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第1章 绪论1

1．1 现场总线控制网络概述1

1．1．1 现场总线与控制网络概念1

1．1．2 现场总线的产生2

1．1．3 现场总线的技术特点3

1．2 现场总线控制网络的标准化与发展趋势4

1．2．1 现场总线的标准化4

1．2．2 现场总线的发展趋势6

1．3 网络化控制系统8

1．3．1 控制系统的发展历程8

1．3．2 网络化控制系统的结构13

1．3．3 网络化控制系统的特点13

1．4 几种典型的现场总线控制网络14

1．4．1 基金会现场总线（FF）14

1．4．2 LonWorks16

1．4．3 Profibus17

1．4．4 ControlNet19

1．4．5 HART20

1．4．6 InterBus20

1．4．7 DeviceNet22

1．4．8 P-NET23

1．4．9 WorldFIP24

14．10 列车通信网络（TCN）25

思考题与习题26

第2章 现场总线控制网络技术基础28

2．1 数据通信技术基础28

2．1．1 数据通信系统的基本组成28

2．1．2 数据通信系统的性能指标29

2．1．3 数据编码31

2．1．4 数据传输方式34

2．1．5 通信线路的工作方式35

2．1．6 信号的传输模式36

2．1．7 差错控制36

2．2 网络拓扑37

2．2．1 环形拓扑37

2．2．2 星形拓扑38

2．2．3 总线型拓扑39

2．2．4 树形拓扑39

2．3 网络的传输介质40

2．3．1 双绞线40

2．3．2 同轴电缆40

2．3．3 光缆41

2．3．4 无线通信42

2．4 网络传输的介质访问控制方式43

2．4．1 载波监听多路访问/冲突检测（CSM/CD）控制方式43

2．4．2 令牌控制方式43

2．4．3 时分复用方式44

2．5 网络互联44

2．6 OSI参考模型及其功能划分45

2．6．1 物理层（第1层）46

2．6．2 数据链路层（第2层）46

2．6．3 网络层（第3层）47

2．6．4 传输层（第4层）48

2．6．5 会话层（第5层）48

2．6．6 表示层（第6层）48

2．6．7 应用层（第7层）49

2．7 现场总线控制网络通信模型49

思考题与习题50

第3章 控制器局域网（CAN）通信技术51

3．1 概述51

3．1．1 CAN通信方式51

3．1．2 CAN通信的技术特点52

3．2 CAN通信技术协议53

3．2．1 CAN的通信参考模型53

3．2．2 CAN报文的传送和帧结构54

3．2．3 CAN报文的编码、滤波和校验59

3．2．4 CAN错误类型和界定59

3．2．5 CAN的位定时与同步技术60

3．3 CAN总线控制器SJA100062

3．3．1 SJA1000概述62

3．3．2 SJA1000的基本模式（BasicCAN）64

3．3．3 基本模式下的控制寄存器65

3．3．4 基本模式下的数据段寄存器68

3．3．5 SJA1000的扩展模式68

3．3．6 扩展模式下的控制寄存器75

3．3．7 扩展模式下的数据段寄存器82

3．3．8 两种模式的公共寄存器及其说明87

3．4 CAN总线驱动器PCA82C25091

3．4．1 PCA82C250概述91

3．4．2 PCA82C250典型应用93

思考题与习题94

第4章 控制器局域网（CAN）通信节点设计96

4．1 基于51单片机的CAN智能节点96

4．1．1 SJA1000的读写时序96

4．1．2 硬件设计97

4．1．3 软件设计98

4．2 非智能PC-104总线CAN适配卡100

4．2．1 PC-104总线介绍100

4．2．2 硬件电路设计说明102

4．2．3 软件设计105

4．3 非智能ISA总线CAN适配卡109

4．3．1 ISA总线简介109

4．3．2 硬件电路设计说明109

4．3．3 软件设计113

4．4 智能ISA总线CAN适配卡113

4．4．1 通信卡的硬件设计与调试113

4．4．2 通信卡的软件设计与实现116

4．5 PCI总线CAN适配卡117

4．5．1 PCI总线简介117

4．5．2 硬件电路设计说明118

4．5．3 软件设计119

4．6 基于CPCI的CAN总线的接口卡123

4．6．1 CPCI总线简介123

4．6．2 接口卡硬件设计与实现124

4．6．3 接口卡软件设计与实现128

4．7 RS-485总线与CAN总线的接口129

4．8 PC并行端口与CAN总线的接口135

4．8．1 PC并行端口简介135

4．8．2 基于EPP模式的接口电路设计138

4．8．3 软件设计139

4．9 基于USB总线的CAN适配卡143

4．9．1 USB总线简介143

4．9．2 硬件电路设计说明143

4．9．3 软件设计144

思考题与习题147

第5章 控制器局域网（CAN）的实时性分析149

5．1 实时性问题的提出149

5．2 CAN总线延时分析149

5．3 CAN总线延时变化分析153

