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文檔簡介
1、<p> 第一章 雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p> 《虛擬儀器技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(一)</p><p> 題目:雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)</p><p><b> 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p> 對(duì)于任何測(cè)試來說,信號(hào)的生成非常重要。例如,當(dāng)現(xiàn)實(shí)世界中的真正信號(hào)很難得到
2、時(shí),可以用仿真信號(hào)對(duì)其進(jìn)行模擬。</p><p> 常用的測(cè)試信號(hào)包括:正弦波、三角波、方波、鋸齒波、各種噪聲信號(hào)以及由多種正弦波合成的多頻信號(hào)。</p><p> 信號(hào)發(fā)生器在測(cè)量中應(yīng)用非常廣泛,它可以產(chǎn)生不同頻率的正弦信號(hào)、方波、三角波、鋸齒波等,其輸出的幅值和直流偏置也可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p> 信號(hào)發(fā)生器種類繁多,專用信號(hào)發(fā)生器是專門為某
3、種特殊的測(cè)量而研制的,如電視信號(hào)發(fā)生器、編碼脈沖信號(hào)發(fā)生器等;通用信號(hào)發(fā)生器按輸出波形可分為正弦信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和噪聲發(fā)生器等,其中正弦信號(hào)發(fā)生器最具普遍性和廣泛性。</p><p> LabVIEW虛擬儀器技術(shù)軟件開發(fā)平臺(tái)提供了豐富的信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)。本題目通過編寫適當(dāng)?shù)腖abVIEW程序,設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器。</p><p> 本課題通過虛擬儀器L
4、abVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)一種雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器,要求所設(shè)計(jì)的雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生和顯示正弦信號(hào)、三角波、方波、鋸齒波及公式波信號(hào)。具體指標(biāo)與要求如下:</p><p> (一) 正弦信號(hào)、三角波、方波、鋸齒波信號(hào)</p><p> 1、頻率范圍:0.001Hz~100KHz;</p><p> 2、幅值:0~10V,可選;</p&g
5、t;<p> 3、直流偏置:0~2.25V,可選;</p><p> 4、可調(diào)整幅值、相位、頻率;調(diào)整后無須重新啟動(dòng)(提示:用循環(huán)結(jié)構(gòu));</p><p> 5、在產(chǎn)生的信號(hào)中可以加入高斯噪聲。</p><p> 6、當(dāng)兩個(gè)通道都選擇產(chǎn)生正弦信號(hào)時(shí),要求可對(duì)產(chǎn)生的兩個(gè)通道的正弦信號(hào)分別計(jì)算有效值及它們之間的相位差。</p><
6、;p><b> (二) 公式波信號(hào)</b></p><p> 當(dāng)選擇產(chǎn)生公式波信號(hào)時(shí),可以通過信號(hào)發(fā)生器前面板輸入相應(yīng)的公式,從而得到相應(yīng)的波形信號(hào)。</p><p> (三)通道1、通道2可以分別產(chǎn)生正弦信號(hào)、三角波、方波、鋸齒波或公式波信號(hào)。通過設(shè)置一個(gè)“退出”按鈕來退出程序。兩個(gè)通道產(chǎn)生的信號(hào)必須在同一個(gè)示波器(Graph)中顯示波形,但彼此互不干擾
7、。每個(gè)通道可以對(duì)波形進(jìn)行單獨(dú)控制,分別可以選擇產(chǎn)生輸出正弦信號(hào)、方波信號(hào)、三角波信號(hào)、鋸齒波信號(hào)或公式波信號(hào)。并可以對(duì)采樣信息,頻率,幅值以及相位參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,方波還可以控制占空比。</p><p> (四)不能采用快速VI,正弦信號(hào)、三角波、方波、鋸齒波信號(hào)的產(chǎn)生不能采用下面的VI, </p><p><b> 盡量使用底層VI。</b></p>
8、<p><b> 二、課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p> 通過本次課程設(shè)計(jì)使學(xué)生具備:1)了解現(xiàn)代儀器科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前沿;2)學(xué)習(xí)和掌握虛擬儀器系統(tǒng)組成和工作原理;3)掌握虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件設(shè)計(jì)方法與調(diào)試技巧;4)培養(yǎng)學(xué)生查閱資料的能力和運(yùn)用知識(shí)的能力;5)提高學(xué)生的論文撰寫和表述能力;6)培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng);7)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和
