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MODBUS通讯协议及编程

  ModBus通讯协议分为RTU协议和ASCII协议,我公司的多种仪表都采用ModBus RTU通讯协议,如:YW2000智能电力监测仪、巡检表、数显表、光柱数显表等。下面就ModBus RTU协议简要介绍如下:
一、通讯协议

(一)、通讯传送方式:通讯传送分为独立的信息头,和发送的编码数据。以下的通讯传送方式定义也与MODBUS RTU通讯规约相兼容:

编 码

8位二进制

起始位

1位

数据位

8位

奇偶校验位

1位(偶校验位)

停止位

1位

错误校检

CRC(冗余循环码)

  初始结构 = ≥4字节的时间 地址码 = 1 字节 功能码 = 1 字节 数据区 = N 字节 错误校检 = 16位CRC码 结束结构 = ≥4字节的时间

  地址码:地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址码,并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址,而从机发送的地址码表明回送的从机地址。

  功能码:通讯传送的第二个字节。ModBus通讯规约定义功能号为1到127。本仪表只利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送,通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应,从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样,并表明从机已响应主机进行操作。如果从机发送的功能码的最高位为1(比如功能码大与此同时127),则表明从机没有响应操作或发送出错。

  数据区:数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。

  CRC码:二字节的错误检测码。

(二)、通讯规约:

  当通讯命令发送至仪器时,符合相应地址码的设备接通讯命令,并除去地址码,读取信息,如果没有出错,则执行相应的任务;然后把执行结果返送给发送者。返送的信息中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后结果的数据以及错误校验码。如果出错就不发送任何信息。

1.信息帧结构

地址码

功能码

数据区

错误校验码

8位

8位

N × 8位

16位

  地址码:地址码是信息帧的第一字节(8位),从0到255。这个字节表明由用户设置地址的从机将接收由主机发送来的信息。每个从机都必须有唯一的地址码,并且只有符合地址码的从机才能响应回送。当从机回送信息时,相当的地址码表明该信息来自于何处。

  功能码:主机发送的功能码告诉从机执行什么任务。表1-1列出的功能码都有具体的含义及操作。

代码

含义

操作

03

读取数据

读取当前寄存器内一个或多个二进制值

06

重置单一寄存器

把设置的二进制值写入单一寄存器

  数据区:数据区包含需要从机执行什么动作或由从机采集的返送信息。这些信息可以是数值、参考地址等等。例如,功能码告诉从机读取寄存器的值,则数据区必需包含要读取寄存器的起始地址及读取长度。对于不同的从机,地址和数据信息都不相同。

  错误校验码:主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错。有时,由于电子噪声或其它一些干扰,信息在传输过程中会发生细微的变化,错误校验码保证了主机或从机对在传送过程中出错的信息不起作用。这样增加了系统的安全和效率。错误校验采用CRC-16校验方法。

注:信息帧的格式都基本相同:地址码、功能码、数据区和错误校验码。

2.错误校验

   冗余循环码(CRC)包含2个字节,即16位二进制。CRC码由发送设备计算,放置于发送信息的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的 CRC码,比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符,如果两者不相符,则表明出错。

  CRC码的计算方法是,先预置16位寄存器全为1。再逐步把每8位数据信息进行处理。在进行CRC码计算时只用8位数据位,起始位及停止位,如有奇偶校验位的话也包括奇偶校验位,都不参与CRC码计算。

   在计算CRC码时,8位数据与寄存器的数据相异或,得到的结果向低位移一字节,用0填补最高位。再检查最低位,如果最低位为1,把寄存器的内容与预置数相异或,如果最低位为0,不进行异或运算。

   这个过程一直重复8次。第8次移位后,下一个8位再与现在寄存器的内容相相异或,这个过程与以上一样重复8次。当所有的数据信息处理完后,最后寄存器的内容即为CRC码值。CRC码中的数据发送、接收时低字节在前。

  计算CRC码的步骤为:

  1. 预置16位寄存器为十六进制FFFF(即全为1)。称此寄存器为CRC寄存器;
  2. 把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或,把结果放于CRC寄存器;
  3. 把寄存器的内容右移一位(朝低位),用0填补最高位,检查最低位;
  4. 如果最低位为0:重复第3步(再次移位);如果最低位为1:CRC寄存器与多项式A001(1010 0000 0000 0001)进行异或;
  5. 重复步骤3和4,直到右移8次,这样整个8位数据全部进行了处理;
  6. 重复步骤2到步骤5,进行下一个8位数据的处理;
  7. 最后得到的CRC寄存器即为CRC码。
  8. 功能码03,读取点和返回值:

  仪表采用Modbus RTU通讯规约,利用通讯命令,可以进行读取点(“保持寄存器”) 或返回值(“输入寄存器” )的操作。保持和输入寄存器都是16位(2字节)值,并且高位在前。这样用于仪表的读取点和返回值都是2字节。一次最多可读取寄存器数是60。由于一些可编程控制器不用功能码03,所以功能码03被用作读取点和返回值。从机响应的命令格式是从机地址、功能码、数据区及CRC码。数据区中的寄存器数据都是每两个字节高字节在前。

4.功能码06,单点保存

  主机利用这条命令把单点数据保存到仪表的存储器。从机也用这个功能码向主机返送信息。

二、编程举例
  下面是一个用VC编写的ModBus RTU通讯的例子

(一)、通讯口设置
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校验码计算

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)、数据发送

zxaddr=11;//读取地址为11的巡检表数据
zxnum=10;//读取十个通道的数据

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)、数据读取
ReadFile(hCom,writebuf,5+zxnum*2,&comnum,NULL);//读取zxnum个通道数据
可增加错误处理程序,如地址码错误、CRC码错误判断、通讯故障处理等。

 

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