MODBUS通讯协议及编程.pdf
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1、 1 MODBUS 通讯协议及编程MODBUS 通讯协议及编程 ModBus 通讯协议分为 RTU 协议和 ASCII 协议,我公司的多种仪表都采用 ModBus RTU通讯协议,如:YD2000 智能电力监测仪、巡检表、数显表、光柱数显表等。下面就 ModBus RTU 协议简要介绍如下:一、通讯协议(一)、通讯传送方式(一)、通讯传送方式:通讯传送分为独立的信息头,和发送的编码数据。以下的通讯传送方式定义也与 MODBUS RTU 通讯规约相兼容:编 码编 码 8 位二进制8 位二进制 起始位 1 位 数据位 8 位 奇偶校验位 1 位(偶校验位)停止位 1 位 错误校检 CRC(冗余循环
2、码)初始结构=4 字节的时间 地址码=1 字节 功能码=1 字节 数据区=N 字节 错误校检=16 位 CRC 码 结束结构=4 字节的时间 地址码 地址码:地址码为通讯传送的第一个字节。地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址码,并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址,而从机发送的地址码表明回主机发送的地址码表明将发送到的从机地址,而从机发送的地址码表明回送的从机地址。送的从机地址。功能码 功能码:通讯传送的第二个字节。通讯传送的第二个字节。ModBus通讯规约定义功能号为 1
3、到 127。本仪表只利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送,通过功能码告诉从机执行什么动作。作为作为从机响应,从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样,并表明从机已响应主机进行从机响应,从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样,并表明从机已响应主机进行操作。操作。如果从机发送的功能码的最高位为(比如功能码大与此同时 127),则表明从机没有响应操作或发送出错。数据区 数据区:数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。CRC 码CRC 码:二字节的错误检测码。(二)、通讯规约:(二)、通讯规约:当通讯命令发送至仪器时,符合相应地址码
4、的设备接通讯命令,并除去地址码,读取信息,如果没有出错,则执行相应的任务;然后把执行结果返送给发送者。返送的信息 2 中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后结果的数据以及错误校验码。如果出错就如果出错就不发送任何信息。不发送任何信息。1信息帧结构1信息帧结构 地址码地址码 功能码功能码 数据区数据区 错误校验码错误校验码 8 位 8 位 N 8 位 16 位 地址码 地址码:地址码是信息帧的第一字节(8 位),从 0 到 255。这个字节表明由用户设置地址的从机将接收由主机发送来的信息。每个从机都必须有唯一的地址码,并且只有符合地址码的从机才能响应回送。当从机回送信息时,相当的地址码表明该
5、信息来自于何处。功能码功能码:主机发送的功能码告诉从机执行什么任务。表 1-1 列出的功能码都有具体的含义及操作。代码代码 含义含义 操作操作 03 读取数据 读取当前寄存器内一个或多个二进制值 06 重置单一寄存器 把设置的二进制值写入单一寄存器 数据区数据区:数据区包含需要从机执行什么动作或由从机采集的返送信息。这些信息可以是数值、参考地址等等。例如,功能码告诉从机读取寄存器的值,则数据区必需包含要读功能码告诉从机读取寄存器的值,则数据区必需包含要读取寄存器的起始地址及读取长度。取寄存器的起始地址及读取长度。对于不同的从机,地址和数据信息都不相同。错误校验码错误校验码:主机或从机可用校验码
6、进行判别接收信息是否出错。有时,由于电子噪声或其它一些干扰,信息在传输过程中会发生细微的变化,错误校验码保证了主机或从机对在传送过程中出错的信息不起作用。这样增加了系统的安全和效率。错误校验采用 CRC-16 校验方法。注:信息帧的格式都基本相同:地址码、功能码、数据区和错误校验码。注:信息帧的格式都基本相同:地址码、功能码、数据区和错误校验码。2错误校验2错误校验 冗余循环码(CRC)包含 2 个字节,即 16 位二进制。CRC 码由发送设备计算,放置于发送信息的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的 CRC 码,比较计算得到的 CRC码是否与接收到的相符,如果两者不相符,则表明出错。C
7、RC 码的计算方法是,先预置 16 位寄存器全为 1。再逐步把每 8 位数据信息进行处理。在进行 CRC 码计算时只用 8 位数据位,起始位及停止位,如有奇偶校验位的话也包括奇偶校验位,都不参与 CRC 码计算。在计算 CRC 码时,8 位数据与寄存器的数据相异或,得到的结果向低位移一字节,用0 填补最高位。再检查最低位,如果最低位为 1,把寄存器的内容与预置数相异或,如果最低位为 0,不进行异或运算。这个过程一直重复 8 次。第 8 次移位后,下一个 8 位再与现在寄存器的内容相相异或,这个过程与以上一样重复 8 次。当所有的数据信息处理完后,最后寄存器的内容即为CRC 码值。CRC 码中的
8、数据发送、接收时低字节在前。计算 CRC 码的步骤为:3?预置 16 位寄存器为十六进制 FFFF(即全为 1)。称此寄存器为 CRC 寄存器;?把第一个 8 位数据与 16 位 CRC 寄存器的低位相异或,把结果放于 CRC 寄存器;?把寄存器的内容右移一位(朝低位),用 0 填补最高位,检查最低位;?如果最低位为 0:重复第 3 步(再次移位);如果最低位为 1:CRC 寄存器与多项式 A001(1010 0000 0000 0001)进行异或;?重复步骤 3 和 4,直到右移 8 次,这样整个 8 位数据全部进行了处理;?重复步骤 2 到步骤 5,进行下一个 8 位数据的处理;?最后得到
9、的 CRC 寄存器即为 CRC 码。3功能码 03,读取点和返回值:3功能码 03,读取点和返回值:仪表采用 Modbus RTU 通讯规约,利用通讯命令,可以进行读取点(“保持寄存器”)或返回值(“输入寄存器”)的操作。保持和输入寄存器都是 16 位(2 字节)值,并且高位在前。这样用于仪表的读取点和返回值都是 2 字节。一次最多可读取寄存器数是 60。由于一些可编程控制器不用功能码 03,所以功能码 03 被用作读取点和返回值。从机响应的命令格式是从机地址、功能码、数据区及 CRC 码。数据区中的寄存器数据都是每两个字节高字节在前。4功能码 06,单点保存4功能码 06,单点保存 主机利用