9、運(yùn)用知識(shí)的能力。</p><p><b> 三、課程設(shè)計(jì)要求</b></p><p> 1、了解和掌握整個(gè)虛擬儀器平臺(tái)的系統(tǒng)組成、工作原理、各單元功能和應(yīng)用背景;</p><p> 2、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行文獻(xiàn)資料的檢索,根據(jù)各種獨(dú)立測(cè)量儀器的功能和工作原理,確定虛擬儀器功能,制定設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)虛擬儀器面板;</p><p
10、> 3、利用虛擬儀器LabVIEW軟件,編寫與調(diào)試虛擬儀器的圖形化程序;</p><p> 4、撰寫完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b> 四、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p> 1、雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器前面板設(shè)計(jì);</p><p> 2、雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器框圖程序設(shè)計(jì)。</p>
11、<p> 五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求</p><p> 報(bào)告中提供如下內(nèi)容:</p><p><b> 1、目錄</b></p><p><b> 2、正文</b></p><p> ?。?)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書;</p><p> ?。?)總體設(shè)計(jì)方案(包括虛擬儀
12、器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別,虛擬儀器LabVIEW圖形化程序的組成和特點(diǎn),為什么選擇虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺(tái)來設(shè)計(jì)雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器,雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器的總體結(jié)構(gòu)圖等);</p><p> (3)簡述所設(shè)計(jì)的雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器的工作原理及自己的設(shè)計(jì)結(jié)果所實(shí)現(xiàn)的功能,針對(duì)前面板要有操作使用說明,以便他人能夠正確使用所設(shè)計(jì)的雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器;</p><p>
13、(4)程序流程圖、框圖程序的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)方法等;</p><p> (5)調(diào)試、運(yùn)行及其結(jié)果;要求有雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的源程序和運(yùn)行結(jié)果等。</p><p><b> 3、收獲、體會(huì)</b></p><p><b> 4、參考文獻(xiàn)</b></p><p> 六、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排<
14、;/p><p> 本課程設(shè)計(jì)共需1周時(shí)間,其具體安排見下表:</p><p> 七、課程設(shè)計(jì)考核辦法</p><p> 本課程設(shè)計(jì)滿分為100分,從課程設(shè)計(jì)平時(shí)表現(xiàn)、課程設(shè)計(jì)報(bào)告及課程設(shè)計(jì)答辯三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分,其所占比例分別為20%、40%、40%。</p><p><b> 總體設(shè)計(jì)方案</b></p>
15、<p> 2.1 虛擬儀器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別</p><p> 虛擬儀器的最大特點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)資源與儀器硬件、DSP技術(shù)相結(jié)合,在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源,打破了以往由廠家定義儀器功能的模式,由用戶自己定義儀器功能。在虛擬儀器中,使用相同的硬件系統(tǒng),通過不同的軟件編程,就實(shí)現(xiàn)功能完全不同的測(cè)量儀器。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較如下表:</p><p> 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器
16、系統(tǒng)的比較</p><p> 2.2 虛擬儀器LabVIEW圖形化程序的組成和特點(diǎn)</p><p> LabVIEW是美國National Instrument Corporation公司研制的圖形編程虛擬儀器系統(tǒng)。主要包括數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)分、數(shù)據(jù)表示等功能,它提供一種新穎的編程方法,即以圖形方式組裝軟件模塊,生成專用儀器。LabVIEW由面板、流程方框圖、圖標(biāo)/連接器組成,其中面
17、板是用戶界面,流程方框圖是虛擬儀器源代碼,圖標(biāo)/連接器是調(diào)用接口(Calling Interface)。流程方框圖包括輸入/輸出(I/O)部件、計(jì)算部件和子VI部件,它們用圖標(biāo)和數(shù)據(jù)流的連線表示;I/O部件直接與數(shù)據(jù)采集板、GPIB板、或其他外部物理儀器通信;計(jì)算部件完成數(shù)學(xué)或其他運(yùn)算與操作;子VI部件調(diào)用其他虛擬儀器。</p><p> 虛擬儀器的主要特點(diǎn)有:</p><p> 1.
