MODBUS通讯协议文档格式.docx
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写单个线圈
6
写单个寄存器
15
写多个线圈
16
写多个寄存器
22
屏蔽写寄存器
23
读/写寄存器
软件基本使用方法
为了方便应用程序的使用,对不同的通讯介质保持一致的代码形式,英创所提供的ModBus协议软件(包括modbus_Master和modbus_Slave)中的API函数可以同时支持基于串口和TCP的Modbus协议,应用程序只需要在调用初始化函数时,用不同参数区分即可,有关参数的说明请参见相应的头文件:
modbus_Master.h和modbus_Slave.h
1、modbus_Master的应用
作为Modbus客户端模式的应用,主要是准备请求并向服务器设备发送请求,并等待服务器的响应。
在做此类应用开发时,用户可参考Modbus标准文献以及被控设备的通讯接口数据手册,直接调用英创提供的modbus_Master软件包提供了相应的操作API函数,来完成对服务器设备的访问和控制。
在进行此类应用开发时,用户只需要包含modbus_master.h/modbus_master.lib即可。
2、modbus_Slave的应用
作为ModBus服务器模式的应用,主要需要实现了对于ModBus应用报文的分析与响应,但这还只是ModBus整个通讯的一部分,另一部分是还需要有对应用数据的访问,这部分的内容则需要用户自己来进行定义。
为了方便客户的使用,在modbus_Slave软件包中通过函数指针的形式,实现了这些用户接口函数的自动加载,将用户应用数据处理和ModBus应用报文响应关联起来。
用户只需根据需求定义这些接口函数来实现相应的功能,各个函数具体的定义是通过专门的一个CPP文件:
DataProvider.cpp来实现。
由此可见在这类的开发应用时,需包含两个部分的内容,一部分是modbus_slave.h/modbus_slave.lib定义的API函数;
另一部分是DataProvider.h/DataProvider.cpp定义的用户数据接口函数,其中接口函数需要用户在DataProvider.cpp中具体实现。
为了及时地响应ModBus应用报文,需要注意的是在程序设计时应设计一个线程反复调用modbus_Slave执行函数,该函数为阻塞模式。
举例如下:
(1)启动modbus设备方协议
hPort=mbusSlave_StartupServer(_T('
*'
),1,10000,mbusSlave_Interface);
或者
hPort=mbusSlave_StartupServer(_T('
COM3:
9600-8-1-0'
),1,10000,mbusSlave_Interface);
(2)线程中调用执行函数Serverloop响应请求
while
(1)
{
//调用执行函数,用于对ModBus报文的分析和响应。
result=mbusSlave_ServerLoop(hPort);
if(result!
=0)//检查是否返回错误
{
//出错处理:
本例为获取并打印错误代码的文本信息
wcscpy(szText,mbusSlave_GetErrorText(result));
i1=wcslen(szText);
if(i1>
0)
wcstombs(strText,szText,i1);
printf('
errorcode:
%s!
\n'
strText);
}
}
MODBUS通讯协议及编程
ModBus通讯协议分为RTU协议和ASCII协议,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
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
数据区
N
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
错误校验码
×
16位
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
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,
NULL);
if(hCom==INVALID_HANDLE_VALUE)
{
MessageBox("
createfile
error,error"
);
BOOL
error=SetupComm(hCom,1024,1024);
if(!
