現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)
定 價：78 元
叢書名：新工科卓越工程師教育培養(yǎng)計劃電子信息類專業(yè)系列教材
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- 作者：李正軍，李瀟然 著
- 出版時間：2021/4/1
- ISBN：9787568069182
- 出 版 社：華中科技大學出版社
- 中圖法分類：TP393.11
- 頁碼：428
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16開
本書秉承“新工科”理念，從科研、教學和工程實際應用出發(fā)，理論聯(lián)系實際，全面系統(tǒng)地講述了現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)及其應用系統(tǒng)設計。
本書首次在國內(nèi)教科書中詳細講述了CAN FD高速現(xiàn)場總線和在機器人等運動控制領域廣泛應用的EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)。
全書共分10章，主要內(nèi)容包括：現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)概論、 CAN 現(xiàn)場總線、CAN FD現(xiàn)場總線、CAN FD應用系統(tǒng)設計、PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線、EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)、EtherCAT從站控制器ET1100、基于ET1100的EtherCAT從站硬件設計、EtherCAT主站與伺服驅動器控制應用協(xié)議、EtherCAT從站驅動程序與開發(fā)調(diào)試。全書內(nèi)容豐富，體系先進，結構合理，理論與實踐相結合，尤其注重工程應用技術。
本書是在作者教學與科研實踐經(jīng)驗的基礎上，結合二十年現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)技術的發(fā)展編寫而成的。
本書可作為高等院校各類自動化、機器人、自動檢測、機電一體化、人工智能、電子與電氣工程、計算機應用、信息工程等專業(yè)的本科教材，同時可以作為相關專業(yè)的研究生教材，也適用于從事現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)設計的工程技術人員參考。
國內(nèi)同類教材較多，但存在的問題是：要么理論性較強，工程實踐少；要么工程實踐介紹的過多，理論指導不夠重視，不能做到理論與實踐相結合。另外，內(nèi)容較雜、較陳舊，現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)中涉及到的新技術、新理論、新知識等沒有講到。本教材做到了理論與實踐相結合，做到了把復雜事情簡單化，重點突出。重點講解了計現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)涉及到的新技術、新理論、新知識。特別介紹了基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術的新型控制系統(tǒng)。
經(jīng)過二十多年的發(fā)展，現(xiàn)場總線已經(jīng)成為工業(yè)控制系統(tǒng)中重要的通信網(wǎng)絡，并在不同的領域和行業(yè)得到了廣泛的應用。近幾年，無論是在工業(yè)、電力、交通，還是在機器人等運動控制領域，工業(yè)以太網(wǎng)得到了迅速發(fā)展和應用。
在汽車領域，隨著人們對數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求的增加，傳統(tǒng)的CAN總線由于帶寬的限制難以滿足這種增加的需求。此外為了縮小CAN網(wǎng)絡（*大1Mbit/s）與FlexRay（*大10Mbit/s）網(wǎng)絡的帶寬差距，BOSCH公司2011年推出了CAN FD方案。
由于CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate）現(xiàn)場總線具有可變速率且數(shù)據(jù)長度*大可以為64字節(jié)的特點，克服了CAN現(xiàn)場總線通信速率低且數(shù)據(jù)長度*大只有8字節(jié)的缺點，CAN FD現(xiàn)場總線在工業(yè)控制及汽車領域得到了廣泛的應用。