10、这条命令把单点数据保存到仪表的存储器。从机也用这个功能码向主机返送信息。二、编程举例 下面是一个用 VC 编写的 ModBus RTU 通讯的例子(一)、通讯口设置(一)、通讯口设置 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(s
11、etupcomm error);error=GetCommState(hCom,&dcb);if(!error)MessageBox(getcommstate,error);dcb.BaudRate=2400;dcb.ByteSize=8;4 dcb.Parity=EVENPARITY;/NOPARITY;dcb.StopBits=ONESTOPBIT;error=SetCommState(hCom,&dcb);(二)、CRC 校验码计算(二)、CRC 校验码计算 UINT crc void calccrc(BYTE crcbuf)BYTE i;crc=crc crcbuf;for(i=0;i
12、1;crc=crc&0 x7fff;if(TT=1)crc=crc0 xa001;crc=crc&0 xffff;(三)、数据发送(三)、数据发送 zxaddr=11;/读取地址为 11 的巡检表数据 zxnum=10;/读取十个通道的数据 writebuf20=zxaddr;writebuf21=3;writebuf22=0;writebuf23=0;writebuf24=0;writebuf25=zxnum;crc=0 xffff;calccrc(writebuf20);calccrc(writebuf21);calccrc(writebuf22);calccrc(writebuf23);
13、calccrc(writebuf24);calccrc(writebuf25);writebuf26=crc&0 xff;writebuf27=crc/0 x100;WriteFile(hCom,writebuf2,8,&comnum,NULL);(四)、数据读取(四)、数据读取 ReadFile(hCom,writebuf,5+zxnum*2,&comnum,NULL);/读取 zxnum 个通道数据 可增加错误处理程序,如地址码错误、CRC 码错误判断、通讯故障处理等。5 MODBUS 通讯协议简介通讯协议简介 一、概述 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控
14、制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如果回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一 Modbus 网络上通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用 Modbus 协议发出。在其它网络上,包含了 Modbus 协议的消息转换
15、为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。1、在 Modbus 网络上转输 标准的 Modbus 口是使用一 RS-232C 兼容串行接口,它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由 Modem 组网。控制器通信使用主从技术,即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备:主机和可编程仪表。典型的从设备:可编程控制器。主设备可单独和从设备通信,也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信,从设备返回一消息作为回应,如果是以广播方式查询的,则不
16、作任何回应。Modbus 协议建立了主设备查询的格式:设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由 Modbus 协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误,或从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。2、在其它类型网络上转输 在其它网络上,控制器使用对等技术通信,故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中,控制器既可作为主设备也可作为从设备。提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。在消息位,Modbus 协议仍提供了主从原则,尽管网络通信方法是“对等”。如果
17、一控制器发送一消息,它只是作为主设备,并期望从从设备得到回应。同样,当控制器接收到一消息,它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。Modbus 是 Modicon 公司为其 PLC 与主机之间的通讯而发明的串行通讯协议。其物理层采用 RS232、485 等异步串行标准。由于其开放性而被大量的 PLC 及 RTU 厂家采用。Modbus 通讯方式采用主从方式的查询相应机制,只有主站发出查询时,从站才能给出响应,从站不能主动发送数据。主站可以向某一个从站发出查询,也可以向所有从站广播信息。从站只响应单独发给它的查询,而不响应广播消息。Modbus 的串行口的通讯参数(如波特率、奇偶校验)可由
18、用户选择。二、MODBUS 协议传送方式 MODBUS 通讯协议有两种传送方式:RTU 方式和 ASCII 方式,两种方式如下所示:项目 RTU 方式 ASCII 方式 字节长度 8 BITS 7 BITS 奇偶校验 1 BIT OR 0 BIT 1 BIT OR 0 BIT 字节中止 1 BIT OR 2 BITS 1 BIT OR 2 BITS 开始标记 不要:(冒号)结束标记 不要 CR,LF 数据间隔 24 BIT 1S 6 出错检验方式 CRC-16 LRC 三、MODBUS 指令字符串格式:下面以 WT301 模拟量数据采集器为例讲解 04 命令;主机命令:从机地址 功能码 数据起
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- MODBUS 通讯 协议 编程
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