error)
setupcomm
error"
error=GetCommState(hCom,&
dcb);
getcommstate,error"
dcb.BaudRate=2400;
dcb.ByteSize=8;
dcb.Parity=EVENPARITY;
//NOPARITY;
dcb.StopBits=ONESTOPBIT;
error=SetCommState(hCom,&
(二)、CRC校验码计算
UINT
crc
void
calccrc(BYTE
crcbuf)
BYTE
i;
crc=crc
^
crcbuf;
for(i=0;
i<
8;
i++)
TT;
TT=crc&
1;
crc=crc>
>
crc=crc&
0x7fff;
if
(TT==1)
crc=crc^0xa001;
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,&
//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。
业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制,如今已进入网络时代,工业控制器连网也为网络管理提供了方便。
Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。
一、Modbus协议简介
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。
通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。
它已经成为一通用工业标准。
有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。
此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。
它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如果回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。
它制定了消息域格局和内容的公共格式。
当在一Modbus网络上通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。
如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。
在其它网络上,包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。
这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。
1、在Modbus网络上转输
标准的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口,它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。
控制器能直接或经由Modem组网。
控制器通信使用主—从技术,即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。
其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。
典型的主设备:
主机和可编程仪表。
典型的从设备:
可编程控制器。
主设备可单独和从设备通信,也能以广播方式和所有从设备通信。
如果单独通信,从设备返回一消息作为回应,如果是以广播方式查询的,则不作任何回应。
Modbus协议建立了主设备查询的格式:
设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。
从设备回应消息也由Modbus协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。
如果在消息接收过程中发生一错误,或从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。
2、在其它类型网络上转输
在其它网络上,控制器使用对等技术通信,故任何控制都能初始和其它控制器的通信。
这样在单独的通信过程中,控制器既可作为主设备也可作为从设备。
提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。
在消息位,Modbus协议仍提供了主—从原则,尽管网络通信方法是“对等”。
如果一控制器发送一消息,它只是作为主设备,并期望从从设备得到回应。
同样,当控制器接收到一消息,它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。
3、查询—回应周期
(1)查询
查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。
数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。
例如功能代码03是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。
数据段必须包含要告之从设备的信息:
从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。
错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。
(2)回应
如果从设备产生一正常的回应,在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。
数据段包括了从设备收集的数据:
象寄存器值或状态。
如果有错误发生,功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的,同时数据段包含了描述此错误信息的代码。
错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。
二、两种传输方式
控制器能设置为两种传输模式(ASCII或RTU)中的任何一种在标准的Modbus网络通信。
用户选择想要的模式,包括串口通信参数(波特率、校验方式等),在配置每个控制器的时候,在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。
所选的ASCII或RTU方式仅适用于标准的Modbus网络,它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位,以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。
在其它网络上(象MAP和ModbusPlus)Modbus消息被转成与串行传输无关的帧。
1、ASCII模式
当控制器设为在Modbus网络上以ASCII(美国标准信息交换代码)模式通信,在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。
这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。
代码系统
·
十六进制,ASCII字符0...9,A...F
消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成
每个字节的位
1个起始位
7个数据位,最小的有效位先发送
1个奇偶校验位,无校验则无
CRC域是两个字节,包含一16位的二进制值。
它由传输设备计算后加入到消息中。
接收设备重新计算收到消息的CRC,并与接收到的CRC域中的值比较,如果两值不同,则有误。
CRC是先调入一值是全“1”的16位寄存器,然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理。
仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效,起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。
CRC产生过程中,每个8位字符都单独和寄存器内容相或(OR),结果向最低有效位方向移动,最高有效位以0填充。
LSB被提取出来检测,如果LSB为1,寄存器单独和预置的值或一下,如果LSB为0,则不进行。
整个过程要重复8次。
在最后一位(第8位)完成后,下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或。
最终寄存器中的值,是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。
CRC添加到消息中时,低字节先加入,然后高字节。
CRC简单函数如下:
unsignedshortCRC16(puchMsg,usDataLen)
unsignedchar*puchMsg;
/*要进行CRC校验的消息*/
unsignedshortusDataLen;
/*消息中字节数*/
unsignedcharuchCRCHi=0xFF;
/*高CRC字节初始化*/
unsignedcharuchCRCLo=0xFF;
/*低CRC字节初始化*/
unsigneduIndex;
/*CRC循环中的索引*/
while(usDataLen--)/*传输消息缓冲区*/
uIndex=uchCRCHi^*puchMsgg++;
/*计算CRC*/
uchCRCHi=uchCRCLo^auchCRCHi[uIndex};
uchCRCLo=auchCRCLo[uIndex];
}
return(uchCRCHi<
<
8uchCRCLo);
/*CRC高位字节值表*/
staticunsignedcharauchCRCHi[]={
0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,
0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,
0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,
0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,
0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,
0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,
0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,
0x00,0xC1,0x81
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