EtherCAT是由德國BECKHOFF自動化公司于2003年提出的實時工業(yè)以太網(wǎng)技術。它具有高速和高數(shù)據(jù)有效率的特點，支持多種設備連接拓撲結構。其從站節(jié)點使用專用的控制芯片，主站使用標準的以太網(wǎng)控制器。EtherCAT 是一項高性能、低成本、應用簡易、拓撲靈活的工業(yè)以太網(wǎng)技術，并于2007年成為國際標準。EtherCAT 技術協(xié)會（ETG，EtherCAT Technology Group）負責推廣EtherCAT技術和對該技術的持續(xù)研發(fā)。
EtherCAT擴展了 IEEE802.3 以太網(wǎng)標準，滿足了運動控制對數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐綄崟r要求。它充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性，并通過“On Fly”模式提高了數(shù)據(jù)傳送的效率。
EtherCAT 工業(yè)以太網(wǎng)技術在全球多個領域得到廣泛應用。如機器控制、測量設備、醫(yī)療設備、汽車和移動設備以及無數(shù)的嵌入式系統(tǒng)中。
本書共分十章。第一章介紹了現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)及國內(nèi)外流行的現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)；第二章詳述了CAN控制器局域網(wǎng)的技術規(guī)范、CAN通信控制器、CAN收發(fā)器和CAN智能測控節(jié)點的設計實例；第三章詳述了CAN FD通信協(xié)議和CAN FD控制器MCP2517FD；第四章詳述了CiA601規(guī)范、CAN FD高速收發(fā)器、CAN FD收發(fā)器隔離器件和MCP2517FD的應用程序設計；第五章詳述了PROFIBUS通信協(xié)議、PROFIBUS通信控制器SPC3和ASPC2及網(wǎng)絡接口卡和PROFIBUS-DP從站的設計；第六章講述了EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)、EtherCAT物理拓撲結構、EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層、EtherCAT應用層、EtherCAT系統(tǒng)組成及KUKA機器人應用案例；第七章首先介紹了EtherCAT從站控制器的功能與通信協(xié)議，然后詳述了EtherCAT從站控制器的BECKHOFF解決方案、EtherCAT從站控制器ET1100、EtherCAT從站控制器的數(shù)據(jù)鏈路控制、EtherCAT從站控制器的應用層控制、EtherCAT從站控制器的存儲同步管理、EtherCAT從站信息接口（SII）和EtherCAT分布時鐘；第八章詳述了基于ET1100的EtherCAT從站總體結構、微控制器與ET1100 的接口電路設計、ET1100 的配置電路設計、EtherCAT從站以太網(wǎng)物理層 PHY器件、10/100BASE-TX/FX的物理層收發(fā)器KS8721、ET1100與KS8721BL的接口電路和直接I/O控制EtherCAT從站硬件電路設計；第九章講述了EtherCAT主站分類、TwinCAT3 EtherCAT主站、IgH EtherCAT主站、IEC61800-7通信接口標準、CoE、CANopen驅動和運動控制設備行規(guī)；第十章講述了EtherCAT從站驅動和應用程序代碼包架構、EtherCAT從站驅動和應用程序的設計實例、EtherCAT通信中的數(shù)據(jù)傳輸過程、EtherCAT主站軟件的安裝和EtherCAT從站的開發(fā)調(diào)試。
李正軍，男，1984年7月畢業(yè)于山東大學數(shù)學系，同年留原山東大學數(shù)學系任教；1987年10月調(diào)入原山東工業(yè)大學自動化系任教，1997年10月晉升為副教授，2003年10月晉升為山東大學控制科學與工程學院教授，并擔任“211工程”重點建設項目“現(xiàn)場總線技術實驗室”負責人、控制學院微機課程負責人，碩士研究生導師，山東大學優(yōu)秀教師。中國電氣工業(yè)協(xié)會設備網(wǎng)現(xiàn)場總線分會理事、中華人民共和國機械行業(yè)標準《低壓電氣通信規(guī)約》審稿人，全國電器設備網(wǎng)絡通信接口標準化委員會委員。設計的產(chǎn)品在國內(nèi)外市場具有很大的影響，所指導的學生在國內(nèi)外各大公司擔任重要崗位，并具有豐厚的待遇。
第1章 現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)概述
1.1 現(xiàn)場總線概述
1.1.1 現(xiàn)場總線的產(chǎn)生
1.1.2 現(xiàn)場總線的本質(zhì)
1.1.3 現(xiàn)場總線的特點和優(yōu)點
1.1.4 現(xiàn)場總線標準的制定
