詳解ModBus通訊協(xié)議

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，如：YD2000智能電力監(jiān)測(cè)儀、巡檢表、數(shù)顯表、光柱數(shù)顯表等。下面就ModBus RTU協(xié)議簡(jiǎn)要介紹如下：

一、通訊協(xié)議

（一）、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*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(lái)的信息。并且每個(gè)從機(jī)都有具有*的地址碼，并且響應(yīng)回送均以各自的地址碼開(kāi)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(hào)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(qǐng)求發(fā)送，通過(guò)功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)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(lái)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Z高位為１（比如功能碼大與此同時(shí)127），則表明從機(jī)沒(méi)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(cè)碼。

（二）、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(méi)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(dòng)作的功能碼、執(zhí)行動(dòng)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*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(lái)的信息。每個(gè)從機(jī)都必須有*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(lái)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(dòng)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(zhǎng)度。對(duì)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(guò)程中會(huì)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(duì)在傳送過(guò)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)Z高位。再檢查Z低位，如果Z低位為1，把寄存器的內(nèi)容與預(yù)置數(shù)相異或，如果Z低位為0，不進(jìn)行異或運(yùn)算。

　　 這個(gè)過(guò)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(guò)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，Z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：

• 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；

• 把*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；

• 把寄存器的內(nèi)容右移一位（朝低位），用0填補(bǔ)Z高位，檢查Z低位；

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

• 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；

• 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；

• Z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Z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?jī)蓚€(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(chǔ)器。從機(jī)也用這個(gè)功能碼向主機(jī)返送信息。

二、編程舉例

　　下面是一個(gè)用VC編寫(xiě)的ModBus RTU通訊的例子

（一）、通訊口設(shè)置

DCB dcb;
hCom=CreateFile（"COM1",
　　　　 GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,
　　　　　0,
　　　　　NULL,
　　　　　OPEN_EXISTING,
　　　　　0,
　　　　　NULL）;
if（hCom==INVALID_HANDLE_VALUE）
{
　　MessageBox（"createfile error,error"）;
}
BOOL error=SetupComm（hCom,1024,1024）;
if（!error）
　　MessageBox（"setupcomm error"）;
error=GetCommState（hCom,&dcb）;
if（!error）
　　MessageBox（"getcommstate,error"）;
dcb.BaudRate=2400;
dcb.ByteSize=8;

dcb.Parity=EVENPARITY;//NOPARITY;
dcb.StopBits=ONESTOPBIT;

error=SetCommState（hCom,&dcb）;

（二）、CRC校驗(yàn)碼計(jì)算

UINT crc
void calccrc（BYTE crcbuf）
{
BYTE i;

crc=crc ^ crcbuf;
for（i=0;i<8;i++）
{
BYTE TT;
TT=crc&1;
crc=crc>>1;
crc=crc&0x7fff;
if （TT==1）
crc=crc^0xa001;
crc=crc&0xffff;
}
}

（三）、數(shù)據(jù)發(fā)送

zxaddr=11;//讀取地址為11的巡檢表數(shù)據(jù)
zxnum=10;//讀取十個(gè)通道的數(shù)據(jù)

writebuf2[0]=zxaddr;
writebuf2[1]=3;
writebuf2[2]=0;
writebuf2[3]=0;
writebuf2[4]=0;
writebuf2[5]=zxnum;
crc=0xffff;
calccrc（writebuf2[0]）;
calccrc（writebuf2[1]）;
calccrc（writebuf2[2]）;
calccrc（writebuf2[3]）;
calccrc（writebuf2[4]）;
calccrc（writebuf2[5]）;

writebuf2[6]=crc & 0xff;
writebuf2[7]=crc/0x100;
WriteFile（hCom,writebuf2,8,&comnum,NULL）;

（四）、數(shù)據(jù)讀取

ReadFile（hCom,writebuf,5+zxnum*2,&comnum,NULL）;//讀取zxnum個(gè)通道數(shù)據(jù)
可增加錯(cuò)誤處理程序，如地址碼錯(cuò)誤、CRC碼錯(cuò)誤判斷、通訊故障處理等。