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第1章 概论1

1.1 现场总线的产生与发展1

1.1.1 现场总线的产生1

1.1.2 现场总线的本质2

1.1.3 现场总线的特点和优点3

1.1.4 现场总线的现状5

1.1.5 现场总线网络的实现6

1.1.6 现场总线技术的发展趋势7

1.2 工业以太网的产生与发展8

1.2.1 以太网引入工业控制领域的技术优势8

1.2.2 工业以太网与实时以太网9

1.2.3 IEC 61786-2标准10

1.2.4 工业以太网技术的发展现状11

1.2.5 工业以太网技术的发展趋势与前景13

1.3 现场总线与企业网络16

1.3.1 企业网络概述16

1.3.2 企业网络技术17

1.3.3 企业网络的体系结构19

1.3.4 企业网络的实现21

1.3.5 Intranet24

1.3.6 信息网络与控制网络27

1.4 流行现场总线简介30

1.4.1 基金会现场总线30

1.4.2 PROFIBUS30

1.4.3 CAN31

1.4.4 DeviceNet32

1.4.5 LonWorks33

1.4.6 ControlNet34

1.4.7 CC-Link35

1.4.8 CompoNet37

1.5 工业以太网简介41

1.5.1 工业以太网的主要标准41

1.5.2 IDA43

1.5.3 Ethernet/IP43

1.5.4 EtherCAT45

1.5.5 Ethernet Powerlink46

1.5.6 PROFINET46

1.5.7 HSE51

1.5.8 EPA52

1.6 netX网络控制器55

1.6.1 netX系列网络控制器56

1.6.2 netX系列网络控制器的软件结构58

1.6.3 netX可用的协议堆栈59

1.6.4 基于netX网络控制器的产品分类59

1.6.5 开发工具和测试板62

1.6.6 设计服务62

1.6.7 价格模式63

1.7 习题63

第2章 控制网络技术64

2.1 数据通信技术基础64

2.1.1 数据通信的基本概念64

2.1.2 通信系统的结构66

2.1.3 数据的编码技术67

2.1.4 数据的传输模式70

2.1.5 数据的通信方式73

2.1.6 计算机网络及其拓扑结构75

2.1.7 传输介质76

2.1.8 介质访问控制方式78

2.1.9 差错控制编码技术79

2.2 网络互连技术83

2.2.1 基本概念83

2.2.2 网络互连规范83

2.2.3 网络互连和操作系统83

2.2.4 现场控制网络互连84

2.3 网络互连设备84

2.3.1 中继器85

2.3.2 网桥85

2.3.3 路由器86

2.3.4 网关86

2.4 通信参考模型87

2.4.1 OSI参考模型87

2.4.2 TCP/IP参考模型90

2.4.3 现场总线的通信模型92

2.5 习题93

第3章 通用串行通信接口技术94

3.1 串行通信技术基础94

3.1.1 串行通信基本概念94

3.1.2 串行异步通信数据格式96

3.2 RS-232C串行通信接口技术97

3.2.1 RS-232C接口97

3.2.2 RS-232C通信接口的互连98

3.2.3 RS-232C驱动器／接收器98

3.3 RS-485串行通信接口技术99

3.3.1 RS-485接口99

3.3.2 RS-485收发器100

3.3.3 RS-485接口的典型应用100

3.3.4 RS-485网络互连101

3.4 Modbus通信协议103

3.4.1 概述103

3.4.2 两种传输方式104

3.4.3 Modbus消息帧105

3.4.4 错误检测方法108

3.4.5 Modbus的编程方法111

3.4.6 PMM2000电力网络仪表Modbus-RTU通信协议113

3.5 习题115

第4章 PROFIBUS现场总线116

4.1 PROFIBUS概述116

4.2 PROFIBUS的协议结构118

4.2.1 PROFIBUS-DP的协议结构118

4.2.2 PROFIBUS-FMS的协议结构119

4.2.3 PROFIBUS-PA的协议结构119

4.3 PROFIBUS-DP现场总线系统119

4.3.1 DP的RS-485传输技术和安装要点119

