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      MODBUS通訊協(xié)議及編程

      2009年06月08日 17:03:18人氣:933來源:華電儀器儀表線纜有限公司

      ModBus通訊協(xié)議分為RTU協(xié)議和ASCII協(xié)議,我公司的多種儀表都采用ModBus RTU通訊協(xié)議,如:YD2000智能電力監(jiān)測儀、巡檢表、數(shù)顯表、光柱數(shù)顯表等。下面就ModBus RTU協(xié)議簡要介紹如下:

      一、通訊協(xié)議

      (一)、通訊傳送方式
         通訊傳送分為獨(dú)立的信息頭,和發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)。以下的通訊傳送方式定義也與MODBUS RTU通訊規(guī)約相兼容:

      編 碼

      8位二進(jìn)制

      起始位

      1位

      數(shù)據(jù)位

      8位

      奇偶校驗(yàn)位

      1位(偶校驗(yàn)位)

      停止位

      1位

      錯誤校檢

      CRC(冗余循環(huán)碼)

      初始結(jié)構(gòu) = ≥4字節(jié)的時間
      地址碼 = 1 字節(jié)
      功能碼 = 1 字節(jié)
      數(shù)據(jù)區(qū) = N 字節(jié)
      錯誤校檢 = 16位CRC碼
      結(jié)束結(jié)構(gòu) = ≥4字節(jié)的時間


        地址碼:地址碼為通訊傳送的*個字節(jié)。這個字節(jié)表明由用戶設(shè)定地址碼的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來的信息。并且每個從機(jī)都有具有*的地址碼,并且響應(yīng)回送均以各自的地址碼開始。主機(jī)發(fā)送的地址碼表明將發(fā)送到的從機(jī)地址,而從機(jī)發(fā)送的地址碼表明回送的從機(jī)地址。

        功能碼:通訊傳送的第二個字節(jié)。ModBus通訊規(guī)約定義功能號為1到127。本儀表只利用其中的一部分功能碼。作為主機(jī)請求發(fā)送,通過功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么動作。作為從機(jī)響應(yīng),從機(jī)發(fā)送的功能碼與從主機(jī)發(fā)送來的功能碼一樣,并表明從機(jī)已響應(yīng)主機(jī)進(jìn)行操作。如果從機(jī)發(fā)送的功能碼的zui高位為1(比如功能碼大與此同時127),則表明從機(jī)沒有響應(yīng)操作或發(fā)送出錯。

        數(shù)據(jù)區(qū):數(shù)據(jù)區(qū)是根據(jù)不同的功能碼而不同。數(shù)據(jù)區(qū)可以是實(shí)際數(shù)值、設(shè)置點(diǎn)、主機(jī)發(fā)送給從機(jī)或從機(jī)發(fā)送給主機(jī)的地址。

         CRC碼:二字節(jié)的錯誤檢測碼。

      (二)、通訊規(guī)約:

         當(dāng)通訊命令發(fā)送至儀器時,符合相應(yīng)地址碼的設(shè)備接通訊命令,并除去地址碼,讀取信息,如果沒有出錯,則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù);然后把執(zhí)行結(jié)果返送給發(fā)送者。返送的信息中包括地址碼、執(zhí)行動作的功能碼、執(zhí)行動作后結(jié)果的數(shù)據(jù)以及錯誤校驗(yàn)碼。如果出錯就不發(fā)送任何信息。

      1.信息幀結(jié)構(gòu)

      地址碼

      功能碼

      數(shù)據(jù)區(qū)

      錯誤校驗(yàn)碼

      8位

      8位

      N × 8位

      16位

        地址碼:地址碼是信息幀的*字節(jié)(8位),從0到255。這個字節(jié)表明由用戶設(shè)置地址的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來的信息。每個從機(jī)都必須有*的地址碼,并且只有符合地址碼的從機(jī)才能響應(yīng)回送。當(dāng)從機(jī)回送信息時,相當(dāng)?shù)牡刂反a表明該信息來自于何處。

         功能碼:主機(jī)發(fā)送的功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么任務(wù)。表1-1列出的功能碼都有具體的含義及操作。

      代碼

      含義

      操作

      03

      讀取數(shù)據(jù)

      讀取當(dāng)前寄存器內(nèi)一個或多個二進(jìn)制值

      06

      重置單一寄存器

      把設(shè)置的二進(jìn)制值寫入單一寄存器

        數(shù)據(jù)區(qū):數(shù)據(jù)區(qū)包含需要從機(jī)執(zhí)行什么動作或由從機(jī)采集的返送信息。這些信息可以是數(shù)值、參考地址等等。例如,功能碼告訴從機(jī)讀取寄存器的值,則數(shù)據(jù)區(qū)必需包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長度。對于不同的從機(jī),地址和數(shù)據(jù)信息都不相同。

        錯誤校驗(yàn)碼:主機(jī)或從機(jī)可用校驗(yàn)碼進(jìn)行判別接收信息是否出錯。有時,由于電子噪聲或其它一些干擾,信息在傳輸過程中會發(fā)生細(xì)微的變化,錯誤校驗(yàn)碼保證了主機(jī)或從機(jī)對在傳送過程中出錯的信息不起作用。這樣增加了系統(tǒng)的安全和效率。錯誤校驗(yàn)采用CRC-16校驗(yàn)方法。

      注:信息幀的格式都基本相同:地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)和錯誤校驗(yàn)碼。

      2.錯誤校驗(yàn)

