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Modbus通訊協議及編程
Modbus通訊協議及編程
Modbus通訊協議分為RTU協議和ASCII協議，我公司的多種儀表都采用ModBus RTU通訊協議。下面就ModBus RTU協議簡要介紹如下：
一、通訊協議：
1、通訊傳送方式：
通訊傳送分為獨立的信息頭，和發送的編碼數據。以下的通訊傳送方式定義也與MODBUS RTU通訊規約相兼容：
| 編 碼 | 8位二進制 |
| 起始位 | 1位 |
| 數據位 | 8位 |
| 奇偶校驗位 | 1位（偶校驗位） |
| 停止位 | 1位 |
| 錯誤校檢 | CRC（冗余循環碼） |
初始結構 = ≥4字節的時間
地址碼 = 1 字節
功能碼 = 1 字節
數據區 = N 字節
錯誤校檢 = 16位CRC碼
結束結構 = ≥4字節的時間
地址碼：地址碼為通訊傳送的第一個字節。這個字節表明由用戶設定地址碼的從機將接收由主機發送來的信息。并且每個從機都有具有一的地址碼，并且響應回送均以各自的地址碼開始。主機發送的地址碼表明將發送到的從機地址，而從機發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。ModBus通訊規約定義功能號為1到127。本儀表只利用其中的一部分功能碼。作為主機請求發送，通過功能碼告訴從機執行什么動作。作為從機響應，從機發送的功能碼與從主機發送來的功能碼一樣，并表明從機已響應主機進行操作。如果從機發送的功能碼的最高位為１(比如功能碼大與此同時127)，則表明從機沒有響應操作或發送出錯。
數據區：數據區是根據不同的功能碼而不同。數據區可以是實際數值、設置點、主機發送給從機或從機發送給主機的地址。
CRC碼：二字節的錯誤檢測碼。
2、通訊規約：
當通訊命令發送至儀器時，符合相應地址碼的設備接通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒有出錯，則執行相應的任務；然后把執行結果返送給發送者。返送的信息中包括地址碼、執行動作的功能碼、執行動作后結果的數據以及錯誤校驗碼。如果出錯就不發送任何信息。
（1）信息幀結構
| 地址碼 | 功能碼 | 數據區 | 錯誤校驗碼 |
| 8位 | 8位 | N × 8位 | 16位 |
地址碼：地址碼是信息幀的第一字節(8位)，從0到255。這個字節表明由用戶設置地址的從機將接收由主機發送來的信息。每個從機都必須有一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機才能響應回送。當從機回送信息時，相當的地址碼表明該信息來自于何處。
功能碼：主機發送的功能碼告訴從機執行什么任務。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 | 讀取數據 | 讀取當前寄存器內一個或多個二進制值 |
| 06 | 重置單一寄存器 | 把設置的二進制值寫入單一寄存器 |
數據區：數據區包含需要從機執行什么動作或由從機采集的返送信息。這些信息可以是數值、參考地址等等。例如，功能碼告訴從機讀取寄存器的值，則數據區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，地址和數據信息都不相同。
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、數據區和錯誤校驗碼。
（2）錯誤校驗
冗余循環碼（CRC）包含2個字節，即16位二進制。CRC碼由發送設備計算，放置于發送信息的尾部。接收信息的設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，先預置16位寄存器全為1。再逐步把每8位數據信息進行處理。在進行CRC碼計算時只用8位數據位，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位數據與寄存器的數據相異或，得到的結果向低位移一字節，用0填補最高位。再檢查位，如果位為1，把寄存器的內容與預置數相異或，如果低位為0，不進行異或運算。
這個過程一直重復8次。第8次移位后，下一個8位再與現在寄存器的內容相相異或，這個過程與以上一樣重復8次。當所有的數據信息處理完后，最后寄存器的內容即為CRC碼值。CRC碼中的數據發送、接收時低字節在前。
計算CRC碼的步驟為：
1、預置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；
2、把第一個8位數據與16位CRC寄存器的低位相異或，把結果放于CRC寄存器；
3、把寄存器的內容右移一位(朝低位)，用0填補最高位，檢查低位；
4、如果低位為0：重復第3步(再次移位); 如果低位為1：CRC寄存器與多項式A001（1010 0000 0000 0001）進行異或；
5、重復步驟3和4，直到右移8次，這樣整個8位數據全部進行了處理；
6、重復步驟2到步驟5，進行下一個8位數據的處理；
7、最后得到的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）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。一次最多可讀取寄存器數是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。從機響應的命令格式是從機地址、功能碼、數據區及CRC碼。數據區中的寄存器數據都是每兩個字節高字節在前。
（4）功能碼06，單點保存
主機利用這條命令把單點數據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。