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第1章 现场总线控制系统概述1

1.1 控制系统1

1.2 现场总线技术2

1.2.1 现场总线控制系统3

1.2.2 现场总线的特点3

1.2.3 现场总线的本质7

1.2.4 现场总线的作用8

1.3 几种有影响的现场总线10

1.3.1 基金会总线10

1.3.2 LonWorks11

1.3.3 Profibus11

1.3.4 HART11

1.3.5 CAN12

1.3.6 INTERBUS12

1.3.7 CC-Link13

1.3.8 P-Net14

1.3.9 SwiftNet14

1.3.10 AS-i15

1.3.11 RS-48515

1.4 CAN现场总线简介15

1.4.1 CAN现场总线特点16

1.4.2 CAN现场总线的发展过程16

1.5 小结17

1.6 思考题17

第2章 CAN总线概念及相关协议18

2.1 CAN总线概念18

2.2 CAN总线概述18

2.2.1 CAN总线的相关概念19

2.2.2 CAN总线的特点23

2.3 报文传输24

2.4 CAN总线帧类型25

2.4.1 数据帧组成26

2.4.2 远程帧29

2.4.3 错误帧29

2.4.4 过载帧30

2.4.5 帧间空间31

2.5 发送器／接收器32

2.6 错误处理33

2.6.1 错误检测33

2.6.2 错误标定34

2.6.3 故障界定34

2.7 位定时要求35

2.7.1 标称位速率35

2.7.2 标称位时间36

2.7.3 同步37

2.7.4 协议修改38

2.7.5 CAN的标准接口39

2.8 CAN总线的拓扑结构及通信方式39

2.8.1 CAN总线的网络拓扑结构39

2.8.2 CAN总线系统的通信方式41

2.9 小结42

2.10 思考题42

第3章 控制器SJA1000与收发器TJA105043

3.1 SJA1000介绍43

3.1.1 SJA1000特点43

3.1.2 总体说明44

3.1.3 CAN控制模块的说明45

3.1.4 CAN控制器的详细说明46

3.1.5 BasicCAN模式47

3.1.6 PeliCAN模式57

3.1.7 命令寄存器79

3.2 TJA1050介绍86

3.2.1 CAN收发器介绍86

3.2.2 CAN高速收发器的一般应用87

3.2.3 TJA1050特征88

3.2.4 TJA1050工作模式89

3.2.5 关于EMC90

3.2.6 电源和推荐的旁路电容92

3.2.7 地电平偏移的问题93

3.2.8 不上电的收发器95

3.2.9 用TJA1050代替PCA82C25097

3.2.10 总线网络的问题98

3.3 小结101

3.4 思考题101

第4章 SJA1000独立CAN控制器的应用103

4.1 SJA1000的特征及节点结构103

4.1.1 SJA1000的特征103

4.1.2 CAN节点结构104

4.1.3 应用结构图105

4.2 CAN节点系统设计105

4.2.1 电源106

4.2.2 复位106

4.2.3 振荡器和时钟策略106

4.2.4 睡眠和唤醒107

4.2.5 CPU接口107

4.2.6 物理层接口108

4.3 控制SJA1000的基本功能和寄存器109

4.3.1 发送缓冲器／接收缓冲器110

4.3.2 验收滤波器111

4.4 CAN通信的功能115

4.4.1 系统初始化116

4.4.2 传输120

4.4.3 中止发送123

4.4.4 接收123

4.4.5 中断127

4.5 PeliCAN模式的功能129

4.5.1 接收FIFO／报文计数器／直接RAM访问129

4.5.2 错误分析功能131

4.5.3 仲裁丢失捕捉134

4.5.4 单次发送135

4.5.5 仅听模式136

4.5.6 自动位速率检测136

4.5.7 CAN的自测试136

4.5.8 接收同步脉冲的产生137

4.6 确定CAN总线位定时参数138

4.6.1 CAN位定时关系概述139

4.6.2 位定时要求的规定143

4.6.3 计算位定时参数147

4.7 基于SJA1000控制器设计CAN节点153

4.7.1 智能检测仪的硬件设计153

4.7.2 CAN节点通信程序设计155

4.8 基于SJA1000 CAN控制器智能节点的开发161

4.8.1 SJA1000 CAN控制智能节点的功能161

4.8.2 SJA1000 CAN控制智能节点的硬件设计161

4.8.3 SJA1000 CAN控制智能节点的软件设计165

4.8.4 完整代码分析165

4.9 小结178