         冗余循環(huán)碼(CRC)包含2個字節(jié),即16位二進(jìn)制。CRC碼由發(fā)送設(shè)備計(jì)算,放置于發(fā)送信息的尾部。接收信息的設(shè)備再重新計(jì)算接收到信息的 CRC碼,比較計(jì)算得到的CRC碼是否與接收到的相符,如果兩者不相符,則表明出錯。

        CRC碼的計(jì)算方法是,先預(yù)置16位寄存器全為1。再逐步把每8位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。在進(jìn)行CRC碼計(jì)算時只用8位數(shù)據(jù)位,起始位及停止位,如有奇偶校驗(yàn)位的話也包括奇偶校驗(yàn)位,都不參與CRC碼計(jì)算。

         在計(jì)算CRC碼時,8位數(shù)據(jù)與寄存器的數(shù)據(jù)相異或,得到的結(jié)果向低位移一字節(jié),用0*zui高位。再檢查zui低位,如果zui低位為1,把寄存器的內(nèi)容與預(yù)置數(shù)相異或,如果zui低位為0,不進(jìn)行異或運(yùn)算。

         這個過程一直重復(fù)8次。第8次移位后,下一個8位再與現(xiàn)在寄存器的內(nèi)容相相異或,這個過程與以上一樣重復(fù)8次。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)信息處理完后,zui后寄存器的內(nèi)容即為CRC碼值。CRC碼中的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收時低字節(jié)在前。

         計(jì)算CRC碼的步驟為:

      • 預(yù)置16位寄存器為十六進(jìn)制FFFF(即全為1)。稱此寄存器為CRC寄存器;

      • 把*個8位數(shù)據(jù)與16位CRC寄存器的低位相異或,把結(jié)果放于CRC寄存器;

      • 把寄存器的內(nèi)容右移一位(朝低位),用0*zui高位,檢查zui低位;

      • 如果zui低位為0:重復(fù)第3步(再次移位); 如果zui低位為1:CRC寄存器與多項(xiàng)式A001(1010 0000 0000 0001)進(jìn)行異或;

      • 重復(fù)步驟3和4,直到右移8次,這樣整個8位數(shù)據(jù)全部進(jìn)行了處理;

      • 重復(fù)步驟2到步驟5,進(jìn)行下一個8位數(shù)據(jù)的處理;

      • zui后得到的CRC寄存器即為CRC碼。

      3.功能碼03,讀取點(diǎn)和返回值:

        儀表采用Modbus RTU通訊規(guī)約,利用通訊命令,可以進(jìn)行讀取點(diǎn)(“保持寄存器”) 或返回值(“輸入寄存器” )的操作。保持和輸入寄存器都是16位(2字節(jié))值,并且高位在前。這樣用于儀表的讀取點(diǎn)和返回值都是2字節(jié)。一次zui多可讀取寄存器數(shù)是60。由于一些可編程控制器不用功能碼03,所以功能碼03被用作讀取點(diǎn)和返回值。從機(jī)響應(yīng)的命令格式是從機(jī)地址、功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)及CRC碼。數(shù)據(jù)區(qū)中的寄存器數(shù)據(jù)都是每兩個字節(jié)高字節(jié)在前。

      4.功能碼06,單點(diǎn)保存

        主機(jī)利用這條命令把單點(diǎn)數(shù)據(jù)保存到儀表的存儲器。從機(jī)也用這個功能碼向主機(jī)返送信息。

      二、編程舉例

        下面是一個用VC編寫的ModBus RTU通訊的例子

      (一)、通訊口設(shè)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("setupcomm error");
      error=GetCommState(hCom,&dcb);
      if(!error)
        MessageBox("getcommstate,error");
      dcb.BaudRate=2400;
      dcb.ByteSize=8;

      dcb.Parity=EVENPARITY;//NOPARITY;
      dcb.StopBits=ONESTOPBIT;

      error=SetCommState(hCom,&dcb);

      (二)、CRC校驗(yàn)碼計(jì)算

      UINT crc
      void calccrc(BYTE crcbuf)
      {
      BYTE i;

      crc=crc ^ crcbuf;
      for(i=0;i<8;i++)
      {
      BYTE TT;
      TT=crc&1;
      crc=crc>>1;
      crc=crc&0x7fff;
      if (TT==1)
      crc=crc^0xa001;
      crc=crc&0xffff;
      }
      }

      (三)、數(shù)據(jù)發(fā)送

      zxaddr=11;//讀取地址為11的巡檢表數(shù)據(jù)
      zxnum=10;//讀取十個通道的數(shù)據(jù)

      writebuf2[0]=zxaddr;
      writebuf2[1]=3;
      writebuf2[2]=0;
      writebuf2[3]=0;
      writebuf2[4]=0;
      writebuf2[5]=zxnum;
      crc=0xffff;
      calccrc(writebuf2[0]);
      calccrc(writebuf2[1]);
      calccrc(writebuf2[2]);
      calccrc(writebuf2[3]);
      calccrc(writebuf2[4]);
      calccrc(writebuf2[5]);

      writebuf2[6]=crc & 0xff;
      writebuf2[7]=crc/0x100;
      WriteFile(hCom,writebuf2,8,&comnum,NULL);

      (四)、數(shù)據(jù)讀取

      ReadFile(hCom,writebuf,5+zxnum*2,&comnum,NULL);//讀取zxnum個通道數(shù)據(jù)
      可增加錯誤處理程序,如地址碼錯誤、CRC碼錯誤判斷、通訊故障處理等。

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