4.3.2 PROFIBUS-DP的三个版本120

4.3.3 PROFIBUS-DP系统组成、系统结构和总线访问控制124

4.3.4 PROFIBUS-DP系统工作过程126

4.4 PROFIBUS-DP的通信模型129

4.4.1 PROFIBUS-DP的物理层129

4.4.2 PROFIBUS-DP的数据链路层132

4.4.3 PROFIBUS-DP的用户层139

4.4.4 PROFIBUS-DP用户接口140

4.5 PROFIBUS-DP的总线设备类型142

4.5.1 概述142

4.5.2 DP设备类型143

4.6 设备数据库文件（GSD）144

4.6.1 GSD文件的作用和组成144

4.6.2 GSD文件的使用说明145

4.6.3 GSD文件的格式146

4.7 习题151

第5章 PROFIBUS-DP通信控制器与网络接口卡152

5.1 概述152

5.2 从站通信控制器SPC3153

5.2.1 ASICs介绍153

5.2.2 SPC3功能简介154

5.2.3 SPC3引脚介绍154

5.2.4 SPC3存储器分配及参数156

5.2.5 ASIC接口160

5.2.6 PROFIBUS-DP接口165

5.2.7 通用处理器总线接口176

5.2.8 UART178

5.2.9 PROFIBUS-DP的RS-485传输接口电路178

5.2.10 PROFIBUS-DP从站的状态机制179

5.3 从站通信控制器VPC3系列180

5.3.1 MPI12x多路接口控制器专用集成电路芯片180

5.3.2 VPC3＋C PROFIBUS-DP从站专用集成电路芯片181

5.3.3 VPCLS2 PROFIBUS-DP从站简单型专用集成电路芯片182

5.4 主站通信控制器ASPC2与网络接口卡183

5.4.1 ASPC2介绍183

5.4.2 CP5611网络接口卡184

5.4.3 CP5613网络接口卡185

5.4.4 CP5511和CP5512网络接口卡185

5.4.5 CP5611和CP5613安装及组态185

5.5 习题186

第6章 PROFIBUS-DP应用系统设计187

6.1 PROFIBUS-DP开发包4187

6.1.1 开发包4的组成187

6.1.2 硬件安装190

6.1.3 软件使用190

6.2 PROFIBUS-DP从站的开发192

6.2.1 硬件电路192

6.2.2 软件开发193

6.3 PROFIBUS-DP从站智能测控节点的系统设计194

6.3.1 PROFIBUS-DP从站智能测控节点的系统结构194

6.3.2 FBPRO-8DI八路隔离型数字量输入智能节点的系统设计194

6.3.3 A/D转换器ADS1216及其应用213

6.3.4 FBPRO-4MV四通道隔离型毫伏信号输入智能节点的系统设计227

6.3.5 FBPRO-8DI智能节点的设备数据库文件231

6.4 PROFIBUS-DP主站通信程序设计233

6.4.1 通信程序中主要函数介绍233

6.4.2 主站通信程序开发实例239

6.5 PROFIBUS-DP从站的测试过程243

6.5.1 安装硬件和驱动程序243

6.5.2 复制GSD文件243

6.5.3 启动COM PROFIBUS243

6.5.4 添加主站和从站243

6.5.5 启动Set PG/PC244

6.5.6 软件测试246

6.6 PROFINET技术248

6.6.1 PROFINET部件模型248

6.6.2 PROFINET运行期250

6.6.3 PROFINET的网络结构251

6.6.4 PROFINET与OPC的数据交换252

6.7 基于嵌入式通信模块COM-C的PROFIBUS-DP主站系统设计253

6.7.1 PROFIBUS-DP主站系统设计方案253

6.7.2 基于嵌入式通信模块COM-C的DP主站硬件设计253

6.7.3 基于嵌入式通信模块COM-C的DP主站软件设计254

6.7.4 PROFIBUS-DP主站模块在新型DCS系统中的应用256

6.8 习题257

第7章 DeviceNet现场总线258

7.1 DeviceNet技术概述258

7.1.1 设备级的网络258

7.1.2 DeviceNet的特性259

7.1.3 DeviceNet的通信模式260

