出了图形化编程语言的优势，如数据流机制，使编程过程直观易懂。作者详细剖析了VI（Virtual Instrument）的构成，包括前面板、程序框图、图标和连线板等组件，以及VI的各种属性，如常规属性、内存使用、说明信息等。此外，子VI的创建和管理，以及VI的类型和跨平台特性也被深入讲解。通过阅读这本书，读者不仅能掌握LabVIEW编程基础，还能了解到虚拟仪器技术的核心要素，有助于新手快速上手并在实践中提升技能。无论是对虚拟仪器感兴趣的学生还是工程师，都能从中获益匪浅。"

图 1－3 James Truchard 的毕业照

James Truchard 博士在信中是这样写到：

创立公司的想法第一次闪现在我的脑海里是在 1967 年，那时我刚刚在德克萨斯大学的奥斯汀分校完成

了我的硕士论文。我设计、开发了一个超低噪音放大器，并且在测量应用领域得到了很广泛使用。这不仅

使我品尝到了成功的滋味，特别是让我隐隐约约感觉到凭借这个成功我已经可以去独闯天下了。可是，最

终我还是放弃了这个想法，决定继续留在德克萨斯大学读完博士学位。

当我完成学业获得了博士学位后，我再次有了创办企业的想法。

早在 1976 年前，我就遇到了 Jeff Kodosky 和 Bill Nowlin，他们是我在奥斯汀德克萨斯大学应用研

究实验室（ARL）的伙伴，我们在一起相继工作有 2 年多。

1976 年，我们开始共同策划创建一个小公司，并很快决定我们最初的产品应该是一个通用接口总线的

具体应用，那样工程师和科学家就可以用它连接测量仪器和电脑，并用电脑来读取测量值，比如温度、电

压和压力等。

从 1976 年 4 月开始，我、Jeff 和 Bill 就准备开始设计我们自己的产品，同时也为即将成立的新公司

选择了很多个可能使用的名称——德克萨斯数码以及我们姓名首字母的一些排列组合等等。可是，当我们

第一次递交公司的申请时，这些名称全部都遭到了拒绝。

在接下来的一轮名称递交申请中，令人非常吃惊的是他们认可了我们的第一选择——National

Instruments。

当我们集体签名从本地银行借出 10,000 美元后，购买了一台电脑并开始了产品研发。我们最初使用的

工作间是我们的车库，后来又围绕在我们的房子周围的地方到处打游击。

我们的首款通用接口总线在 1977 年 4 月完成。此后，国家仪器搬进了它的第一个 300 平方英尺的办

公室。

在 1977 年，我们通过陌生的电话将我们的首个产品出售给德克萨斯州圣安东尼奥的凯利空军基地。到

年底，我们已经发售出去了总计 3 套产品，并且雇佣了一个兼职的行政助理。

1978 年 7 月，公司搬迁到了一个 600 平方英尺的场地。9 月份，公司的发展遇到了一个十分危机关头。

虽然大家竭尽全力，但是事情并没有向我们预期的那样发展。然而，我们没有放弃，而是投入更多的金钱

和决心，并且有计划的行动。我们给大约 1000 多名工程师和科学家寄去了产品宣传单，建议他们使用通

过电脑传送和处理测量数据的新方法。那些邮件使我们获得了成功，那一年公司销售了 78,000 美元的产

品，应该是前途一片光明了。

1979 年 11 月 9 日我专职加入 NI 公司，Jeff 的加入是在 1980 年 2 月 1 日，而 Bill 则是在 1980 年

4 月 1 日加入的。从此，我们开始了新的征程。

图 1－4 踌躇满志

今天，我可以十分骄傲的说：美国国家仪器公司在虚拟仪器领域是一个科技先锋者和领导者，虚拟仪器

这一创新理念已经改变了各个领域的工程师和科学家们进行测试测量和自动化的方式。

30 多年的发展历程中，美国国家仪器公司的虚拟仪器解决方案完全依仗于商业化科学技术的飞速发展，

其中包括行业标准、计算机及网络。通过采用 PC 和现成的商业技术，虚拟仪器通过集成的软件，比如图

形化开发环境 NI LabVIEW，以及基于 PXI、PCI、PCIe、PXIe、USB、1394、WiFi 和以太网的模块化

测量和控制硬件，降低了用户在测试、控制和设计领域应用的成本，并大幅提高了生产效率。

这封信中，充满了创业的喜悦和成功后的自豪！

