RS485通信和Modbus協(xié)議
在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域，通常情況下是采用串口通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。最初采用的方式是RS232接口，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜，各種電氣設(shè)備會(huì)在環(huán)境中產(chǎn)生比較多的電磁干擾，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤。除此之外，RS232接口只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，不具備聯(lián)網(wǎng)功能，最大傳輸距離也只能達(dá)到幾十米，不能滿足遠(yuǎn)距離通信要求。而RS485則解決了這些問題，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，可以有效的解決共模干擾問題，最大距離可以到1200米，并且允許多個(gè)收發(fā)設(shè)備接到同一條總線上。隨著工業(yè)應(yīng)用通信越來越多，1979年施耐德電氣制定了一個(gè)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議Modbus協(xié)議，現(xiàn)在工業(yè)中使用RS485通信場(chǎng)合很多都采用Modbus協(xié)議，本節(jié)課我們要講解一下RS485通信和Modbus協(xié)議。
單單使用一塊KST-51開發(fā)板是不能夠進(jìn)行RS485實(shí)驗(yàn)的，應(yīng)很多同學(xué)的要求，把這節(jié)課作為擴(kuò)展課程講一下，如果要做本課相關(guān)實(shí)驗(yàn)，需要自行購(gòu)買USB轉(zhuǎn)485通信模塊。
1、RS485通信
實(shí)際上在RS485之前RS232就已經(jīng)誕生，但是RS232有幾處不足的地方：
1、接口的信號(hào)電平值較高，達(dá)到十幾V，容易損壞接口電路的芯片，而且和TTL電平不兼容，因此和單片機(jī)電路接起來的話必須加轉(zhuǎn)換電路。
2、傳輸速率有局限，不可以過高，一般到幾十Kb/s就到極限了。
3、接口使用信號(hào)線和GND與其他設(shè)備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產(chǎn)生干擾，并且抗干擾性能也比較弱。
4、傳輸距離有限，最多只能通信幾十米。
5、通信的時(shí)候只能兩點(diǎn)之間進(jìn)行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。
針對(duì)RS232接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS485就是其中之一，他具備以下的特點(diǎn)：
1、我們?cè)谥vA/D的時(shí)候，講過差分信號(hào)輸入的概念，同時(shí)也介紹了差分輸入的好處，最大的優(yōu)勢(shì)是可以抑制共模干擾。尤其工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較復(fù)雜，干擾比較多，所以通信如果采用的是差分方式，就可以有效的抑制共模干擾。而RS485就是一種差分通信方式，它的通信線路是兩根，通常用A和B或者D+和D-來表示。邏輯“1”以兩線之間的電壓差為+(0.2~6)V表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(0.2~6)V來表示，是一種典型的差分通信。
2、RS485通信速度快，最大傳輸速度可以達(dá)到10Mb/s以上。
3、RS485內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)，采用的是平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗干擾能力也大大增加。
4、傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到1200米左右，但是他的傳輸速率和傳輸距離是成反比的，只有在100Kb/s以下的傳輸速度，才能達(dá)到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠(yuǎn)距離可以使用中繼。
5、可以在總線上進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，總線上允許掛多個(gè)收發(fā)器，從現(xiàn)有的RS485芯片來看，有可以掛32、64、128、256等不同個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器。
RS485的接口非常簡(jiǎn)單，和RS232所使用的MAX232是類似的，只需要一個(gè)RS485轉(zhuǎn)換器，就可以直接和我們單片機(jī)的UART串行接口連接起來，并且完全使用的是和UART一致的異步串行通信協(xié)議。但是由于RS485是差分通信，因此接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)是不能同時(shí)進(jìn)行的，也就是說它是一種半雙工通信。那我們?nèi)绾闻袛嗍裁磿r(shí)候發(fā)送，什么時(shí)候接收呢？
