Modbus通訊協(xié)議及編程
 

Modbus通訊協(xié)議分為RTU協(xié)議和ASCII協(xié)議，我公司的多種儀表都采用ModBus RTU通訊協(xié)議。下面就ModBus RTU協(xié)議簡要介紹如下：

一、通訊協(xié)議：

1、通訊傳送方式：

通訊傳送分為獨(dú)立的信息頭，和發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)。以下的通訊傳送方式定義也與MODBUS RTU通訊規(guī)約相兼容：

初始結(jié)構(gòu) = ≥4字節(jié)的時(shí)間

地址碼 = 1 字節(jié)

功能碼 = 1 字節(jié)

數(shù)據(jù)區(qū) = N 字節(jié)

錯(cuò)誤校檢 = 16位CRC碼

結(jié)束結(jié)構(gòu) = ≥4字節(jié)的時(shí)間

地址碼：地址碼為通訊傳送的第一個(gè)字節(jié)。這個(gè)字節(jié)表明由用戶設(shè)定地址碼的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來的信息。并且每個(gè)從機(jī)都有具有一的地址碼，并且響應(yīng)回送均以各自的地址碼開始。主機(jī)發(fā)送的地址碼表明將發(fā)送到的從機(jī)地址，而從機(jī)發(fā)送的地址碼表明回送的從機(jī)地址。

功能碼：通訊傳送的第二個(gè)字節(jié)。ModBus通訊規(guī)約定義功能號為1到127。本儀表只利用其中的一部分功能碼。作為主機(jī)請求發(fā)送，通過功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么動作。作為從機(jī)響應(yīng)，從機(jī)發(fā)送的功能碼與從主機(jī)發(fā)送來的功能碼一樣，并表明從機(jī)已響應(yīng)主機(jī)進(jìn)行操作。如果從機(jī)發(fā)送的功能碼的最高位為１(比如功能碼大與此同時(shí)127)，則表明從機(jī)沒有響應(yīng)操作或發(fā)送出錯(cuò)。

數(shù)據(jù)區(qū)：數(shù)據(jù)區(qū)是根據(jù)不同的功能碼而不同。數(shù)據(jù)區(qū)可以是實(shí)際數(shù)值、設(shè)置點(diǎn)、主機(jī)發(fā)送給從機(jī)或從機(jī)發(fā)送給主機(jī)的地址。

CRC碼：二字節(jié)的錯(cuò)誤檢測碼。

2、通訊規(guī)約：

當(dāng)通訊命令發(fā)送至儀器時(shí)，符合相應(yīng)地址碼的設(shè)備接通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒有出錯(cuò)，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)；然后把執(zhí)行結(jié)果返送給發(fā)送者。返送的信息中包括地址碼、執(zhí)行動作的功能碼、執(zhí)行動作后結(jié)果的數(shù)據(jù)以及錯(cuò)誤校驗(yàn)碼。如果出錯(cuò)就不發(fā)送任何信息。

（1）信息幀結(jié)構(gòu)

 地址碼：地址碼是信息幀的第一字節(jié)(8位)，從0到255。這個(gè)字節(jié)表明由用戶設(shè)置地址的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來的信息。每個(gè)從機(jī)都必須有一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機(jī)才能響應(yīng)回送。當(dāng)從機(jī)回送信息時(shí)，相當(dāng)?shù)牡刂反a表明該信息來自于何處。

功能碼：主機(jī)發(fā)送的功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么任務(wù)。表1-1列出的功能碼都有具體的含義及操作。

數(shù)據(jù)區(qū)：數(shù)據(jù)區(qū)包含需要從機(jī)執(zhí)行什么動作或由從機(jī)采集的返送信息。這些信息可以是數(shù)值、參考地址等等。例如，功能碼告訴從機(jī)讀取寄存器的值，則數(shù)據(jù)區(qū)必需包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長度。對于不同的從機(jī)，地址和數(shù)據(jù)信息都不相同。

