MODBUS RTU詳解

ID:215387 · 發(fā)表于 2017-6-28 11:13

Modbus 一個工業(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，比較簡單，在單片機上很容易實現(xiàn)。雖然RTU比較簡單，但是看協(xié)議資料、手冊說得太專業(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。現(xiàn)在就來定義一個新的最簡單協(xié)議。例如，

協(xié)議： “A” --“LED滅”
      “B” --“報警”
      “C” --“LED亮”
單片機接收到“A”控制一個LED滅，單片機接收到“B”控制報警，單片機接收到“A”控制一個LED亮。那么當(dāng)收到對應(yīng)的信息就執(zhí)行相應(yīng)的動作，這就是協(xié)議，很簡單吧。

先來簡單分析一條MODBUS-RTU報文，例如：01  06  00 01  00 17  98 04
   01          06          00 01          00 17       98 04
從機地址       功能號       數(shù)據(jù)地址       數(shù)據(jù)       CRC校驗

這一串?dāng)?shù)據(jù)的意思是：把數(shù)據(jù) 0x0017(十進制23) 寫入 1號從機地址 0x0001數(shù)據(jù)地址。

先弄明白下面的東西。

1、報文
一個報文就是一幀數(shù)據(jù)，一個數(shù)據(jù)幀就一個報文：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
意義：例如上面的  98 04  是它前面的數(shù)據(jù)（01 06 00 01 00 17）通過一算法（見附錄2，很簡單的）計算出來的結(jié)果，其實就像是計算累加和那樣。（累加和：就是010600010017加起來的值，然后它的算法就是加法）。
作用：在數(shù)據(jù)傳輸過程中可能數(shù)據(jù)會發(fā)生錯誤，CRC檢驗檢測接收的數(shù)據(jù)是否正確。比如主機發(fā)出01 06 00 01 00 17 98 04，那么從機接收到后要根據(jù)01 06 00 01 00 17 再計算CRC校驗值，從機判斷自己計算出來的CRC校驗是否與接收的CRC校驗（98 04主機計算的）相等，如果不相等那么說明數(shù)據(jù)傳輸有錯誤這些數(shù)據(jù)不能要。

3、功能號
意義：modbus 定義。見附錄1。
作用：指示具體的操作。

MODBUS-RTU
一、一個報文分析
先聲明下我們的目的，我們是要兩個設(shè)備通訊，用的是MODBUS協(xié)議。上面簡單介紹了：“報文”“CRC校驗”“功能號”。

在單片機中拿出一部分內(nèi)存（RAM）進行兩個設(shè)備通訊，例如：

數(shù)組后面的注釋，說明
OX[20] 代表是輸出線圈，用功能碼 0x01，0x05，0x0F 訪問，開頭地址是 0 （這個后續(xù)說明）
IX[20] 代表是輸入線圈，用功能碼 0x02 訪問，          開頭地址是 1 （這個后續(xù)說明）
另外兩個一樣的道理。
注意：所謂的“線圈”“寄存器”就是“位變量”“16位變量”，不要被迷惑。之所以稱“線圈”我覺得應(yīng)該是對于應(yīng)用的設(shè)備，MODBUS協(xié)議是專門針對485總線設(shè)備（例PLC）開發(fā)的。

1、主機對從機寫數(shù)據(jù)操作
如果單片機接收到一個報文那么就對報文進行解析執(zhí)行相應(yīng)的處理，如上面報文：
   01          06          00 01          00 17       98 04
從機地址       功能號       數(shù)據(jù)地址       數(shù)據(jù)       CRC校驗

假如本機地址是 1 ，那么單片機接收到這串?dāng)?shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)計算CRC校驗判斷數(shù)據(jù)是否正確，如果判斷數(shù)據(jù)無誤，則結(jié)果是：
         HoldDataReg[1]  =  0x0017;
MODBUS主機就完成了一次對從機數(shù)據(jù)的寫操作，實現(xiàn)了通訊。

2、主機對從機讀數(shù)據(jù)操作
主機進行讀HoldDataReg[1] 操作，則報文是：
   01          03          00 01          00 01       D5 CA
  從機地址       功能號       數(shù)據(jù)地址    讀取數(shù)據(jù)個數(shù)    CRC校驗
那么單片機接收到這串?dāng)?shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)計算CRC校驗判斷數(shù)據(jù)是否正確，如果判斷數(shù)據(jù)無誤，則結(jié)果是：返回信息給主機，返回的信息也是有格式的：
返回內(nèi)容：
   01       03          02          0017       F8 4A
從機地址功能號    數(shù)據(jù)字節(jié)個數(shù) 兩個字節(jié)數(shù)據(jù) CRC校驗
MODBUS主機就完成了一次對從機數(shù)據(jù)的讀操作，實現(xiàn)了通訊。

二、MODBUS報文模型

以上了解到了MODBUS的一幀報文是如何通訊的，其實每個報文的格式都基本一樣的。

這里兩個縮略詞以前不知道，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)處理的一般處理過程。

五、MODBUS請求與響應(yīng)
看MODBUS協(xié)議手冊，中文第 10 頁開始，英文第 24 頁開始。手冊非常詳細(xì)舉例說明了MODBUS協(xié)議各個功能號的請求與響應(yīng)。

modbus協(xié)議在單片機上實現(xiàn)過程

MODBUS 任務(wù)處理函數(shù)

函數(shù)中，RcvBuf 為串口接收緩沖區(qū)，如果接收了一個報文則，RcvBuf[0] 為從機地址，RcvBuf[0] 為MODBUS功能號。根據(jù)功能號做出響應(yīng)，而具體的操作根據(jù)功能號在各自的函數(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“線圈”“寄存器”其實分別直的就是“位變量”“16位變量”
      01 (0x01)       讀線圈
      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)       寫單個線圈
      06 (0x06)       寫單個寄存器
      15 (0x0F)       寫多個線圈
      16 (0x10)       寫多個寄存器

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