RS485類的芯片很多，這節(jié)課我們以MAX485為例講解RS485通信，如圖1所示。
圖1 MAX485硬件接口
MAX485是美信(Maxim)推出的一款常用RS485轉(zhuǎn)換器。其中5腳和8腳是電源引腳，6腳和7腳就是485通信中的A和B兩個(gè)引腳，而1腳和4腳分別接到我們單片機(jī)的RXD和TXD引腳上，直接使用單片機(jī)UART進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。而2腳和3腳就是方向引腳了，其中2腳是低電平使能接收器，3腳是高電平使能輸出驅(qū)動(dòng)器。我們把這兩個(gè)引腳連到一起，平時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，保持這兩個(gè)引腳是低電平，讓MAX485處于接收狀態(tài)，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，把這個(gè)引腳拉高，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后再拉低這個(gè)引腳就可以了。為了提高RS485的抗干擾性能，需要在靠近MAX485的A和B引腳之間并接一個(gè)電阻，這個(gè)電阻阻值從100歐到1K都可以。
在這里我們還要介紹一下如何使用KST-51單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行外圍擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。我們的開發(fā)板只能把基本的功能給同學(xué)們做出來提供實(shí)驗(yàn)練習(xí)，但是同學(xué)們學(xué)習(xí)的腳步不應(yīng)該停留在這個(gè)實(shí)驗(yàn)板上。如果想進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)，就可以通過單片機(jī)開發(fā)板的擴(kuò)展接口進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。大家可以看到藍(lán)綠色的單片機(jī)座周圍有32個(gè)插針，這32個(gè)插針就是把單片機(jī)的32個(gè)IO引腳全部都引出來了。在原理圖上體現(xiàn)出來的就是我們的J4、J5、J6、J7這4個(gè)器件，如圖2所示。
圖2 單片機(jī)擴(kuò)展接口
這32個(gè)IO口不是所有的IO口都可以用來對(duì)外擴(kuò)展，其中既作為數(shù)據(jù)輸出，又可以作為數(shù)據(jù)輸入的引腳是不可以用的，比如P3.2、P3.4、P3.6引腳，這三個(gè)引腳是不可用的。比如P3.2這個(gè)引腳，如果我們用來擴(kuò)展，發(fā)送的信號(hào)如果和DS18B20的時(shí)序吻合，會(huì)導(dǎo)致DS18B20拉低引腳，影響通信。除這3個(gè)IO口以外的其他29個(gè)IO口，都可以使用杜邦線接上插針，擴(kuò)展出來使用。當(dāng)然了，如果把當(dāng)前的IO口應(yīng)用于擴(kuò)展功能了，板子上的相應(yīng)的功能就實(shí)現(xiàn)不了了，也就是說需要擴(kuò)展功能和板載功能二選一。
在進(jìn)行RS485實(shí)驗(yàn)中，我們通信用的引腳必須是P3.0和P3.1，此外還有一個(gè)方向控制引腳，我們使用杜邦線將其連接到P1.7上去。RS485的另外一端，大家可以使用一個(gè)USB轉(zhuǎn)485模塊，用雙絞線把開發(fā)板和模塊上的A和B分別對(duì)應(yīng)連起來，USB那頭插入電腦，然后就可以進(jìn)行通信了。
學(xué)習(xí)了第13章的實(shí)用串口通信的方法和程序后，做這種串口通信的方法就很簡(jiǎn)單了，基本是一致的。我們使用實(shí)用串口通信的思路，做了一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，通過串口調(diào)試助手下發(fā)任意個(gè)字符，單片機(jī)接收到后在末尾添加“回車+換行”符后再送回，在調(diào)試助手上重新顯示出來，先把程序貼出來。