錯(cuò)誤校驗(yàn)碼：主機(jī)或從機(jī)可用校驗(yàn)碼進(jìn)行判別接收信息是否出錯(cuò)。有時(shí)，由于電子噪聲或其它一些干擾，信息在傳輸過程中會發(fā)生細(xì)微的變化，錯(cuò)誤校驗(yàn)碼保證了主機(jī)或從機(jī)對在傳送過程中出錯(cuò)的信息不起作用。這樣增加了系統(tǒng)的安全和效率。錯(cuò)誤校驗(yàn)采用CRC-16校驗(yàn)方法。

注：信息幀的格式都基本相同：地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)和錯(cuò)誤校驗(yàn)碼。

（2）錯(cuò)誤校驗(yàn)

冗余循環(huán)碼（CRC）包含2個(gè)字節(jié)，即16位二進(jìn)制。CRC碼由發(fā)送設(shè)備計(jì)算，放置于發(fā)送信息的尾部。接收信息的設(shè)備再重新計(jì)算接收到信息的 CRC碼，比較計(jì)算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯(cuò)。

CRC碼的計(jì)算方法是，先預(yù)置16位寄存器全為1。再逐步把每8位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。在進(jìn)行CRC碼計(jì)算時(shí)只用8位數(shù)據(jù)位，起始位及停止位，如有奇偶校驗(yàn)位的話也包括奇偶校驗(yàn)位，都不參與CRC碼計(jì)算。

在計(jì)算CRC碼時(shí)，8位數(shù)據(jù)與寄存器的數(shù)據(jù)相異或，得到的結(jié)果向低位移一字節(jié)，用0填補(bǔ)最高位。再檢查位，如果位為1，把寄存器的內(nèi)容與預(yù)置數(shù)相異或，如果低位為0，不進(jìn)行異或運(yùn)算。

這個(gè)過程一直重復(fù)8次。第8次移位后，下一個(gè)8位再與現(xiàn)在寄存器的內(nèi)容相相異或，這個(gè)過程與以上一樣重復(fù)8次。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)信息處理完后，最后寄存器的內(nèi)容即為CRC碼值。CRC碼中的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收時(shí)低字節(jié)在前。

計(jì)算CRC碼的步驟為：

1、預(yù)置16位寄存器為十六進(jìn)制FFFF（即全為1）。稱此寄存器為CRC寄存器；

2、把第一個(gè)8位數(shù)據(jù)與16位CRC寄存器的低位相異或，把結(jié)果放于CRC寄存器；

3、把寄存器的內(nèi)容右移一位(朝低位)，用0填補(bǔ)最高位，檢查低位；

4、如果低位為0：重復(fù)第3步(再次移位); 如果低位為1：CRC寄存器與多項(xiàng)式A001（1010 0000 0000 0001）進(jìn)行異或；

5、重復(fù)步驟3和4，直到右移8次，這樣整個(gè)8位數(shù)據(jù)全部進(jìn)行了處理；

6、重復(fù)步驟2到步驟5，進(jìn)行下一個(gè)8位數(shù)據(jù)的處理；

7、最后得到的CRC寄存器即為CRC碼。

（3）功能碼03，讀取點(diǎn)和返回值：

儀表采用Modbus RTU通訊規(guī)約，利用通訊命令，可以進(jìn)行讀取點(diǎn)(“保持寄存器”) 或返回值(“輸入寄存器” )的操作。保持和輸入寄存器都是16位（2字節(jié)）值，并且高位在前。這樣用于儀表的讀取點(diǎn)和返回值都是2字節(jié)。一次最多可讀取寄存器數(shù)是60。由于一些可編程控制器不用功能碼03，所以功能碼03被用作讀取點(diǎn)和返回值。從機(jī)響應(yīng)的命令格式是從機(jī)地址、功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)及CRC碼。數(shù)據(jù)區(qū)中的寄存器數(shù)據(jù)都是每兩個(gè)字節(jié)高字節(jié)在前。

（4）功能碼06，單點(diǎn)保存

主機(jī)利用這條命令把單點(diǎn)數(shù)據(jù)保存到儀表的存儲器。從機(jī)也用這個(gè)功能碼向主機(jī)返送信息。