Modbus通訊協(xié)議詳細(xì)介紹

1、modbus通訊協(xié)議詳細(xì)介紹modbus協(xié)議 modbus協(xié)議最初由modicon公司開(kāi)發(fā)出來(lái)，在1979年末該公司成為施耐德自動(dòng)化(schneider automation)部門(mén)的一部分，現(xiàn)在modbus已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的rs-232、rs-422、rs-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括plc，dcs，智能儀表等都在使用modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。 當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，modbus協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器

2、將生成應(yīng)答并使用modbus協(xié)議發(fā)送給詢(xún)問(wèn)方。 modbus協(xié)議包括ascii、rtu、tcp等，并沒(méi)有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。標(biāo)準(zhǔn)的modicon控制器使用rs232c實(shí)現(xiàn)串行的modbus。modbus的ascii、rtu協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用maser/slave方式，master端發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到master端以響應(yīng)請(qǐng)求；master端也可以直接發(fā)消息修改slave端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫(xiě)。 modbus協(xié)議需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議中除

3、有奇偶校驗(yàn)外，ascii模式采用lrc校驗(yàn)，rtu模式采用16位crc校驗(yàn)，但tcp模式?jīng)]有額外規(guī)定校驗(yàn)，因?yàn)閠cp協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠協(xié)議。另外，modbus采用主從方式定時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，在實(shí)際使用中如果某slave站點(diǎn)斷開(kāi)后（如故障或關(guān)機(jī)），master端可以診斷出來(lái)，而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動(dòng)接通。因此，modbus協(xié)議的可靠性較好。 下面我來(lái)簡(jiǎn)單的給大家介紹一下，對(duì)于modbus的ascii、rtu和tcp協(xié)議來(lái)說(shuō)，其中tcp和rtu協(xié)議非常類(lèi)似，我們只要把rtu協(xié)議的兩個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼去掉，然后在rtu協(xié)議的開(kāi)始加上5個(gè)0和一個(gè)6并通過(guò)tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送出去即可。所以在這里我僅

4、介紹一下modbus的ascii和rtu協(xié)議。 下表是ascii協(xié)議和rtu協(xié)議進(jìn)行的比較： 協(xié)議開(kāi)始標(biāo)記結(jié)束標(biāo)記校驗(yàn)傳輸效率程序處理ascii:（冒號(hào)）cr,lflrc低直觀，簡(jiǎn)單，易調(diào)試rtu無(wú)無(wú)crc高不直觀，稍復(fù)雜通過(guò)比較可以看到，ascii協(xié)議和rtu協(xié)議相比擁有開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)記，因此在進(jìn)行程序處理時(shí)能更加方便，而且由于傳輸?shù)亩际强梢?jiàn)的ascii字符，所以進(jìn)行調(diào)試時(shí)就更加的直觀，另外它的lrc校驗(yàn)也比較容易。但是因?yàn)樗鼈鬏數(shù)亩际强梢?jiàn)的ascii字符，rtu傳輸?shù)臄?shù)據(jù)每一個(gè)字節(jié)ascii都要用兩個(gè)字節(jié)來(lái)傳輸，比如rtu傳輸一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)0xf9,ascii就需要傳輸f9的ascii碼0x

5、39和0x46兩個(gè)字節(jié)，這樣它的傳輸?shù)男示捅容^低。所以一般來(lái)說(shuō)，如果所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小可以考慮使用ascii協(xié)議，如果所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，最好能使用rtu協(xié)議。下面對(duì)兩種協(xié)議的校驗(yàn)進(jìn)行一下介紹。1、lrc校驗(yàn)lrc域是一個(gè)包含一個(gè)8位二進(jìn)制值的字節(jié)。lrc值由傳輸設(shè)備來(lái)計(jì)算并放到消息幀中，接收設(shè)備在接收消息的過(guò)程中計(jì)算lrc，并將它和接收到消息中l(wèi)rc域中的值比較，如果兩值不等，說(shuō)明有錯(cuò)誤。lrc校驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，它在ascii協(xié)議中使用，檢測(cè)了消息域中除開(kāi)始的冒號(hào)及結(jié)束的回車(chē)換行號(hào)外的內(nèi)容。它僅僅是把每一個(gè)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按字節(jié)疊加后取反加1即可。下面是它的vc代碼： byte getc