5．4 实时性能提升策略155

思考题与习题155

第6章 1553B总线基本原理及应用156

6．1 概述156

6．1．1 1553B总线标准的发展历史156

6．1．2 1553B总线的技术特点156

6．1．3 1553B总线的主要技术指标157

6．2 硬件设备157

6．2．1 传输介质158

6．2．2 远程终端158

6．2．3 总线控制器159

6．2．4 总线监视器160

6．3 1553B协议定义的字格式160

6．3．1 命令字161

6．3．2 数据字161

6．3．3 状态字161

6．4 1553B协议定义的报文格式162

6．5 模式代码163

6．6 总线耦合方式164

6．6．1 直接耦合短截方式165

6．6．2 变压器耦短截方式165

6．6．3 混合方式165

6．7 1553B总线控制器166

6．7．1 BU-61580的组成167

6．7．2 BU-61580硬件接口167

6．7．3 BU-61580软件接口168

6．8 1553B总线最小系统设计170

6．8．1 最小系统的硬件原理框图170

6．8．2 最小系统的软件编程170

6．9 基于PCI总线的1553B接口板设计171

6．9．1 PCI接口芯片172

6．9．2 基于PCI总线的1553B接口板设计172

6．9．3 接口板软件编程174

思考题与习题174

第7章 工业以太网技术175

7．1 以太网基础175

7．1．1 以太网发展简史175

7．1．2 以太网帧格式178

7．1．3 共享式以太网179

7．1．4 交换式以太网181

7．1．5 虚拟局域网183

7．1．6 以太网组网技术185

7．2 工业以太网技术概述186

7．2．1 现场总线的局限性186

7．2．2 以太网的优点187

7．2．3 工业以太网的特殊性188

7．2．4 工业以太网的发展189

7．3 工业以太网的系统结构189

7．4 工业以太网关键技术190

7．4．1 通信确定性191

7．4．2 总线供电191

7．4．3 互操作性193

7．4．4 网络生存性194

7．4．5 网络安全194

7．4．6 本质安全195

7．4．7 远程传输和控制195

7．5 典型工业以太网196

7．5．1 Ethernet/IP工业以太网标准196

7．5．2 FF HSE工业以太网标准197

7．5．3 Modbus-IDA工业以太网标准199

7．6 基于单片机的以太网接口设计200

7．6．1 主要元器件200

7．6．2 硬件设计201

7．6．3 驱动程序设计203

思考题与习题205

第8章 网络化控制系统设计206

8．1 概述206

8．1．1 基本概念206

8．1．2 NCS的结构207

8．1．3 NCS的评价标准及研究方法208

8．2 NCS时延模型建立209

8．2．1 网络时延分析209

8．2．2 网络时延处理方法210

8．2．3 基于时延的建模210

8．3 NCS的稳定性分析211

8．3．1 NCS稳定性分析方法212

8．3．2 影响NCS稳定的主要因素212

8．3．3 NCS采样率对稳定性的影响213

8．4 NCS控制器设计方法213

8．5 网络化悬浮控制系统的设计与实现215

8．5．1 网络化悬浮控制方案215

8．5．2 网络化悬浮控制系统模型建立216

8．5．3 基于悬浮模型的控制算法设计218

8．5．4 系统的硬件实现219

8．5．5 仿真与实验对比分析220

思考题与习题221

第9章 现场总线控制网络技术的工程应用举例222

9．1 CAN总线在机械臂控制中的应用222

9．1．1 机械臂系统结构222

9．1．2 CAN通信软件设计224

9．2 CAN总线在汽车电子系统中的应用229

9．2．1 汽车CAN总线技术方案229

9．2．2 基于CAN总线的汽车远程故障诊断231

9．3 CAN总线在香烟包装机生产线上的应用234

9．3．1 基于CAN总线的数采系统方案235

9．3．2 通信软件设计236

9．4 基于DPC31的Profibus-DP智能从站设计与实现237

9．4．1 DPC31的结构及功能237

9．4．2 Profibus-DP从站的硬件设计238

9．4．3 Profibus-DP从站的软件设计239

9．4．4 DPC31的初始化过程239

9．4．5 DPC31的中断处理240

9．4．6 GSD文件的编写241

9．5 基于ARM处理器的1553B终端设备设计242

9．5．1 硬件系统设计242

9．5．2 软件设计243

9．6 基于控制网络的磁浮车载网络监控与诊断系统244

9．6．1 车载监控与诊断系统的总体设计244

9．6．2 列车通信网络方案的确定246

9．7 基于控制网络的磁浮列车地面状态监测与故障诊断248

9．7．1 唐山试验示范线磁浮列车地面监测与诊断系统总体设计249

9．7．2 磁浮列车地面各子系统状态监测系统开发实现250

9．7．3 磁浮列车地面综合诊断系统技术方案设计256

参考文献259