MODBUS RTU詳解

ID:215387 · 發(fā)表于 2017-6-28 11:13

Modbus 一個(gè)工業(yè)上常用的通訊協(xié)議、一種通訊約定。Modbus協(xié)議包括RTU、ASCII、TCP。其中MODBUS-RTU最常用，比較簡(jiǎn)單，在單片機(jī)上很容易實(shí)現(xiàn)。雖然RTU比較簡(jiǎn)單，但是看協(xié)議資料、手冊(cè)說(shuō)得太專(zhuān)業(yè)了，起初很多內(nèi)容都很難理解。
   所謂的協(xié)議是什么？就是互相之間的約定嘛，如果不讓別人知道那就是暗號(hào)。現(xiàn)在就來(lái)定義一個(gè)新的最簡(jiǎn)單協(xié)議。例如，

協(xié)議： “A” --“LED滅”
      “B” --“報(bào)警”
      “C” --“LED亮”
單片機(jī)接收到“A”控制一個(gè)LED滅，單片機(jī)接收到“B”控制報(bào)警，單片機(jī)接收到“A”控制一個(gè)LED亮。那么當(dāng)收到對(duì)應(yīng)的信息就執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，這就是協(xié)議，很簡(jiǎn)單吧。

先來(lái)簡(jiǎn)單分析一條MODBUS-RTU報(bào)文，例如：01  06  00 01  00 17  98 04
   01          06          00 01          00 17       98 04
從機(jī)地址       功能號(hào)       數(shù)據(jù)地址       數(shù)據(jù)       CRC校驗(yàn)

這一串?dāng)?shù)據(jù)的意思是：把數(shù)據(jù) 0x0017(十進(jìn)制23) 寫(xiě)入 1號(hào)從機(jī)地址 0x0001數(shù)據(jù)地址。

先弄明白下面的東西。

1、報(bào)文
一個(gè)報(bào)文就是一幀數(shù)據(jù)，一個(gè)數(shù)據(jù)幀就一個(gè)報(bào)文：指的是一串完整的指令數(shù)據(jù)，就像上面的一串?dāng)?shù)據(jù)。

2、CRC校驗(yàn)
意義：例如上面的  98 04  是它前面的數(shù)據(jù)（01 06 00 01 00 17）通過(guò)一算法（見(jiàn)附錄2，很簡(jiǎn)單的）計(jì)算出來(lái)的結(jié)果，其實(shí)就像是計(jì)算累加和那樣。（累加和：就是010600010017加起來(lái)的值，然后它的算法就是加法）。
作用：在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中可能數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，CRC檢驗(yàn)檢測(cè)接收的數(shù)據(jù)是否正確。比如主機(jī)發(fā)出01 06 00 01 00 17 98 04，那么從機(jī)接收到后要根據(jù)01 06 00 01 00 17 再計(jì)算CRC校驗(yàn)值，從機(jī)判斷自己計(jì)算出來(lái)的CRC校驗(yàn)是否與接收的CRC校驗(yàn)（98 04主機(jī)計(jì)算的）相等，如果不相等那么說(shuō)明數(shù)據(jù)傳輸有錯(cuò)誤這些數(shù)據(jù)不能要。

3、功能號(hào)
意義：modbus 定義。見(jiàn)附錄1。
作用：指示具體的操作。

MODBUS-RTU
一、一個(gè)報(bào)文分析
先聲明下我們的目的，我們是要兩個(gè)設(shè)備通訊，用的是MODBUS協(xié)議。上面簡(jiǎn)單介紹了：“報(bào)文”“CRC校驗(yàn)”“功能號(hào)”。

在單片機(jī)中拿出一部分內(nèi)存（RAM）進(jìn)行兩個(gè)設(shè)備通訊，例如：

數(shù)組后面的注釋?zhuān)f(shuō)明
OX[20] 代表是輸出線(xiàn)圈，用功能碼 0x01，0x05，0x0F 訪(fǎng)問(wèn)，開(kāi)頭地址是 0 （這個(gè)后續(xù)說(shuō)明）
IX[20] 代表是輸入線(xiàn)圈，用功能碼 0x02 訪(fǎng)問(wèn)，          開(kāi)頭地址是 1 （這個(gè)后續(xù)說(shuō)明）
另外兩個(gè)一樣的道理。
注意：所謂的“線(xiàn)圈”“寄存器”就是“位變量”“16位變量”，不要被迷惑。之所以稱(chēng)“線(xiàn)圈”我覺(jué)得應(yīng)該是對(duì)于應(yīng)用的設(shè)備，MODBUS協(xié)議是專(zhuān)門(mén)針對(duì)485總線(xiàn)設(shè)備（例PLC）開(kāi)發(fā)的。