程序中需要注意的一點(diǎn)是：因?yàn)槠匠６际菍?85設(shè)置為接收狀態(tài)，只有在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候才將485改為發(fā)送狀態(tài)，所以在UartWrite()函數(shù)開頭將485方向引腳拉高，函數(shù)退出前再拉低。但是這里有一個(gè)細(xì)節(jié)，就是單片機(jī)的發(fā)送和接收中斷產(chǎn)生的時(shí)刻都是在停止位的一半上，也就是說每當(dāng)停止位傳送了一半的時(shí)候，RI或TI就已經(jīng)置位并且馬上進(jìn)入中斷（如果中斷使能的話）函數(shù)了，接收的時(shí)候自然不會(huì)存在問題，但發(fā)送的時(shí)候就不一樣了：當(dāng)緊接這向SBUF寫入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，UART硬件會(huì)在完成上一個(gè)停止位的發(fā)送后，再開始新字節(jié)的發(fā)送，但如果此時(shí)不是繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)字節(jié)，而是已經(jīng)發(fā)送完畢了，要停止發(fā)送并將485方向引腳拉低以使485重新處于接收狀態(tài)時(shí)就有問題了，因?yàn)檫@時(shí)候最后的這個(gè)停止位實(shí)際只發(fā)送了一半，還沒有完全完成，所以就有了UartWrite()函數(shù)內(nèi)DelayX10us(5)這個(gè)操作，這是人為的增加了延時(shí)50us，這50us的時(shí)間正好讓剩下的一半停止位完成，那么這個(gè)時(shí)間自然就是由通信波特率決定的了，為波特率周期的一半。
/***********************RS485.c文件程序源代碼*************************/
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
sbit RS485_DIR = P1^7; //RS485方向選擇引腳
bit flagOnceTxd = 0; //單次發(fā)送完成標(biāo)志，即發(fā)送完一個(gè)字節(jié)
bit cmdArrived = 0; //命令到達(dá)標(biāo)志，即接收到上位機(jī)下發(fā)的命令
unsigned char cntRxd = 0;
unsigned char pdata bufRxd[40]; //串口接收緩沖區(qū)
void ConfigUART(unsigned int baud) //串口配置函數(shù)，baud為波特率
{
RS485_DIR = 0; //RS485設(shè)置為接收方向
SCON = 0x50; //配置串口為模式1
TMOD &= 0x0F; //清零T1的控制位
TMOD |= 0x20; //配置T1為模式2
TH1 = 256 - (11059200/12/32) / baud; //計(jì)算T1重載值
TL1 = TH1; //初值等于重載值
ET1 = 0; //禁止T1中斷
ES = 1; //使能串口中斷
TR1 = 1; //啟動(dòng)T1
}
unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len) //串口數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，數(shù)據(jù)接收指針buf，讀取數(shù)據(jù)長(zhǎng)度len，返回值為實(shí)際讀取到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
{
unsigned char i;
if (len > cntRxd) //讀取長(zhǎng)度大于接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度時(shí)，
{
len = cntRxd; //讀取長(zhǎng)度設(shè)置為實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
}
for (i=0; i<len; i++) //拷貝接收到的數(shù)據(jù)
{
*buf = bufRxd[i];
buf++;
}
cntRxd = 0; //清零接收計(jì)數(shù)器
return len; //返回實(shí)際讀取長(zhǎng)度
}
void DelayX10us(unsigned char t) //軟件延時(shí)函數(shù)，延時(shí)時(shí)間(t*10)us
{
do {
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
} while (--t);
}
void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len) //串口數(shù)據(jù)寫入函數(shù)，即串口發(fā)送函數(shù)，待發(fā)送數(shù)據(jù)指針buf，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度len
{
RS485_DIR = 1; //RS485設(shè)置為發(fā)送
while (len--) //發(fā)送數(shù)據(jù)
{
flagOnceTxd = 0;
SBUF = *buf;
buf++;
while (!flagOnceTxd);
}
DelayX10us(5); //等待最后的停止位完成，延時(shí)時(shí)間由波特率決定
RS485_DIR = 0; //RS485設(shè)置為接收
}
void UartDriver() //串口驅(qū)動(dòng)函數(shù)，檢測(cè)接收到的命令并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作
{