6、heckcode(const char * psendbuf, int nend)/獲得校驗(yàn)碼 byte bylrc = 0; char pbuf4; int ndata = 0; for(i=1; i<end; i+=2)    /i初始為1，避開(kāi)“開(kāi)始標(biāo)記”冒號(hào)     /每?jī)蓚€(gè)需要發(fā)送的ascii碼轉(zhuǎn)化為一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)         pbuf 0 = psendbuf i;       

7、60; pbuf 1 = psendbuf i+1;         pbuf 2 = '0'         sscanf(pbuf,"%x",& ndata);         bylrc += ndata;         bylrc = bylrc;   &

8、#160; bylrc +; return bylrc; 2、crc校驗(yàn) crc域是兩個(gè)字節(jié)，包含一16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的crc，并與接收到的crc域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。crc是先調(diào)入一值是全“1”的16位寄存器，然后調(diào)用一過(guò)程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)各當(dāng)前寄存器中的值進(jìn)行處理。僅每個(gè)字符中的8bit數(shù)據(jù)對(duì)crc有效，起始位和停止位以及奇偶校驗(yàn)位均無(wú)效。crc產(chǎn)生過(guò)程中，每個(gè)8位字符都單獨(dú)和寄存器內(nèi)容相或（or），結(jié)果向最低有效位方向移動(dòng)，最高有效位以0填充。lsb被提取出來(lái)檢測(cè)，如果lsb為1，寄存器單獨(dú)和預(yù)置的值或一下，如果

9、lsb為0，則不進(jìn)行。整個(gè)過(guò)程要重復(fù)8次。在最后一位（第8位）完成后，下一個(gè)8位字節(jié)又單獨(dú)和寄存器的當(dāng)前值相或。最終寄存器中的值，是消息中所有的字節(jié)都執(zhí)行之后的crc值。crc添加到消息中時(shí)，低字節(jié)先加入，然后高字節(jié)。下面是它的vc代碼： word getcheckcode(const char * psendbuf, int nend)/獲得校驗(yàn)碼 word wcrc = word(0xffff);       for(int i=0; i<nend; i+)     

10、0;               wcrc = word(byte(psendbufi);              for(int j=0; j<8; j+)               &#

11、160;                   if(wcrc & 1)                             &#

12、160;                   wcrc >>= 1;                             wcrc =

13、 0xa001;                                           else       

14、60;                    wcrc >>= 1;                             &

15、#160;                    return wcrc;對(duì)于一條rtu協(xié)議的命令可以簡(jiǎn)單的通過(guò)以下的步驟轉(zhuǎn)化為ascii協(xié)議的命令：1、  把命令的crc校驗(yàn)去掉，并且計(jì)算出lrc校驗(yàn)取代。2、  把生成的命令串的每一個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的兩個(gè)字節(jié)的ascii碼，比如0x03轉(zhuǎn)化成0x30,0x33（0的ascii碼和3的ascii碼）。3、  在命令的開(kāi)頭加上起始標(biāo)記“:”，它的a

16、scii碼為0x3a。4、  在命令的尾部加上結(jié)束標(biāo)記cr,lf（0xd,0xa），此處的cr,lf表示回車(chē)和換行的ascii碼。所以以下我們僅介紹rtu協(xié)議即可，對(duì)應(yīng)的ascii協(xié)議可以使用以上的步驟來(lái)生成。下表是modbus支持的功能碼：功能碼 名稱(chēng) 作用 01 讀取線(xiàn)圈狀態(tài) 取得一組邏輯線(xiàn)圈的當(dāng)前狀態(tài)（on/off) 02 讀取輸入狀態(tài) 取得一組開(kāi)關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)（on/off) 03 讀取保持寄存器 在一個(gè)或多個(gè)保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 04 讀取輸入寄存器 在一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 05 強(qiáng)置單線(xiàn)圈 強(qiáng)置一個(gè)邏輯線(xiàn)圈的通斷狀態(tài) 06 預(yù)置單寄存器 把