1、主機(jī)對(duì)從機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)操作
如果單片機(jī)接收到一個(gè)報(bào)文那么就對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析執(zhí)行相應(yīng)的處理，如上面報(bào)文：
   01          06          00 01          00 17       98 04
從機(jī)地址       功能號(hào)       數(shù)據(jù)地址       數(shù)據(jù)       CRC校驗(yàn)

假如本機(jī)地址是 1 ，那么單片機(jī)接收到這串?dāng)?shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算CRC校驗(yàn)判斷數(shù)據(jù)是否正確，如果判斷數(shù)據(jù)無(wú)誤，則結(jié)果是：
         HoldDataReg[1]  =  0x0017;
MODBUS主機(jī)就完成了一次對(duì)從機(jī)數(shù)據(jù)的寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)了通訊。

2、主機(jī)對(duì)從機(jī)讀數(shù)據(jù)操作
主機(jī)進(jìn)行讀HoldDataReg[1] 操作，則報(bào)文是：
   01          03          00 01          00 01       D5 CA
  從機(jī)地址       功能號(hào)       數(shù)據(jù)地址    讀取數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)    CRC校驗(yàn)
那么單片機(jī)接收到這串?dāng)?shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算CRC校驗(yàn)判斷數(shù)據(jù)是否正確，如果判斷數(shù)據(jù)無(wú)誤，則結(jié)果是：返回信息給主機(jī)，返回的信息也是有格式的：
返回內(nèi)容：
   01       03          02          0017       F8 4A
從機(jī)地址功能號(hào)    數(shù)據(jù)字節(jié)個(gè)數(shù) 兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) CRC校驗(yàn)
MODBUS主機(jī)就完成了一次對(duì)從機(jī)數(shù)據(jù)的讀操作，實(shí)現(xiàn)了通訊。

二、MODBUS報(bào)文模型

以上了解到了MODBUS的一幀報(bào)文是如何通訊的，其實(shí)每個(gè)報(bào)文的格式都基本一樣的。

這里兩個(gè)縮略詞以前不知道，但是現(xiàn)在要明白指的是什么，“ADU”“PDU”
ADU：應(yīng)用數(shù)據(jù)單元
PDU：協(xié)議數(shù)據(jù)單元

三、MODBUS數(shù)據(jù)模型

四、MODBUS事務(wù)處理
下列狀態(tài)圖描述了在服務(wù)器側(cè)MODBUS事務(wù)處理的一般處理過(guò)程。

五、MODBUS請(qǐng)求與響應(yīng)
看MODBUS協(xié)議手冊(cè)，中文第 10 頁(yè)開(kāi)始，英文第 24 頁(yè)開(kāi)始。手冊(cè)非常詳細(xì)舉例說(shuō)明了MODBUS協(xié)議各個(gè)功能號(hào)的請(qǐng)求與響應(yīng)。

modbus協(xié)議在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)過(guò)程

MODBUS 任務(wù)處理函數(shù)

函數(shù)中，RcvBuf 為串口接收緩沖區(qū)，如果接收了一個(gè)報(bào)文則，RcvBuf[0] 為從機(jī)地址，RcvBuf[0] 為MODBUS功能號(hào)。根據(jù)功能號(hào)做出響應(yīng)，而具體的操作根據(jù)功能號(hào)在各自的函數(shù)中執(zhí)行，相當(dāng)于解析接收到的數(shù)據(jù)。

附錄1：MODBUS-RTU功能碼
  最常用功能碼：
  下面“線(xiàn)圈”“寄存器”其實(shí)分別直的就是“位變量”“16位變量”
      01 (0x01)       讀線(xiàn)圈
      02 (0x02)       讀離散量輸入
      03 (0x03)       讀保持寄存器
      04(0x04)       讀輸入寄存器
      05 (0x05)       寫(xiě)單個(gè)線(xiàn)圈
      06 (0x06)       寫(xiě)單個(gè)寄存器
      15 (0x0F)       寫(xiě)多個(gè)線(xiàn)圈
      16 (0x10)       寫(xiě)多個(gè)寄存器

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MODBUS RTU詳解