成立后的 NI 公司很快就设计开发出基于 IEEE-488.1 的硬件扩展版。逐渐稳步上升的销售业绩更加激

发了他们的创新欲望，他们开始对 GPIB 接口进行新的改进。改进后的 GPIB 将接口总线的传输速率从

1Mbytes/s 提高到 8Mbytes/s。并成为新的国际标准 IEEE-488-2003。

上个世纪 80 年代初期，NI 公司凭借着 GPIB 总线上所获得的巨大成功，业已成为个人计算机 GPIB

控制器稳定的开发商和供应商。他们在与用户不断接触的商务活动中敏锐的发现：当时所有的仪器控制程

序基本上都是用 BASIC 语言编写的。要求那些十分精通测试、测量的科学家和工程师使用 BASIC 语言来

编写仪器控制程序，肯定不是一件十分愉快的事情。 NI 公司的精英们开始设想：如果能够创造、发明

一种很实用、很方便的仪器控制软件开发工具或软件开发平台，必将彻底改变那些测试、测量科学家和工

程技术人员对仪器控制程序设计的态度。基于这样的理念，他们决定研发一种这样的产品，并从 1983 年

4 月开始迈出实现这个伟大梦想的第一步。

经过了三年多艰苦卓绝的不懈努力，这些天才的发明家终于实现了他们当初的梦想。不仅创建了虚拟仪

器的理念，还同时发明了一种图形化的计算机编程语言及图形化程序的设计方法。

1986 年，NI LabVIEW 1.0（Mac 版）诞生(LabVIEW 的版本历史，请参考附录 A)。

二十五年来，持续不断地改进，图形化编程的方式已经逐渐演变成为现在的 NI LabVIEW 图形化系统

设计的平台。

无可置疑，NI LabVIEW 的诞生的确引发了测试、测量仪器领域的一场革命。

1.1.2 初期虚拟仪器的理念

虚拟仪器理念的诞生之初，受当时技术发展所限，虚拟仪器的主要应用体现在仪器控制方面。常被用于

构建基于数字式仪表的大型自动化测试系统。

1. 在 NI 的帮助文档中还可以看到这样的说法：“LabVIEW 程序又称虚拟仪器，即 VI。其外观和操

作均模仿现实仪器，如示波器和万用表。每个 VI 都使用函数从用户界面或其它渠道获取信息输入，

然后将信息显示或传输至其它文件或计算机。”

2. 在清华大学出版社 2008 年出版的《虚拟仪器设计基础教程》［4］一书中第 3.1 节中也谈到：

目前对于虚拟仪器的概念还没有统一定义。书中还提到 NI 公司认为：虚拟仪器是由计算机硬件

资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一

种计算机操纵的模块化仪器系统。

依据当前虚拟仪器的发展状况，我们认为基本上可以这样来表述：虚拟仪器——基于计算机的测试测量

和自动化仪器（系统）。

这样的表述是基于下面的观点：

• 虚拟仪器所表述的内容

从虚拟仪器表述的内容来看，它应该所指是：电子测量仪器中的某一个仪器种类，并非指某种特定的仪

器。事实上，它被用来区分传统仪器。无论虚拟仪器还是传统仪器，二者所表达的概念是相同的，都是用

来表示基本构成不同的某类测量仪器。

• 虚拟仪器的测量特性

无论传统仪器还是虚拟仪器其本质区别就是基本构成不同。从测量的角度来分析：对于同一个被测量，

具有相同功能的测量仪器，无论是传统仪器还是虚拟仪器它的测量结果都应该是一致的。所以无论虚拟仪

器还是传统仪器，我们在评价其测量特性时，会依据相同的技术标准。

• 基于计算机的测试测量本身已包含软件和硬件

因为基于计算机的测试测量本身就包含了软件和硬件部分，所以就不必特意强调“软件就是仪器”或者特

殊强调“硬件模块”的作用。正是在计算机上实现了测试测量。所以传统仪器前面板上的许多硬件都可以通

过软件来模拟实现。比如像传统仪器前面板上的按键、开关、图形指示器、旋钮等等。这种方式必定会大

大降低测量仪器的成本，并提高了仪器的使用寿命，同时大大提高了设计开发效率。

综上所述，虚拟仪器是与传统仪器是基本构成不一样的同一类测量仪器，是一种创新的仪器设计思想的

产物。

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豪情卍玉帝

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