4.10 思考题178

第5章 带有SPI接口的独立CAN控制器MCP2510180

5.1 器件功能介绍180

5.1.1 CAN独立控制器MCP2510特性180

5.1.2 MCP2510控制器概述181

5.1.3 发送／接收缓冲器183

5.1.4 CAN协议引擎183

5.1.5 协议有限状态机184

5.1.6 循环冗余校验184

5.1.7 错误管理逻辑184

5.1.8 位时序逻辑184

5.2 CAN报文帧185

5.2.1 标准数据帧185

5.2.2 扩展数据帧185

5.2.3 远程帧187

5.2.4 错误帧187

5.2.5 过载帧188

5.2.6 帧间间隔188

5.3 报文发送189

5.3.1 发送缓冲器189

5.3.2 发送优先级189

5.3.3 发送启动190

5.3.4 TXnRTS引脚190

5.3.5 中止发送190

5.4 报文接收194

5.4.1 报文接收缓冲器194

5.4.2 接收缓冲器194

5.4.3 接收优先级195

5.4.4 RX0BF和RX1BF引脚197

5.4.5 报文验收滤波器及屏蔽寄存器200

5.5 位定时203

5.5.1 时间份额203

5.5.2 同步段204

5.5.3 传播段204

5.5.4 相位缓冲段204

5.5.5 采样点205

5.5.6 信息处理时间205

5.5.7 同步205

5.5.8 对时间段编程206

5.5.9 振荡器容差207

5.5.10 位定时配置寄存器207

5.6 错误检测208

5.6.1 CRC错误208

5.6.2 确认错误209

5.6.3 格式错误209

5.6.4 位错误209

5.6.5 位填充错误209

5.6.6 错误状态209

5.6.7 错误模式和错误计数器209

5.7 中断211

5.7.1 中断码位211

5.7.2 发送中断212

5.7.3 接收中断212

5.7.4 报文错误中断212

5.7.5 总线活动唤醒中断212

5.7.6 错误中断212

5.7.7 中断确认213

5.8 时钟振荡器214

5.8.1 时钟振荡器启动定时器215

5.8.2 CLKOUT引脚216

5.9 工作模式216

5.9.1 配置模式216

5.9.2 休眠模式217

5.9.3 监听模式217

5.9.4 回环模式218

5.9.5 正常模式218

5.10 寄存器映射表219

5.11 SPI接口220

5.11.1 概述220

5.11.2 读指令221

5.11.3 写指令221

5.11.4 请求发送指令（RTS）221

5.11.5 状态读指令221

5.11.6 位修改指令221

5.11.7 复位指令222

5.12 基于MCP2510实现CAN通信的最小节点224

5.12.1 复位MCP2510224

5.12.2 设置位定时器225

5.12.3 设置屏蔽和滤波器227

5.12.4 设置正常模式228

5.12.5 设置发送缓存器229

5.12.6 接收和处理报文230

5.13 小结232

5.14 思考题232

第6章 基于MCP2510控制器开发CAN总线节点234

6.1 CAN-EPP接口设计与实现234

6.1.1 EPP的概念234

6.1.2 EPP并行口结构及引脚定义235

6.1.3 并行口逻辑236

6.1.4 EPP和CAN的连接236

6.2 底层模块的设计与实现238

6.3 基于PIC12C672微处理器实现CAN总线分析239

6.3.1 系统描述239

6.3.2 报文标识符格式240

6.3.3 硬件设计规划241

6.3.4 硬件的设计242

6.3.5 MCU初始化软件模块实现242

6.3.6 MCP2510初始化软件模块246

6.3.7 中断服务程序251

6.3.8 错误操作软件实现257

6.4 PIC 16F87X在CAN通信中的应用259

6.4.1 PIC单片机优点和特点259

6.4.2 模块硬件电路261

6.4.3 软件清单263

6.5 完整的CAN采集节点的开发274

6.5.1 CAN-NET节点板功能274

6.5.2 节点模块的软件函数278

6.5.3 代码实现分析278

6.6 小结302

6.7 思考题302

第7章 基于32位微处理器和MCP2510实现多种CAN智能节点303

7.1 ARM内核LPC2132处理器303

7.1.1 LPC2132微处理器303

7.1.2 LPC2132微处理器引脚描述304

7.2 实现CAN节点基本功能307

7.2.1 CAN节点最小系统的功能307

7.2.2 CAN节点最小系统的硬件设计307

7.2.3 CAN节点最小系统数据收发软件实现311