unsigned char len;
unsigned char buf[30];
if (cmdArrived) //有命令到達(dá)時(shí)，讀取處理該命令
{
cmdArrived = 0;
len = UartRead(buf, sizeof(buf)-2); //將接收到的命令讀取到緩沖區(qū)中
buf[len++] = '\r'; //在接收到的數(shù)據(jù)幀后添加換車換行符后發(fā)回
buf[len++] = '\n';
UartWrite(buf, len);
}
}
void UartRxMonitor(unsigned char ms) //串口接收監(jiān)控函數(shù)
{
static unsigned char cntbkp = 0;
static unsigned char idletmr = 0;
if (cntRxd > 0) //接收計(jì)數(shù)器大于零時(shí)，監(jiān)控總線空閑時(shí)間
{
if (cntbkp != cntRxd) //接收計(jì)數(shù)器改變，即剛接收到數(shù)據(jù)時(shí)，清零空閑計(jì)時(shí)
{
cntbkp = cntRxd;
idletmr = 0;
}
else
{
if (idletmr < 30) //接收計(jì)數(shù)器未改變，即總線空閑時(shí)，累積空閑時(shí)間
{
idletmr += ms;
if (idletmr >= 30) //空閑時(shí)間超過30ms即認(rèn)為一幀命令接收完畢
{
cmdArrived = 1; //設(shè)置命令到達(dá)標(biāo)志
}
}
}
}
else
{
cntbkp = 0;
}
}
void InterruptUART() interrupt 4 //UART中斷服務(wù)函數(shù)
{
if (RI) //接收到字節(jié)
{
RI = 0; //手動(dòng)清零接收中斷標(biāo)志位
if (cntRxd < sizeof(bufRxd)) //接收緩沖區(qū)尚未用完時(shí)，
{
bufRxd[cntRxd++] = SBUF; //保存接收字節(jié)，并遞增計(jì)數(shù)器
}
}
if (TI) //字節(jié)發(fā)送完畢
{
TI = 0; //手動(dòng)清零發(fā)送中斷標(biāo)志位
flagOnceTxd = 1; //設(shè)置單次發(fā)送完成標(biāo)志
}
}
/***********************main.c文件程序源代碼*************************/
#include <reg52.h>
unsigned char T0RH = 0; //T0重載值的高字節(jié)
unsigned char T0RL = 0; //T0重載值的低字節(jié)
void ConfigTimer0(unsigned int ms);
extern void ConfigUART(unsigned int baud);
extern void UartRxMonitor(unsigned char ms);
extern void UartDriver();
void main ()
{
EA = 1; //開總中斷
ConfigTimer0(1); //配置T0定時(shí)1ms
ConfigUART(9600); //配置波特率為9600
while(1)
{
UartDriver();
}
}
void ConfigTimer0(unsigned int ms) //T0配置函數(shù)
{
unsigned long tmp;
tmp = 11059200 / 12; //定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率
tmp = (tmp * ms) / 1000; //計(jì)算所需的計(jì)數(shù)值
tmp = 65536 - tmp; //計(jì)算定時(shí)器重載值
tmp = tmp + 34; //修正中斷響應(yīng)延時(shí)造成的誤差
T0RH = (unsigned char)(tmp >> 8); //定時(shí)器重載值拆分為高低字節(jié)
T0RL = (unsigned char)tmp;
TMOD &= 0xF0; //清零T0的控制位
TMOD |= 0x01; //配置T0為模式1
TH0 = T0RH; //加載T0重載值
TL0 = T0RL;
ET0 = 1; //使能T0中斷
TR0 = 1; //啟動(dòng)T0
}
void InterruptTimer0() interrupt 1 //T0中斷服務(wù)函數(shù)
{
TH0 = T0RH; //定時(shí)器重新加載重載值
TL0 = T0RL;
UartRxMonitor(1); //串口接收監(jiān)控
}
現(xiàn)在看這種串口程序，是不是感覺很簡(jiǎn)單了呢？串口通信程序我們反反復(fù)復(fù)的使用，加上隨著我們學(xué)習(xí)的模塊越來越多，實(shí)踐的越來越多，原先感覺很復(fù)雜的東西，現(xiàn)在就會(huì)感到簡(jiǎn)單了。我們的下載程序模塊用的是COM4，而USB轉(zhuǎn)485虛擬的是COM5，通信的時(shí)候我們用的是COM5口，如圖3所示。