18、盡可能采用了通用的硬件,各種儀器的差異主要是軟件;</p><p> 2.可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力,有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器;</p><p> 3.用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。</p><p> 4. 虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在
19、這一領(lǐng)域內(nèi),使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國NI公司的LabVIEW。</p><p> 2.3 為什么選擇虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺(tái)來設(shè)計(jì)雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器</p><p> LabVIEW虛擬儀器技術(shù)軟件開發(fā)平臺(tái)提供了豐富的信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)。本次課程設(shè)計(jì)是通過編寫適當(dāng)?shù)腖abVIEW程序,設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器。對(duì)于任何測(cè)試來說,信號(hào)的生成非常重要。例如,當(dāng)現(xiàn)
20、實(shí)世界中的真正信號(hào)很難得到時(shí),可以用仿真信號(hào)對(duì)其進(jìn)行模擬。</p><p> 信號(hào)發(fā)生器種類繁多,專用信號(hào)發(fā)生器是專門為某種特殊的測(cè)量而研制的,如電視信號(hào)發(fā)生器、編碼脈沖信號(hào)發(fā)生器等;通用信號(hào)發(fā)生器按輸出波形可分為正弦信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和噪聲發(fā)生器等,其中正弦信號(hào)發(fā)生器最具普遍性和廣泛性。</p><p> 本次設(shè)計(jì)通過虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)
21、一種雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器。通過虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺(tái),我們可以選擇不同的波形信號(hào),同時(shí)可以對(duì)這些信號(hào)的一些相關(guān)參數(shù)進(jìn)行改變,觀察其變化,從而調(diào)試出我們需要的信號(hào)。</p><p> 2.4 雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器的總體結(jié)構(gòu)圖</p><p> 設(shè)計(jì)原理: 雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器的兩個(gè)通道相互獨(dú)立,在設(shè)置兩個(gè)通道的信號(hào)類型(正弦波,方波,三角波,鋸齒波及公式波等),
22、并調(diào)整信號(hào)的相應(yīng)參數(shù)(頻率,幅值,相位偏置等)時(shí),可加入高斯噪聲信號(hào),最后在波形顯示器上輸出波形.</p><p> 雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器的工作原理及實(shí)現(xiàn)功能</p><p><b> 3.1 工作原理</b></p><p> 本課題通過虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)一種雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器,要求所設(shè)計(jì)的雙通道虛擬信號(hào)
23、發(fā)生器可以產(chǎn)生和顯示正弦信號(hào)、三角波、方波、鋸齒波及公式波信號(hào)。程序設(shè)計(jì)的前面板如下:</p><p> 圖3-1 程序設(shè)計(jì)前面板</p><p> 通道1,通道2框圖:</p><p> 圖3-2 通道1框圖 圖3-3 通道2框圖</p><p> 由圖可知, 產(chǎn)
24、生和顯示正弦信號(hào)、三角波、方波、鋸齒波及公式波信號(hào). 框圖中包括sine wave,triangle wave, square wave, sawtooth wave以及formula wave。通過選擇其中一波形即可在波形顯示器里輸出。</p><p><b> 波形顯示器如下:</b></p><p> 圖 3-4 波形顯示器</p><
