Modbus

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先来简单分析一条 MODBUS-RTU 报文,例如:01 06 00 01 00 17 98 04
01 06 00 01 00 17 98 04
从机地址 功能号 数据地址 数据 CRC 校验

这一串数据的意思是:把数据 0x0017(十进制 23) 写入 1 号从机地址 0x0001 数据地址。

先弄明白下面的东西。

1、报文
一个报文就是一帧数据,一个数据帧就一个报文: 指的是一串完整的指令数据,就像上面的一串数据。

2、CRC 校验
意义:例如上面的 98 04 是它前面的数据(01 06 00 01 00 17)通过一算法(见附录 2,很简单的)计算出来的结果,其实就像是计算累加和那样。(累加和:就是 010600010017 加起来的值,然后它的算法就是加法)。
作用:在数据传输过程中可能数据会发生错误,CRC检验检测接收的数据是否正确。比如主机发出 01 06 00 01 00 17 98 04,那么从机接收到后要根据 01 06 00 01 00 17 再计算 CRC 校验值,从机判断自己计算出来的 CRC 校验是否与接收的 CRC 校验(98 04 主机计算的)相等,如果不相等那么说明数据传输有错误这些数据不能要。

3、功能号
意义:modbus 定义。见附录 1。
作用:指示具体的操作。

MODBUS-RTU
一、一个报文分析
先声明下我们的目的,我们是要两个设备通讯,用的是 MODBUS 协议。上面简单介绍了:“报文”“CRC 校验”“功能号”。

单片机中拿出一部分内存(RAM)进行两个设备通讯,例如:

数组后面的注释,说明
OX[20] 代表是输出线圈,用功能码 0x01,0x05,0x0F 访问, 开头地址是 0 (这个后续说明)
IX[20] 代表是输入线圈,用功能码 0x02 访问, 开头地址是 1 (这个后续说明)
另外两个一样的道理。
注意:所谓的“线圈”“寄存器”就是“位变量”“16 位变量”,不要被迷惑。之所以称“线圈”我觉得应该是对于应用的设备,MODBUS 协议是专门针对 485 总线设备(例PLC)开发的。

1、主机对从机写数据操作
如果单片机接收到一个报文那么就对报文进行解析执行相应的处理,如上面报文:
01 06 00 01 00 17 98 04
从机地址 功能号 数据地址 数据 CRC 校验

假如本机地址是 1 ,那么单片机接收到这串数据根据数据计算 CRC 校验判断数据是否正确,如果判断数据无误,则结果是:
HoldDataReg[1] = 0x0017;
MODBUS 主机就完成了一次对从机数据的写操作,实现了通讯。

2、主机对从机读数据操作
主机进行读 HoldDataReg[1] 操作,则报文是:
01 03 00 01 00 01 D5 CA
从机地址 功能号 数据地址 读取数据个数 CRC 校验
那么单片机接收到这串数据根据数据计算 CRC 校验判断数据是否正确,如果判断数据无误,则结果是:返回信息给主机,返回的信息也是有格式的:
返回内容:
01 03 02 0017 F8 4A
从机地址 功能号 数据字节个数 两个字节数据 CRC 校验
MODBUS 主机就完成了一次对从机数据的读操作,实现了通讯。

二、MODBUS 报文模型

以上了解到了 MODBUS 的一帧报文是如何通讯的,其实每个报文的格式都基本一样的。

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这里两个缩略词以前不知道,但是现在要明白指的是什么,“ADU”“PDU”
ADU: 应用数据单元
PDU: 协议数据单元

三、MODBUS 数据模型

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四、MODBUS 事务处理
下列状态图描述了在服务器侧 MODBUS 事务处理的一般处理过程。

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五、MODBUS 请求与响应
看 MODBUS 协议手册,中文第 10 页开始,英文第 24 页开始。手册非常详细举例说明了 MODBUS 协议各个功能号的请求与响应。
modbus 协议在单片机上实现过程
MODBUS 任务处理函数

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函数中,RcvBuf 为串口接收缓冲区,如果接收了一个报文则,RcvBuf[0] 为从机地址,RcvBuf[0] 为 MODBUS 功能号。根据功能号做出响应,而具体的操作根据功能号在各自的函数中执行,相当于解析接收到的数据。

附录 1:MODBUS-RTU 功能码
最常用功能码:
下面“线圈”“寄存器”其实分别直的就是“位变量”“16 位变量”
01 (0x01) 读线圈
02 (0x02) 读离散量输入
03 (0x03) 读保持寄存器
04(0x04) 读输入寄存器
05 (0x05) 写单个线圈
06 (0x06) 写单个寄存器
15 (0x0F) 写多个线圈
16 (0x10) 写多个寄存器

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附录 2:CRC Generation

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最后更新: 2023-01-31