圖3 RS485串行通信
2、Modbus通信協(xié)議介紹
我們前邊學(xué)習(xí)UART、I2C、SPI這些通信協(xié)議，都是最底層的協(xié)議，是“位”級(jí)別的協(xié)議。而我們?cè)趯W(xué)習(xí)13章實(shí)用串口通信程序的時(shí)候，我們通過串口發(fā)給單片機(jī)三條指令，讓單片機(jī)做了三件不同的事情，分別是"buzz on"、"buzz off"、和"showstr"。隨著我們系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，我們希望可以實(shí)現(xiàn)更多的指令。而指令越來越多，帶來的后果就是非常雜亂無章，尤其是這個(gè)人喜歡寫成"buzz on"、"buzz off"，而另外一個(gè)人喜歡寫成"on buzz"、"off buzz"。導(dǎo)致不同開發(fā)人員寫出來的代碼指令不兼容，不同廠家的產(chǎn)品不能掛到一條總線上通信。
隨著這種矛盾的日益嚴(yán)重，就會(huì)有聰明人提出更合理的解決方案，提出一些標(biāo)準(zhǔn)來，今后我們的編程必須按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來，這種標(biāo)準(zhǔn)也是一種通信協(xié)議，但是和UART、I2C、SPI通信協(xié)議不同的是，這種通信協(xié)議是字節(jié)級(jí)別的，叫做應(yīng)用層通信協(xié)議。在1979年由Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌)提出了全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議，就是Modbus協(xié)議。
2.1 Modbus協(xié)議特點(diǎn)
Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其他設(shè)備之間可以通信，已經(jīng)成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。這種協(xié)議定義了一種控制器能夠認(rèn)識(shí)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了控制器請(qǐng)求訪問其他設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其他設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤記錄，它制定了通信數(shù)據(jù)的格局和內(nèi)容的公共格式。
在進(jìn)行多機(jī)通信的時(shí)候，Modbus協(xié)議規(guī)定每個(gè)控制器必須要知道他們的設(shè)備地址，識(shí)別按照地址發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，決定是否要產(chǎn)生動(dòng)作，產(chǎn)生何種動(dòng)作，如果要回應(yīng)，控制器將生成的反饋信息用Modbus協(xié)議發(fā)出。
Modbus協(xié)議允許在各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行簡(jiǎn)單通信，每種設(shè)備(plc、人機(jī)界面、控制面板、驅(qū)動(dòng)程序、輸入輸出設(shè)備)都能使用Modbus協(xié)議來啟動(dòng)遠(yuǎn)程操作，一些網(wǎng)關(guān)允許在幾種使用Modbus協(xié)議的總線或網(wǎng)絡(luò)之間的通信，如圖4所示。
圖4 Modbus網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)實(shí)例
Modbus協(xié)議的整體架構(gòu)和格式比較復(fù)雜和龐大，在我們的課程里，我們重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信控制方式，作為一個(gè)入門級(jí)別的了解。如果大家要詳細(xì)了解，或者使用Modbus開發(fā)相關(guān)設(shè)備，可以查閱相關(guān)的國(guó)標(biāo)文件再進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。
2.2 RTU協(xié)議幀數(shù)據(jù)
Modbus有兩種通信傳輸方式，一種是ASCII模式，一種是RTU模式。由于ASCII模式的數(shù)據(jù)字節(jié)是7bit數(shù)據(jù)位，51單片機(jī)無法實(shí)現(xiàn)，而且應(yīng)用也相對(duì)較少，所以這里我們只用RTU模式。兩種模式相似，會(huì)用一種另外一種也就會(huì)了。一條典型的RTU數(shù)據(jù)幀如圖5所示。
圖5 RTU數(shù)據(jù)幀
