modbus通讯协议开发.pdf
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1、 modbus 通讯协议开发 2 作者:日期:个人收集整理 勿做商业用途 3 Modbus 通讯协议 已有 165 次阅读 20131120 11:15|个人分类:软件|系统分类:单片机 Modbus 通讯协议 ModBus 即 Modbus 通讯协议(Modbus 通讯协议)。Modbus 是由 Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在 1979 年发明的,是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。目 录 1Modbus 协议简介 2Modbus 的特点 个人收集整理 勿做商业用途 4 1.2.2。1 在 Modbus 网络上传输 3.4.2。2 在其它类型网络上传输 5.6.2.3
2、查询回应周期 3 两种传输方式 1Modbus 协议简介 为更好地普及和推动 Modbus 在基于以太网上的分布式应用,目前施耐德公司已将 Modbus协议的所有权移交给 IDA(Interface for Distributed Automation,分布式自动化接口)组织,并成立了 Modbus-IDA 组织,为 Modbus 今后的发展奠定了基础。在中国,Modbus 已经成为国家标准 GB/T195822008.据不完全统计:截止到 2007 年,Modbus 的节点安装数量已经超过了 1000 万个。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,控制器相互之间、控
3、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个人收集整理 勿做商业用途 5 它设备的过程,如何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。个人收集整理,勿做商业用途本文为互联网收集,请勿用作商业用途 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
4、用 Modbus协议发出。在其它网络上,包含了 Modbus 协议的消息转换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。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备,包括PLC,DCS,智能仪表等都在使用 Modbus 协议作为他们之间的通讯标准.2Modbus 的特点 Modbus 具有以下几个特点:(1)标准、开放,用户可以免费、放心地使用 Modbus 协议,不需要交纳许可证费,也不会侵犯知识产权。目前,支持 Modbus 的厂家超过 400 家,支持 Modbus 的产品超过 600 种.(2)
5、Modbus 可以支持多种电气接口,如 RS-232、RS485 等,还可以在各种介质上传送,如双绞线、光纤、无线等。(3)Modbus 的帧格式简单、紧凑,通俗易懂.用户使用容易,厂商开发简单。在 Modbus 网络上传输 个人收集整理 勿做商业用途 6 标准的 Modbus 口是使用一 RS232C 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
6、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。在其它类型网络上传输 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
7、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。查询回应周期 (1)查询 个人收集整理 勿做商业用途 7 查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。例如功能代码 03 是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。数据段必须包含要告之从设备的信息:从何寄存器开始读及要读的寄存器数量.错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法
8、.(2)回应 如果从设备产生一正常的回应,在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应.数据段包括了从设备收集的数据:象寄存器值或状态。如果有错误发生,功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的,同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。3 两种传输方式 控制器能设置为两种传输模式(ASCII 或 RTU)中的任何一种在标准的 Modbus 网络通信。用户选择想要的模式,包括串口通信参数(波特率、校验方式等),在配置每个控制器的时候,在一个 Modbus 网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。所选的 ASCII 或 RTU 方式仅适用
9、于标准的 Modbus 网络,它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位,以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。在其它网络上(象 MAP 和 Modbus Plus)Modbus 消息被转成与串行传输无关的帧。个人收集整理 勿做商业用途 8 1ASCII 模式 当控制器设为在 Modbus 网络上以 ASCII(美国标准信息交换代码)模式通信,在消息中的每个 8Bit 字节都作为一个 ASCII 码(两个十六进制字符)发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到 1 秒而不产生错误。代码系统 十六进制,ASCII 字符 0.。9,A。F 消息中的每个 ASCII 字符都是一个十六进
10、制字符组成 每个字节的位 1 个起始位 7 个数据位,最小的有效位先发送 1 个奇偶校验位,无校验则无 个人收集整理 勿做商业用途 9 1 个停止位(有校验时),2 个 Bit(无校验时)错误检测域 LRC(纵向冗长检测)2、RTU 模式 当控制器设为在 Modbus 网络上以 RTU(远程终端单元)模式通信,在消息中的每个 8Bit字节包含两个 4Bit 的 十六进制字符。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下,可比ASCII 方式传送更多的数据。代码系统 8 位二进制,十六进制数 0.。9,A.F 消息中的每个 8 位域都是一或两个十六进制字符组成 个人收集整理 勿做商业用途 10 每个字
11、节的位 1 个起始位 8 个数据位,最小的有效位先发送 1 个奇偶校验位,无校验则无 1 个停止位(有校验时),2 个 Bit(无校验时)错误检测域 CRC(循环冗长检测)CRC 域是两个字节,包含一 16 位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的 CRC,并与接收到的 CRC 域中的值比较,如果两值不同,则有误.个人收集整理 勿做商业用途 11 CRC 是先调入一值是全“1”的 16 位寄存器,然后调用一过程将消息中连续的 8 位字节各当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的 8Bit 数据对 CRC 有效,起始位和停止位以及奇偶校验位均无效.CRC 产生过程
12、中,每个 8 位字符都单独和寄存器内容相异或(XOR),结果向最低有效位方向移动,最高有效位以 0 填充.LSB 被提取出来检测,如果 LSB 为 1,寄存器单独和预置的值或一下,如果 LSB 为 0,则不进行。整个过程要重复 8 次。在最后一位(第 8 位)完成后,下一个 8 位字节又单独和寄存器的当前值相或。最终寄存器中的值,是消息中所有的字节都执行之后的 CRC 值.CRC 添加到消息中时,低字节先加入,然后高字节。CRC 简单函数如下:unsigned short CRC16(puchMsg,usDataLen)unsigned char puchMsg;/要进行 CRC 校验的消息/
13、unsigned short usDataLen;/消息中字节数/个人收集整理 勿做商业用途 12 unsigned char uchCRCHi=0 xFF;/*高 CRC 字节初始化/unsigned char uchCRCLo=0 xFF;/低 CRC 字节初始化/unsigned uIndex;/CRC 循环中的索引/while(usDataLen)/*传输消息缓冲区*/uIndex=uchCRCHi puchMsg+;/计算 CRC/uchCRCHi=uchCRCLo auchCRCHiuIndex;uchCRCLo=auchCRCLouIndex;个人收集整理 勿做商业用途 13 r
14、eturn(uchCRCHi 8)|uchCRCLo);/*CRC 高位字节值表/static unsigned char auchCRCHi=0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x00,0 xC1,
15、0 x81,0 x40,个人收集整理 勿做商业用途 14 0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x01,0 xC0,0 x80,0 x41,0 x00,0 xC1,0 x81,0 x40,0 x01,0
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