17、具體二進(jìn)值裝入一個(gè)保持寄存器 07 讀取異常狀態(tài) 取得8個(gè)內(nèi)部線(xiàn)圈的通斷狀態(tài)，這8個(gè)線(xiàn)圈的地址由控制器決定 08 回送診斷校驗(yàn) 把診斷校驗(yàn)報(bào)文送從機(jī)，以對(duì)通信處理進(jìn)行評(píng)鑒 09 編程（只用于484） 使主機(jī)模擬編程器作用，修改pc從機(jī)邏輯 10 控詢(xún)（只用于484） 可使主機(jī)與一臺(tái)正在執(zhí)行長(zhǎng)程序任務(wù)從機(jī)通信，探詢(xún)?cè)搹臋C(jī)是否已完成其操作任務(wù)，僅在含有功能碼9的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才發(fā)送 11 讀取事件計(jì)數(shù) 可使主機(jī)發(fā)出單詢(xún)問(wèn)，并隨即判定操作是否成功，尤其是該命令或其他應(yīng)答產(chǎn)生通信錯(cuò)誤時(shí) 12 讀取通信事件記錄 可是主機(jī)檢索每臺(tái)從機(jī)的modbus事務(wù)處理通信事件記錄。如果某項(xiàng)事務(wù)處理完成，記錄會(huì)給

18、出有關(guān)錯(cuò)誤 13 編程（184/384 484 584） 可使主機(jī)模擬編程器功能修改pc從機(jī)邏輯 14 探詢(xún)（184/384 484 584） 可使主機(jī)與正在執(zhí)行任務(wù)的從機(jī)通信，定期控詢(xún)?cè)搹臋C(jī)是否已完成其程序操作，僅在含有功能13的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才得發(fā)送 15 強(qiáng)置多線(xiàn)圈 強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線(xiàn)圈的通斷 16 預(yù)置多寄存器 把具體的二進(jìn)制值裝入一串連續(xù)的保持寄存器 17 報(bào)告從機(jī)標(biāo)識(shí) 可使主機(jī)判斷編址從機(jī)的類(lèi)型及該從機(jī)運(yùn)行指示燈的狀態(tài) 18 （884和micro 84） 可使主機(jī)模擬編程功能，修改pc狀態(tài)邏輯 19 重置通信鏈路 發(fā)生非可修改錯(cuò)誤后，是從機(jī)復(fù)位于已知狀態(tài)，可重置順序字節(jié) 20

19、 讀取通用參數(shù)（584l） 顯示擴(kuò)展存儲(chǔ)器文件中的數(shù)據(jù)信息 21 寫(xiě)入通用參數(shù)（584l） 把通用參數(shù)寫(xiě)入擴(kuò)展存儲(chǔ)文件，或修改之 2264 保留作擴(kuò)展功能備用   6572 保留以備用戶(hù)功能所用 留作用戶(hù)功能的擴(kuò)展編碼 73119 非法功能   120127 保留 留作內(nèi)部作用 128255 保留 用于異常應(yīng)答 在這些功能碼中較長(zhǎng)使用的是1、2、3、4、5、6號(hào)功能碼，使用它們即可實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的數(shù)字量和模擬量的讀寫(xiě)操作。 1、讀可讀寫(xiě)數(shù)字量寄存器（線(xiàn)圈狀態(tài)）：計(jì)算機(jī)發(fā)送命令：設(shè)備地址 命令號(hào)01 起始寄存器地址高8位 低8位 讀取的寄存器數(shù)高8位 低8位 crc校驗(yàn)的低8位