和我們實(shí)用串口通信程序類似，我們一次發(fā)送的數(shù)據(jù)幀必須是作為一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。我們?cè)趯?shí)用串口通信程序中采用的方法是定義30ms，如果接收到的數(shù)據(jù)超過了30ms還沒有接收到下一個(gè)字節(jié)，我們就認(rèn)為這次的數(shù)據(jù)結(jié)束。而Modbus的RTU模式規(guī)定不同數(shù)據(jù)幀之間的間隔是3.5個(gè)字節(jié)通信時(shí)間以上。如果在一幀數(shù)據(jù)完成之前有超過3.5個(gè)字節(jié)時(shí)間的停頓，接收設(shè)備將刷新當(dāng)前的消息并假定下一個(gè)字節(jié)是一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀的開始。（http://www.diangon.com/版權(quán)所有）同樣的，如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字節(jié)時(shí)間內(nèi)接著前邊一個(gè)數(shù)據(jù)開始的，接收的設(shè)備將會(huì)認(rèn)為它是前一幀數(shù)據(jù)的延續(xù)。這將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因此大家看RTU數(shù)據(jù)幀最后還有16bit的CRC校驗(yàn)。
起始位和結(jié)束符：圖18-5上代表的是一個(gè)數(shù)據(jù)幀，前后都至少有3.5個(gè)字節(jié)的時(shí)間間隔，起始位和結(jié)束符實(shí)際上沒有任何數(shù)據(jù)，T1-T2-T3-T4代表的是時(shí)間間隔3.5個(gè)字節(jié)以上的時(shí)間，而真正有意義的第一個(gè)字節(jié)是設(shè)備地址。
設(shè)備地址：很多同學(xué)不理解，在多機(jī)通信的時(shí)候，數(shù)據(jù)那么多，我們依靠什么判斷這個(gè)數(shù)據(jù)幀是哪個(gè)設(shè)備的呢？沒錯(cuò)，就是依靠這個(gè)設(shè)備地址字節(jié)。每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)自己的地址，當(dāng)設(shè)備接收到一幀數(shù)據(jù)后，程序首先對(duì)設(shè)備地址字節(jié)進(jìn)行判斷比較，如果與自己的地址不同，則對(duì)這幀數(shù)據(jù)直接不予理會(huì)，如果如果與自己的地址相同，就要對(duì)這幀數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，按照之后的功能碼執(zhí)行相應(yīng)的功能。如果地址是0x00，則認(rèn)為是一個(gè)廣播命令，就是所有的從機(jī)設(shè)備都要執(zhí)行的指令。
功能代碼：在第二個(gè)字節(jié)功能代碼字節(jié)中，Modbus規(guī)定了部分功能代碼，此外也保留了一部分功能代碼作為備用或者用戶自定義，這些功能碼大家不需要去記憶，甚至都不用去看，直到你有用到的那天再過來查這個(gè)表格即可，如表1所示。
表1 Modbus功能碼
功能碼 | 名稱 | 作用 |
01 | 讀取線圈狀態(tài) | 取得一組邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)(ON/OFF) |
02 | 讀取輸入狀態(tài) | 取得一組開關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)(ON/OFF) |
03 | 讀取保持寄存器 | 在一個(gè)或多個(gè)保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 |
04 | 讀取輸入寄存器 | 在一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 |
05 | 強(qiáng)置單線圈 | 強(qiáng)置一個(gè)邏輯線圈的通斷狀態(tài) |
06 | 預(yù)置單寄存器 | 把具體二進(jìn)值裝入一個(gè)保持寄存器 |
07 | 讀取異常狀態(tài) | 取得8 個(gè)內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài)，這 8 個(gè)線圈的地址由控制器決定，用戶邏輯可以將這些線圈定義，以說明從機(jī)狀態(tài)，短報(bào)文適宜于迅速讀取狀態(tài) |
08 | 回送診斷校驗(yàn) | 把診斷校驗(yàn)報(bào)文送從機(jī)，以對(duì)通信處理進(jìn)行評(píng)鑒 |
09 | 編程(只用于484) | 使主機(jī)模擬編程器作用，修改PC從機(jī)邏輯 |
10 | 控詢(只用于484) | 可使主機(jī)與一臺(tái)正在執(zhí)行長(zhǎng)程序任務(wù)從機(jī)通信，探詢?cè)搹臋C(jī)是否已完成其操作任務(wù)，僅在含有功能碼 9 的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才發(fā)送 |
11 | 讀取事件計(jì)數(shù) | 可使主機(jī)發(fā)出單詢問，并隨即判定操作是否成功，尤其是該命令或其他應(yīng)答產(chǎn)生通信錯(cuò)誤時(shí) |