7.2 DeviceNet通信模型261

7.2.1 DeviceNet的物理层261

7.2.2 DeviceNet的数据链路层264

7.2.3 DeviceNet的应用层265

7.3 DeviceNet设备描述273

7.3.1 DeviceNet设备的对象模型273

7.3.2 DeviceNet设备的对象描述274

7.4 DeviceNet连接276

7.4.1 建立连接276

7.4.2 DeviceNet预定义主／从连接组277

7.4.3 预定义主／从连接的工作过程281

7.5 预定义主／从连接实例284

7.5.1 显式报文连接284

7.5.2 轮询连接285

7.5.3 位-选通连接286

7.5.4 状态变化连接或循环连接286

7.5.5 DeviceNet的通信过程理解287

7.6 网络访问状态机制290

7.6.1 网络访问事件矩阵290

7.6.2 重复MAC ID检测291

7.7 指示器和配置开关292

7.7.1 指示器292

7.7.2 配置开关292

7.7.3 指示器和配置开关的物理标准293

7.7.4 DeviceNet连接器图标293

7.8 CAN的技术规范293

7.8.1 CAN的基本概念294

7.8.2 CAN的分层结构295

7.8.3 报文传送和帧结构296

7.8.4 错误类型和界定302

7.8.5 位定时与同步的基本概念303

7.8.6 CAN总线的位数值表示与通信距离305

7.9 CAN通信控制器及其收发器306

7.9.1 CAN器件简介306

7.9.2 CAN通信控制器SJA1000306

7.9.3 CAN总线收发器312

7.10 DeviceNet节点的开发314

7.10.1 DeviceNet节点的开发步骤314

7.10.2 设备描述的规则322

7.10.3 设备配置和电子数据文档（EDS）323

7.11 习题327

第8章 TCP/IP协议与以太网控制器328

8.1 TCP/IP协议的体系结构328

8.1.1 TCP/IP协议的四个层次328

8.1.2 TCP/IP协议模型中的操作系统边界和地址边界329

8.2 IP协议330

8.2.1 IP互联网原理330

8.2.2 IP协议的地位与IP互联网的特点330

8.2.3 IP地址331

8.2.4 子网与子网掩码332

8.2.5 IP数据报格式333

8.3 ICMP协议336

8.3.1 ICMP报文的封装与格式336

8.3.2 ICMP请求与应答报文338

8.4 ARP协议338

8.4.1 ARP报文格式339

8.4.2 ARP工作原理340

8.4.3 ARP高速缓存341

8.5 端到端通信和端口号341

8.5.1 端到端通信341

8.5.2 传输层端口342

8.6 TCP协议和UDP协议344

8.6.1 TCP报文段格式344

8.6.2 TCP连接的建立与关闭346

8.6.3 TCP的超时重发机制347

8.6.4 UDP协议348

8.7 RTL8019AS全双工以太网控制器349

8.7.1 概述349

8.7.2 引脚介绍349

8.7.3 寄存器描述352

8.8 DM9000A全双工以太网控制器358

8.8.1 概述358

8.8.2 引脚介绍359

8.8.3 寄存器描述361

8.8.4 功能描述363

8.9 习题364

第9章 工业以太网应用系统设计365

9.1 RTL8019AS在PMM2000电力网络仪表中的应用365

9.1.1 概述365

9.1.2 PMM2000电力网络仪表硬件总体设计365

9.1.3 谐波测量算法370

9.1.4 软件总体设计371

9.2 PMM2000电力网络仪表以太网通信程序设计373

9.2.1 以太网协议的封装格式373

9.2.2 通信程序的头文件定义375

9.2.3 通信主程序设计380

9.2.4 RTL8019AS网络底层驱动程序的设计386

9.2.5 ARP程序设计方法401

9.2.6 ICMP程序设计方法405

9.2.7 TCP程序设计方法407

9.3 上位机网络编程实例424

9.3.1 网络编程概述424

9.3.2 网络组件介绍425

9.3.3 TCP/IP应用程序开发过程426

9.4 习题429

参考文献430