1.1.5 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀
1.1.6 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的實現(xiàn)
1.2 工業(yè)以太網(wǎng)概述
1.2.1 以太網(wǎng)技術
1.2.2 工業(yè)以太網(wǎng)技術
1.2.3 工業(yè)以太網(wǎng)通信模型
1.2.4 工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢
1.2.5 實時以太網(wǎng)
1.2.6 實時工業(yè)以太網(wǎng)模型分析
1.2.7 幾種實時工業(yè)以太網(wǎng)的比較
1.3 現(xiàn)場總線簡介
1.3.1 FF
1.3.2 CAN和CAN FD
1.3.3 DeviceNet
1.3.4 LonWorks
1.3.5 PROFIBUS
1.3.6 CC-Link
1.3.7 ControlNet
1.4 工業(yè)以太網(wǎng)簡介
1.4.1 EtherCAT
1.4.2 SERCOS
1.4.3 Ethernet POWERLINK
1.4.4 PROFInet
1.4.5 EPA
習題
第2章 CAN現(xiàn)場總線
2.1 CAN的特點
2.2 CAN的技術規(guī)范
2.2.1 CAN的基本概念
2.2.2 CAN的分層結構
2.2.3 報文傳送和幀結構
2.2.4 錯誤類型和界定
2.2.5 位定時與同步的基本概念
2.2.6 CAN總線的位數(shù)值表示與通信距離
2.3 CAN獨立通信控制器SJA1000
2.3.1 SJA1000內(nèi)部結構
2.3.2 SJA1000引腳功能
2.3.3 SJA1000工作模式
2.3.4 BasicCAN功能介紹
2.3.5 PeliCAN功能介紹
2.3.6 BasicCAN和PeliCAN的公用寄存器
2.4 CAN總線收發(fā)器
2.4.1 PCA82C250/251CAN總線收發(fā)器
2.4.2 TJA1051系列CAN總線收發(fā)器
2.5 CAN總線節(jié)點設計實例
2.5.1 CAN總線硬件設計
2.5.2 CAN軟件軟件設計
習題
第3章 CAN FD現(xiàn)場總線
3.1 CAN FD通信協(xié)議
3.1.1 CAN FD概述
3.1.2 CAN和CAN FD報文結構
3.1.3 從傳統(tǒng)的 CAN升級到 CAN FD
3.2 CAN FD控制器MCP2517FD
3.2.1 MCP2517FD概述
3.2.2 MCP2517FD的功能
3.2.3 MCP2517FD引腳說明
3.2.4 CAN FD控制器模塊
3.2.5 MCP2517FD的存儲器構成
3.2.6 MCP2517FD特殊功能寄存器
3.2.7 CAN FD控制器模塊SFR
3.2.8 報文存儲器
3.2.9 SPI接口
3.2.10 SFR訪問
3.2.11 報文存儲器訪問
3.2.12 帶CRC的SPI命令
3.2.13 微控制器與MCP2517FD的接口電路
習題
第4章 CAN FD應用系統(tǒng)設計
4.1 CiA601
4.1.1 CAN FD物理接口的實現(xiàn)
4.1.2 CAN FD主機控制器接口的實現(xiàn)
4.1.3 CAN FD系統(tǒng)設計規(guī)范
4.2 CAN FD高速收發(fā)器
4.2.1 TJA1057高速CAN收發(fā)器
4.2.2 MCP2561/2FD高速CAN靈活數(shù)據(jù)速率收發(fā)器
4.3 CAN FD收發(fā)器隔離器件
4.3.1 HCPL-772X和HCPL-072X高速光耦合器
4.3.2 CTM3MFD/CTM5MFD隔離CAN FD 收發(fā)器
4.4 MCP2517FD的應用程序設計
4.4.1 MCP2517FD初始化程序
4.4.2 MCP2517FD接收報文程序
4.4.3 MCP2517FD發(fā)送報文程序
4.4.4 MCP2517FD通信程序應用實例
習題
第5章 PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線
5.1 PROFIBUS概述
5.2 PROFIBUS的協(xié)議結構
5.2.1 PROFIBUS-DP的協(xié)議結構
5.2.2 PROFIBUS-FMS的協(xié)議結構
5.2.3 PROFIBUS-PA的協(xié)議結構
5.3 PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)
5.3.1 PROFIBUS-DP的三個版本
5.3.2 PROFIBUS-DP系統(tǒng)組成和總線訪問控制
5.3.3 PROFIBUS-DP系統(tǒng)工作過程
5.4 PROFIBUS-DP的通信模型
5.4.1 PROFIBUS-DP的物理層
5.4.2 PROFIBUS-DP的數(shù)據(jù)鏈路層（FDL）