20、 crc校驗(yàn)的高8位 例：110100130025crc低crc高 意義如下：<1>設(shè)備地址：在一個(gè)485總線(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(gè)設(shè)備，此處的設(shè)備地址表示想和哪一個(gè)設(shè)備通訊。例子中為想和17號(hào)(十進(jìn)制的17是十六進(jìn)制的11)通訊。 <2>命令號(hào)01：讀取數(shù)字量的命令號(hào)固定為01。<3>起始地址高8位、低8位：表示想讀取的開(kāi)關(guān)量的起始地址(起始地址為0)。比如例子中的起始地址為19。<4>寄存器數(shù)高8位、低8位：表示從起始地址開(kāi)始讀多少個(gè)開(kāi)關(guān)量。例子中為37個(gè)開(kāi)關(guān)量。<5>crc校驗(yàn)：是從開(kāi)頭一直校驗(yàn)到此之前。在此協(xié)議的最后再作介紹。此處需要

21、注意，crc校驗(yàn)在命令中的高低字節(jié)的順序和其他的相反。 設(shè)備響應(yīng)：設(shè)備地址 命令號(hào)01 返回的字節(jié)個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2.數(shù)據(jù)ncrc校驗(yàn)的低8位 crc校驗(yàn)的高8位 例：110105cd6bb20e1bcrc低crc高 意義如下：<1>設(shè)備地址和命令號(hào)和上面的相同。<2>返回的字節(jié)個(gè)數(shù)：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)個(gè)數(shù)，也就是數(shù)據(jù)1，2.n中的n的值。<3>數(shù)據(jù)1.n：由于每一個(gè)數(shù)據(jù)是一個(gè)8位的數(shù)，所以每一個(gè)數(shù)據(jù)表示8個(gè)開(kāi)關(guān)量的值，每一位為0表示對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，為1表示閉合。比如例子中，表示20號(hào)(索引號(hào)為19)開(kāi)關(guān)閉合，21號(hào)斷開(kāi)，22閉合，23閉合，24斷開(kāi)，25斷開(kāi)，2

22、6閉合，27閉合.如果詢(xún)問(wèn)的開(kāi)關(guān)量不是8的整倍數(shù)，那么最后一個(gè)字節(jié)的高位部分無(wú)意義，置為0。<4>crc校驗(yàn)同上。 2、讀只可讀數(shù)字量寄存器（輸入狀態(tài)）： 和讀取線(xiàn)圈狀態(tài)類(lèi)似，只是第二個(gè)字節(jié)的命令號(hào)不再是1而是2。 3、寫(xiě)數(shù)字量（線(xiàn)圈狀態(tài)）： 計(jì)算機(jī)發(fā)送命令：設(shè)備地址 命令號(hào)05 需下置的寄存器地址高8位 低8位 下置的數(shù)據(jù)高8位 低8位 crc校驗(yàn)的低8位 crc校驗(yàn)的高8位 例：110500acff00crc低crc高 意義如下：<1>設(shè)備地址和上面的相同。<2>命令號(hào):寫(xiě)數(shù)字量的命令號(hào)固定為05。<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明

23、了需要下置的開(kāi)關(guān)的地址。<4>下置的數(shù)據(jù)高8位，低8位：表明需要下置的開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。例子中為把該開(kāi)關(guān)閉合。注意，此處只可以是ff00表示閉合0000表示斷開(kāi)，其他數(shù)值非法。<5>注意此命令一條只能下置一個(gè)開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。 設(shè)備響應(yīng)：如果成功把計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令原樣返回，否則不響應(yīng)。 4、讀可讀寫(xiě)模擬量寄存器（保持寄存器）：計(jì)算機(jī)發(fā)送命令：設(shè)備地址 命令號(hào)03 起始寄存器地址高8位 低8位 讀取的寄存器數(shù)高8位 低8位 crc校驗(yàn)的低8位 crc校驗(yàn)的高8位 例：1103006b0003crc低crc高 意義如下：<1>設(shè)備地址和上面的相同。<2>命令號(hào):讀模擬量的命令號(hào)固定為03。<3>起始地址高8位、低8位：表示想讀取的模擬