7.2.4 微处理器与MCP2510实现CAN数据收发的函数库328

7.3 模拟量输入CAN接口模块设计329

7.3.1 LPC2132集成A/D控制器介绍329

7.3.2 A/D寄存器描述330

7.3.3 集成A/D控制器的基本操作331

7.3.4 模拟量输入CAN接口模块的功能332

7.3.5 模拟量输入CAN接口模块硬件设计332

7.3.6 模拟量输入CAN接口模块软件编程实现334

7.3.7 高精度A/D控制器TLC2543的功能描述340

7.3.8 高精度A/D转换硬件实现方案341

7.3.9 高精度A/D TLC2543驱动程序341

7.4 开关量输入CAN接口模块设计343

7.4.1 开关量输入CAN接口模块概述343

7.4.2 开关量输入CAN接口模块硬件设计344

7.4.3 开关量输入CAN接口模块软件设计344

7.5 计数器输入CAN接口模块设计346

7.5.1 计数器输入CAN接口模块概述346

7.5.2 计数器输入CAN接口模块硬件设计347

7.5.3 计数器输入CAN接口模块软件设计347

7.6 模拟量输出CAN接口模块设计350

7.6.1 模拟量输出D/A转换器MAX532介绍351

7.6.2 MAX532的读／写时序351

7.6.3 模拟量输出CAN模块电路设计352

7.6.4 模拟量输出CAN模块驱动程序设计355

7.7 开关量输出CAN接口模块设计358

7.7.1 开关量输出CAN接口模块概述358

7.7.2 LPC2132脉宽调制器的特性359

7.7.3 控制PWM输出规则359

7.7.4 LPC2132微处理器的PWM操作方法362

7.7.5 开关量输出CAN接口模块电路设计363

7.7.6 开关量输出CAN接口模块软件设计363

7.8 RS-232或RS-485转CAN接口模块设计365

7.8.1 RS-232或RS-485转CAN接口模块电路设计365

7.8.2 RS-232或RS-485转CAN接口模块的功能365

7.8.3 RS-232或RS-485转CAN接口模块的软件设计368

7.9 以太网转CAN接口模块设计371

7.9.1 以太网转CAN接口模块的功能371

7.9.2 嵌入式网关的电路设计372

7.9.3 嵌入式网关的软件实现372

7.10 小结378

7.11 思考题378

第8章 CAN总线应用层协议380

8.1 CANopen应用层协议380

8.1.1 CANopen应用层协议概述380

8.1.2 CAL协议381

8.2 CAN应用层协议CANopen382

8.2.1 对象字典OD382

8.2.2 CANopen通信384

8.2.3 CANopen预定义连接集387

8.2.4 CANopen标识符分配388

8.2.5 CANopen boot-up过程389

8.2.6 CANopen消息语法细节390

8.3 CANopen总结400

8.4 CAN应用层协议DeviceNet400

8.4.1 DeviceNet概述400

8.4.2 DeviceNet协议特性401

8.4.3 DeviceNet对象模型402

8.4.4 DeviceNet的连接及报文协议404

8.4.5 设备描述与EDS文件407

8.4.6 一致性测试407

8.4.7 DeviceNet节点的开发步骤408

8.4.8 设备描述的规划412

8.4.9 设备配置和电子数据文档（EDS）412

8.5 CAN应用层协议I-CAN416

8.5.1 CAN-bus应用层协议416

8.5.2 通信协议的基础417

8.5.3 I-CAN协议的术语418

8.5.4 I-CAN协议组成结构418

8.5.5 I-CAN协议中报文格式418

8.6 小结427

8.7 思考题427

第9章 基于CAN智能节点组成控制网络系统的应用428

9.1 基于CAN现场总线控制网络的洞库环境监控系统428

9.1.1 选择CAN现场总线组成监控系统的方案优势428

9.1.2 控制系统的结构428

9.1.3 通信系统的组成结构429

9.2 基于CAN网络的变电站综合自动化系统431

9.2.1 变电站综合自动化系统的结构431

9.2.2 变电站综合自动化系统的通信432

9.2.3 开发CAN总线网络结构的测控装置的意义432

9.2.4 基于CAN总线网络的测控装置的结构和功能433

9.2.5 交流测量模块的结构和工作原理434

9.2.6 直流及测温模块的结构和工作原理437

9.2.7 开关量输入模块的结构和工作原理440

9.2.8 开关量输出模块的结构和工作原理441

9.2.9 CAN通信规约442

9.3 小结443

9.4 思考题443

附录A444

参考文献447