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    MODBUS通訊協(xié)議以及應(yīng)用

    時間:2009/12/20閱讀:2665
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    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位二進制

    起始位

    1位

    數(shù)據(jù)位

    8位

    奇偶校驗位

    1位(偶校驗位)

    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)定地址碼的從機將接收由主機發(fā)送來的信息。并且每個從機都有具有*的地址碼,并且響應(yīng)回送均以各自的地址碼開始。主機發(fā)送的地址碼表明將發(fā)送到的從機地址,而從機發(fā)送的地址碼表明回送的從機地址。

      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。作為主機請求發(fā)送,通過功能碼告訴從機執(zhí)行什么動作。作為從機響應(yīng),從機發(fā)送的功能碼與從主機發(fā)送來的功能碼一樣,并表明從機已響應(yīng)主機進行操作。如果從機發(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)可以是實際數(shù)值、設(shè)置點、主機發(fā)送給從機或從機發(fā)送給主機的地址。

       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)置地址的從機將接收由主機發(fā)送來的信息。每個從機都必須有*的地址碼,并且只有符合地址碼的從機才能響應(yīng)回送。當(dāng)從機回送信息時,相當(dāng)?shù)牡刂反a表明該信息來自于何處。

       功能碼:主機發(fā)送的功能碼告訴從機執(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)一個或多個二進制值

    06

    重置單一寄存器

    把設(shè)置的二進制值寫入單一寄存器

      數(shù)據(jù)區(qū):數(shù)據(jù)區(qū)包含需要從機執(zhí)行什么動作或由從機采集的返送信息。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,地址和數(shù)據(jù)信息都不相同。

      錯誤校驗碼:主機或從機可用校驗碼進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)生細微的變化,錯誤校驗碼保證了主機或從機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。錯誤校驗采用CRC-16校驗方法。

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

    2.錯誤校驗

       冗余循環(huán)碼(CRC)包含2個字節(jié),即16位二進制。CRC碼由發(fā)送設(shè)備計算,放置于發(fā)送信息的尾部。接收信息的設(shè)備再重新計算接收到信息的 CRC碼,比較計算得到的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)信息進行處理。在進行CRC碼計算時只用8位數(shù)據(jù)位,起始位及停止位,如有奇偶校驗位的話也包括奇偶校驗位,都不參與CRC碼計算。

       在計算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填補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,不進行異或運算。

       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。

       計算CRC碼的步驟為:

    • 預(yù)置16位寄存器為十六進制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填補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寄存器與多項式A001(1010 0000 0000 0001)進行異或;

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

    • 重復(fù)步驟2到步驟5,進行下一個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,讀取點和返回值:

      儀表采用Modbus RTU通訊規(guī)約,利用通訊命令,可以進行讀取點(“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被用作讀取點和返回值。從機響應(yīng)的命令格式是從機地址、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,單點保存

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

    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校驗碼計算

    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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