5.4.3 PROFIBUS-DP的用戶層
5.4.4 PROFIBUS-DP用戶接口
5.5 PROFIBUS-DP的總線設備類型和數(shù)據(jù)通信
5.5.1 概述
5.5.2 DP設備類型
5.5.3 DP設備之間的數(shù)據(jù)通信
5.5.4 PROFIBUS-DP循環(huán)
5.5.5 采用交叉通信的數(shù)據(jù)交換
5.5.6 設備數(shù)據(jù)庫文件（GSD）
5.6 PROFIBUS通信用ASICs
5.6.1 DPC31從站通信控制器
5.6.2 SPC3從站通信控制器
5.6.3 SPC41從站通信控制器
5.6.4 SIM1-2介質(zhì)連接單元
5.6.5 ASPC2主站通信控制器
5.6.6 ASICs應用設計概述
5.7 PROFIBUS-DP從站通信控制器SPC3
5.7.1 SPC3功能簡介
5.7.2 SPC3引腳說明
5.7.3 SPC3存儲器分配
5.7.4 PROFIBUS-DP接口
5.7.5 SPC3輸入輸出緩沖區(qū)的狀態(tài)
5.7.6 通用處理器總線接口
5.7.7 SPC3的UART接口
5.7.8 PROFIBUS-DP接口
5.8 主站通信控制器ASPC2與網(wǎng)絡接口卡
5.8.1 ASPC2介紹
5.8.2 CP5611網(wǎng)絡接口卡
5.9 PROFIBUS-DP從站的設計
5.9.1 PROFIBUS-DP從站的硬件設計
5.9.2 PROFIBUS-DP從站的軟件設計
5.9.3 SPC3的編程要點
習題
第6章 EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)
6.1 EtherCAT概述
6.2 EtherCAT物理拓撲結構
6.3 EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層
6.3.1 EtherCAT數(shù)據(jù)幀
6.3.2 尋址方式
6.3.3 通信模式
6.3.4 存儲同步管理器SM
6.4 EtherCAT應用層
6.4.1 通信模型
6.4.2 從站
6.4.3 主站
6.4.4 EtherCAT設備行規(guī)
6.5 EtherCAT系統(tǒng)組成
6.5.1 EtherCAT網(wǎng)絡架構
6.5.2 EtherCAT主站組成
6.5.3 EtherCAT從站組成
6.6 KUKA機器人應用案例
第7章 EtherCAT從站控制器ET1100
7.1 EtherCAT從站控制器概述
7.1.1 EtherCAT從站控制器功能塊
7.1.2 EtherCAT協(xié)議
7.1.3 幀處理
7.1.4 FMMU
7.1.5 同步管理器
7.2 EtherCAT從站控制器的BECKHOFF解決方案
7.2.1 BECKHOFF提供的EtherCAT從站控制器
7.2.2 EtherCAT從站控制器存儲空間
7.2.3 EtherCAT從站控制器特征信息
7.3 EtherCAT從站控制器ET1100
7.3.1 ET1100概述
7.3.2 ET1100引腳介紹
7.3.3 ET1100的PDI信號
7.3.4 ET1100的電源
7.3.5 ET1100的時鐘源
7.3.6 ET1100的RESET信號
7.3.7 ET1100的RBIAS信號
7.3.8 ET1100的配置引腳信號
7.3.9 ET1100的物理端口和PDI引腳信號
7.3.10 ET1100的MII接口
7.3.11 ET1100的EBUS / LVDS接口
7.3.12 ET1100的PDI描述
7.3.13 ET1100的SPI從接口
7.3.14 ET1100的異步8/16位微控制器接口
7.4 EtherCAT從站控制器的數(shù)據(jù)鏈路控制
7.4.1 EtherCAT從站控制器的數(shù)據(jù)幀處理
7.4.2 EtherCAT從站控制器的通信端口控制
7.4.3 EtherCAT從站控制器的數(shù)據(jù)鏈路錯誤檢測
7.4.4 EtherCAT從站控制器的數(shù)據(jù)鏈路地址
7.4.5 EtherCAT從站控制器的邏輯尋址控制
7.5 EtherCAT從站控制器的應用層控制
7.5.1 EtherCAT從站控制器的狀態(tài)機控制和狀態(tài)
7.5.2 EtherCAT從站控制器的中斷控制
7.5.3 EtherCAT從站控制器的WDT控制
7.6 EtherCAT從站控制器的存儲同步管理
7.6.1 EtherCAT從站控制器存儲同步管理器
7.6.2 SM通道緩存區(qū)的數(shù)據(jù)交換
7.6.3 SM通道郵箱數(shù)據(jù)通信模式
7.7 EtherCAT從站信息接口（SII）
7.7.1 EEPROM中的信息
7.7.2 EEPROM的操作
7.7.3 EEPROM操作的錯誤處理
7.8 EtherCAT分布時鐘
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