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:YD2000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。
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(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:
· 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;
· 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;
· 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;
· 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;
· 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;
· 重复步骤2到步骤5,进行下一个8位数据的处理;
· 最后得到的CRC寄存器即为CRC码。
3.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&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。
Modbus通讯协议
数据1...n:由于每一个数据是一个8位的数,所以每一个数据表示8个开关量的值,每一位为0表示对应的开关断开,为1表示闭合。比如例子中,表示20号(索引号为19)开关闭合,21号断开,22闭合,23闭合,24断开,25断开,26闭合,27闭合...如果询问的开关量不是8的整倍数,那么最后一个字节的高位部分无意义,置为0。 <4>CRC校验同上。 2、读只可读数字量寄存器(输入状态): 和读取线圈状态类似,只是第二个字节的命令号不再是1而是2。 3、写数字量(线圈状态):计算机发送命令:【设备地址】【命令号05】【需下置的寄存器地址高8位】【低8位】【下置的数据高8位】【低8位】【CRC校验的低8位】【CRC校验的高8位】 例:【11】【05】【00】【AC】【FF】【00】【CRC低】【CRC高】 意义如下: <1>设备地址和上面的相同。 <2>命令号:写数字量的命令号固定为05。 <3>需下置的寄存器地址高8位,低8位:表明了需要下置的开关的地址。 <4>下置的数据高8位,低8位:表明需要下置的开关量的状态。例子中为把该开关闭合。注意,此处只可以是【FF】【00】表示闭合【00】【00】表示断开,其他数值非法。 <5>注意此命令一条只能下置一个开关量的状态。设备响应:如果成功把计算机发送的命令原样返回,否则不响应。 4、读可读写模拟量寄存器(保持寄存器): 计算机发送命令:【设备地址】【命令号03】【起始寄存器地址高8位】【低8位】【读取的寄存器数高8位】【低8位】【CRC校验的低8位】【CRC校验的高8位】 例:【11】【03】【00】【6B】【00】【03】【CRC低】【CRC高】 意义如下: <1>设备地址和上面的相同。 <2>命令号:读模拟量的命令号固定为03。 <3>起始地址高8位、低8位:表示想读取的模拟量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为107。 <4>寄存器数高8位、低8位:表示从起始地址开始读多少个模拟量。例子中为3个模拟量。注意,在返回的信息中一个模拟量需要返回两个字节。设备响应:【设备地址】【命令号03】【返回的字节个数】【数据1】【数据2】...【数据n】【CRC校验的低8位】【CRC校验的高8位】 例:【11】【03】【06】【02】【2B】【00】【00】【00】【64】【CRC低】【CRC高】 意义如下: <1>设备地址和命令号和上面的相同。 <2>返回的字节个数:表示数据的字节个数,也就是数据1,2...n中的n的值。例子中返回了3个模拟量的数据,因为一个模拟量需要2个字节所以共6个字节。 <3>数据1...n:其中【数据1】【数据2】分别是第1个模拟量的高8位和低8位,【数据3】【数据4】是第2个模拟量的高8位和低8位,以此类推。例子中返回的值分别是555,0,100。 <4>CRC校验同上。 5、读只可读模拟量寄存器(输入寄存器):和读取保存寄存器类似,只是第二个字节的命令号不再是2而是4。 6、写单个模拟量寄存器(保持寄存器): 计算机发送命令:【设备地址】【命令号06】【需下置的寄存器地址高8位】【低8位】【下置的数据高8位】【低8位】【CRC校验的低8位】【CRC校验的高8位】 例:【11】【06】【00】【01】【00】【03】【CRC低】【CRC高】 意义如下: <1>设备地址和上面的相同。 <2>命令号:写模拟量的命令号固定为06。 <3>需下置的寄存器地址高8位,低8位:表明了需要下置的模拟量寄存器的地址。 <4>下置的数据高8位,低8位:表明需要下置的模拟量数据。比如例子中就把1号寄存器的值设为3。 <5>注意此命令一条只能下置一个模拟量的状态。设备响应:如果成功把计算机发送的命令原样返回,否则不响应。