12 | 讀取通信事件記錄 | 可是主機(jī)檢索每臺(tái)從機(jī)的ModBus事務(wù)處理通信事件記錄。如果某項(xiàng)事務(wù)處理完成，記錄會(huì)給出有關(guān)錯(cuò)誤 |
13 | 編程(184/384 484 584 ) | 可使主機(jī)模擬編程器功能修改PC從機(jī)邏輯 |
14 | 探詢(184/384 484 584) | 可使主機(jī)與正在執(zhí)行任務(wù)的從機(jī)通信，定期控詢?cè)搹臋C(jī)是否已完成其程序操作，僅在含有功能13的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才得發(fā)送 |
15 | 強(qiáng)置多線圈 | 強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷 |
16 | 預(yù)置多寄存器 | 把具體的二進(jìn)制值裝入一串連續(xù)的保持寄存器 |
17 | 報(bào)告從機(jī)標(biāo)識(shí) | 可使主機(jī)判斷編址從機(jī)的類型及該從機(jī)運(yùn)行指示燈的狀態(tài) |
18 | 884 和MICRO 84 | 可使主機(jī)模擬編程功能，修改PC狀態(tài)邏輯 |
19 | 重置通信鏈路 | 發(fā)生非可修改錯(cuò)誤后，是從機(jī)復(fù)位于已知狀態(tài)，可重置順序字節(jié) |
20 | 讀取通用參數(shù)(584L) | 顯示擴(kuò)展存儲(chǔ)器文件中的數(shù)據(jù)信息 |
21 | 寫入通用參數(shù)(584L) | 把通用參數(shù)寫入擴(kuò)展存儲(chǔ)文件，或修改 |
22~64 | 保留作擴(kuò)展功能備用 |
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65~72 | 保留以備用戶功能所用 | 留作用戶功能的擴(kuò)展編碼 |
73~119 | 非法功能 |
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120~127 | 保留 | 留作內(nèi)部作用 |
128~255 | 保留 | 用于異常應(yīng)答 |
我們程序?qū)δ艽a的處理，就是程序來檢測(cè)這個(gè)字節(jié)的數(shù)值，然后根據(jù)其數(shù)值來做相應(yīng)的功能處理。
數(shù)據(jù)：跟在功能代碼后邊的是n個(gè)8bit的數(shù)據(jù)。這個(gè)n值的到底是多少，是功能代碼來確定的，不同的功能代碼后邊跟的數(shù)據(jù)數(shù)量不同。舉個(gè)例子，如果功能碼是0x03，也就是讀保持寄存器，那么主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)n的組成部分就是：2個(gè)字節(jié)的寄存器起始地址，加2個(gè)字節(jié)的寄存器數(shù)量N*。從機(jī)數(shù)據(jù)n的組成部分是：1個(gè)字節(jié)的字節(jié)數(shù)，因?yàn)槲覀兓貜?fù)的寄存器的值是2個(gè)字節(jié)，所以這個(gè)字節(jié)數(shù)也就是2N*個(gè)，再加上2N*個(gè)寄存器的值，如圖6所示。
圖6 讀保持寄存器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
CRC校驗(yàn)：CRC校驗(yàn)是一種數(shù)據(jù)算法，是用來校驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)錯(cuò)的。CRC校驗(yàn)函數(shù)把一幀數(shù)據(jù)除最后兩個(gè)字節(jié)外，前邊所有的字節(jié)進(jìn)行特定的算法計(jì)算，計(jì)算完后生成了一個(gè)16bit的數(shù)據(jù)，作為CRC校驗(yàn)碼，添加在一幀數(shù)據(jù)的最后。接收方接收到數(shù)據(jù)后，同樣會(huì)把前邊的字節(jié)進(jìn)行CRC計(jì)算，計(jì)算完了再和發(fā)過來的CRC的16bit的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果相同則認(rèn)為數(shù)據(jù)正常，沒有出錯(cuò)，如果比較不相同，則說明數(shù)據(jù)在傳輸中發(fā)生了錯(cuò)誤，這幀數(shù)據(jù)將被丟棄，就像沒收到一樣，而發(fā)送方會(huì)在得不到回應(yīng)后做相應(yīng)的處理錯(cuò)誤處理。
RTU模式的每個(gè)字節(jié)的位是這樣分布的：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位，最小有效位先發(fā)送、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位(如果無校驗(yàn)則沒有這一位)、1位停止位(有校驗(yàn)位時(shí))或者2個(gè)停止位(無校驗(yàn)位時(shí))。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-08