25、p> 通過框圖可設(shè)置波形的幅值,頻率,相位,偏置等參數(shù),從而產(chǎn)生所需要的波形。注:兩個(gè)通道生成的波形之間不受影響,可獨(dú)立操作。</p><p> 當(dāng)波形為方波時(shí),框圖用來改變方波的占空比。</p><p> 框圖里顯示波形的數(shù)學(xué)公式。</p><p> 波形圖中可通過改變框圖中的設(shè)置來加入高斯噪聲,以實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的干擾。當(dāng)高斯噪聲輸入為0時(shí),無噪聲輸出。
26、而設(shè)置為其他值時(shí)則產(chǎn)生噪聲信號(hào),并疊加到波形中去。輸入數(shù)值越大,則相應(yīng)的噪聲信號(hào)越大。</p><p> 框圖用來設(shè)置信號(hào)的采樣平率以及波形中的采樣點(diǎn)數(shù)。應(yīng)根據(jù)具體情況作適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。</p><p> 當(dāng)兩通道均為正弦波時(shí),框圖用來輸出兩正弦波的有效值以及相位差。</p><p> 框圖用來結(jié)束程序的運(yùn)行。</p><p><b&
27、gt; 3.2 實(shí)現(xiàn)功能</b></p><p> 雙通道虛擬信號(hào)發(fā)生器是利用兩個(gè)通道的獨(dú)立性分別產(chǎn)生正弦信號(hào)、三角波、方波、鋸齒波或公式波信號(hào)。兩個(gè)通道產(chǎn)生的信號(hào)在同一個(gè)示波器(Graph)中顯示波形,但彼此互不干擾。另外,每個(gè)通道可以對(duì)波形進(jìn)行單獨(dú)控制,分別可以選擇產(chǎn)生輸出正弦信號(hào)、方波信號(hào)、三角波信號(hào)、鋸齒波信號(hào)或公式波信號(hào)。并可以對(duì)采樣信息,頻率,幅值以及相位參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,方波還可以控
28、制占空比。</p><p> 第四章 程序流程圖和框圖程序的設(shè)計(jì)</p><p> 4.1 程序流程圖的設(shè)計(jì)</p><p> 圖4-1 程序流程圖</p><p> 4.2 框圖程序的設(shè)計(jì)</p><p> 通道1 三角波信號(hào)發(fā)生的設(shè)計(jì)圖如下:</p><p> 圖4-3 通
29、道1 三角波框圖</p><p> 通道1 方波信號(hào)發(fā)生設(shè)計(jì)圖如下:</p><p> 圖4-4 通道1方波框圖</p><p> 通道1 鋸齒波信號(hào)發(fā)生設(shè)計(jì)框圖如下:</p><p> 圖4-5 通道1鋸齒波框圖</p><p> 通道1 公式波信號(hào)發(fā)生設(shè)計(jì)框圖如下:</p><p&
30、gt; 圖4-6 通道公式波框圖</p><p> 通道2 正弦波信號(hào)發(fā)生的設(shè)計(jì)圖如下:</p><p> 圖4-7 通道2正弦波框圖</p><p> 通道2 三角波信號(hào)發(fā)生的設(shè)計(jì)圖如下:</p><p> 圖4-8 通道2 三角波框圖</p><p> 通道2 方波信號(hào)發(fā)生的設(shè)計(jì)圖如下:</
31、p><p> 圖4-9 通道2 方波框圖</p><p> 通道2 公式波信號(hào)發(fā)生的設(shè)計(jì)圖如下:</p><p> 圖4-10 通道2 公式波框圖</p><p> 下面框圖為測(cè)量兩通道正弦波的相位差以及有效值未用的框圖設(shè)計(jì)</p><p> 圖4-11 通道1其他 的框圖</p><p&
32、gt; 圖4-12 通道2 其他的框圖</p><p> 第五章 調(diào)試、運(yùn)行以及結(jié)果</p><p> 圖5-1為兩通道的信號(hào)以及參數(shù)分別設(shè)置及運(yùn)行結(jié)果:</p><p> 通道1:偏置0,頻率1.8Hz,幅度2V,相位10;</p><p> 通道2:偏置0,頻率1Hz,幅度2V,相位0.</p><p>
33、 圖5-1 兩通道的信號(hào)以及參數(shù)分別設(shè)置及波形</p><p> 圖5-2為原信號(hào)及參數(shù)加入高斯噪聲后的運(yùn)行結(jié)果: 通道1:偏置0,頻率1.8Hz,幅度2V,相位10;</p><p> 通道2:偏置0,頻率1Hz,幅度2V,相位0;</p><p> 加入1.00的高斯白噪聲.</p><p> 圖5-2 加入高斯噪聲后的波形:&
34、lt;/p><p> 按退出按鈕后,程序運(yùn)行結(jié)束。</p><p> 第六章 LabVIEW課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)</p><p> LabVIEW是美國國家儀器公司(簡稱VI公司)研制的一個(gè)功能強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái),主要是為儀器系統(tǒng)的開發(fā)者提供體套能夠魯埃杰的建立,檢測(cè)和修改儀器系統(tǒng)的圖形軟件系統(tǒng)。他是一種圖形化的語言,廣泛的被工業(yè)界,學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受,被視為一個(gè)
