modbus协议讲义

 

 

Modbus 一个工业上常用的通讯协议、一种通讯约定。Modbus协议包括RTU、ASCII、TCP。其中MODBUS-RTU最常用，比较简单，在单片机上很容易实现。虽然RTU比较简单，但是看协议资料、手册说得太专业了，起初很多内容都很难理解。
    所谓的协议是什么？就是互相之间的约定嘛，如果不让别人知道那就是暗号。现在就来定义一个新的最简单协议。例如，

协议： “A” --“LED灭”
       “B” --“报警”
       “C” --“LED亮”
单片机接收到“A”控制一个LED灭，单片机接收到“B”控制报警，单片机接收到“A”控制一个LED亮。那么当收到对应的信息就执行相应的动作，这就是协议，很简单吧。

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”。

在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。

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

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。

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

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

附录2：CRC Generation