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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 LonWorks 16

1．4．3 Profibus 17

1．4．4 ControlNet 19

1．4．5 HART 20

1．4．6 InterBus 20

1．4．7 DeviceNet 22

1．4．8 P-NET 23

1．4．9 WorldFIP 24

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SJA1000 62

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PCA82C250 91

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