35、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和以期控制軟件。與 C 和 BASIC 一樣,LabVIEW 也是通用的編程系統(tǒng),有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW 的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù) 顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ),等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具,如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序(子VI)的結(jié)果、單步執(zhí)行等等,便于程序的調(diào)試。LabVIEW的特點(diǎn):采用了通用的硬件,各種儀器的差異主要是軟件;可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能
36、力,有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器;用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。</p><p> 在未學(xué)習(xí)LabVIEW以前,我已經(jīng)接觸過了C語言,VB。作為一種編程語言,labview有很多和他們相似之處,如數(shù)據(jù)的類型,數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu),程序調(diào)試工具及層次化,模塊化的編程特點(diǎn)等,但經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí),我發(fā)行l(wèi)abview要比他們?nèi)萑杖腴T的多。因?yàn)閘abview使用的都是工程師們沖用的術(shù)語和圖表,
37、如各種旋鈕和開關(guān)等等,它的界面也是非常直觀形象,對(duì)于我們這種助學(xué)者有著極大的便出。</p><p> C語言與VB我經(jīng)常用來編寫一些小程序,但也只是實(shí)現(xiàn)加減乘除等簡單的公式運(yùn)算,并沒有復(fù)雜的圖形的繪畫。但同樣的學(xué)習(xí)時(shí)間里,我卻能夠用labview完成大多數(shù)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),在基本相同的時(shí)間里,感覺上labview說或收獲更多一些。</p><p> 通過這次labview的課程設(shè)計(jì),我了解現(xiàn)
38、代儀器科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前沿;學(xué)習(xí)和掌握虛擬儀器系統(tǒng)組成和工作原理;并掌握虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件設(shè)計(jì)方法與調(diào)試技巧;在這次課程設(shè)計(jì)中,哦我查閱了大量的資料,努力地運(yùn)用我所學(xué)到的知識(shí);使我的創(chuàng)新能力和運(yùn)用知識(shí)的能力有了較大的提高。在其過程中我努力地嘗試建立一個(gè)正確的設(shè)計(jì)思想,并發(fā)現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)的重要性(設(shè)計(jì)時(shí)我經(jīng)常出現(xiàn)比較低級(jí)的錯(cuò)誤);最后,我的提高學(xué)生的論文撰寫和表述能力也有了提高。</p><p>
39、 虛擬儀器是儀器計(jì)算機(jī)化的產(chǎn)物,是集成化儀器的基礎(chǔ),是儀器行業(yè)的一場(chǎng)革命,它的研制與開發(fā)具有深遠(yuǎn)的意義。所以我會(huì)再接再厲,爭(zhēng)取進(jìn)一步學(xué)習(xí)好,應(yīng)用好這門語言。</p><p><b> 第七章 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 汪敏生,等.LabVIEW基礎(chǔ)教程.北京:電子工業(yè)出版社,2007</p><p> [2] 沈茜.虛擬
40、儀器在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用及前景[J].煤炭技術(shù),2010,29(3):59~61.</p><p> [3] 解明芳,王鴻鈺.虛擬儀器[J].儀表技術(shù),1998,5.</p><p> [4] 王福明,等.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與虛擬儀器.西安電子科技大學(xué)出版社,2009</p><p> [5] 侯國屏,王坤,葉齊鑫.LABVIEW7.1編程與虛擬儀器
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