MODBUS通讯协议详解(基于485)

参考:灵育科技Modbus课程总结
作者:Naunyang
时间:2020-11-23 13:51:58
网址:https://blog.csdn.net/Naunyang/article/details/108740456?spm=1001.2014.3001.5502

参考:MODBUS用于单片机通讯
作者:hillchina
发布时间:2017-02-22 08:25:11
网址:https://www.bilibili.com/video/BV1Bx411y7N5

参考:Modbus协议解析(Modbus-RTU、Modbus-TCP、Modbus-PLUS)
作者:panda@Code 发布时间:2019-07-01 23:44:03
网址:https://blog.csdn.net/panda5_csdn/article/details/94332166?spm=1001.2014.3001.5502

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目录

  • 什么是Modbus
  • 通讯的硬件层协议机制,主从模式的建立
  • 硬件层半双工通讯方式的实现
  • 基于485通讯(硬件层协议)的MODBUS协议(软件层协议),确定主机寻地址帧格式
    • RTU(2进制方式)的机制及数据传输实现方式
    • ASC(字符方式)的机制及数据传输实现方式
  • MODBUS从设备回应数据包格式
  • MODBUS从机协议实现
  • STM32编程实现一个MODBUS从机协议
    • MODBUS通讯的硬件层及底层通讯准备

什么是Modbus

顾名思义,他是一个bus,即总线协议,如果你接触到这种协议,相信你所处的行业很可能是工业方面或者你的产品用于工业。
MODBUS通讯协议详解(基于485)_第1张图片

Modbus是一种串行通信协议,是Modicon公司(现在的施耐德电气 Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(De facto),并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

通讯的硬件层协议机制,主从模式的建立

协议分类:硬件层协议、软件层协议

硬件层:RS232、RS485 、CAN等 。主要解决硬件传输问题,解决如何传输0与1的问题(物理上以什么样的电平、多少伏电压传输,仪表可以测到这个电压,还有以双绞线还是什么线传输)。交通道路

软件层协议:传输的目的,为什么要传,传数据要干啥。Modbus、TCP/IP……交通规则

MODBUS通讯协议详解(基于485)_第2张图片

  • 单工模式:只能从一方发送数据到另一方,而不能反过来发。

  • 半双工模式:可以A发送给B,也可以B发送给A,但是不能同时发

  • 主从模式:
    (1)在这样一个系统中,只能有一个主机,其他的都是从机。
    (2)系统中的从机都不能主动发信息给主机。

硬件层半双工通讯方式的实现

主从模式:
(3)系统上电之后,默认状态,主机,从机都是在监听状态;
(4)主机与从机之间的通信,只能由主机发起;

主机要建立起一次通信,要满足以下要求:
(1)主机要将自己置为发送状态;
(2)主机要按照预先约定好的格式(比如MODBUS协议格式)发送寻址数据帧,发完之后立刻把自己转回接收状态;
(3)寻址完成之后,目标从机要返回给我消息,才能算这次通信成功;

基于485通讯(硬件层协议)的MODBUS协议(软件层协议),确定主机寻地址帧格式

1、MODBUS是主从模式:
整个系统只能有一个主机,每个从机都有唯一的地址(0-247),0号地址是广播地址,发送给所有的从机。0号地址寻址,所有从机不回应(相互会冲突嘛);

2、MODBUS主机寻址帧格式:

  • (1)RTU方式:也叫16进制方式,或者2进制方式
    比如:0x03: 0000 0011
  • (2)ASC方式:字符方式(方便调试)
    比如:0x03–> 转换成字符’0’与字符’3’再发送出去;那么就会发
    字符’0’(ASCII码是0x30)的2进制0011 0000 + 字符’3’(ASCII码0x33)的2进制 0011 0011,最终发送的就是:0011 0000 0011 0011

ASC方式最大的优势就是方便调试(可打印),整个线路上传输的都是ASCII码,都是可打印字符,可以清楚的知道这个线路上传输的是什么,因为ASCII码中可打印字符是32-126,其他显示乱码。

RTU(2进制方式)的机制及数据传输实现方式

ASC方式数据帧格式:

从机地址 + 功能码 + 数据 + 16位CRC校验

不同的功能码对应的紧接于功能码之后的数据是不同的。
比如:03功能码,是要读取从机的数据。那么从机要知道从他的存储器的哪里(哪个地址)开始读,读到哪里结束,读几个地址长度。

还有一个问题就是:从机怎么知道主机发送完了?
从机以接收数据停止之后开始计时,达到3.5个字节以上的时间就认为主机的寻址帧完成,并开始处理。

3.5个字节转化成时间计算:

ASC(字符方式)的机制及数据传输实现方式

ASC方式数据帧格式:

起始位‘ :’ + 地址(2个字节) + 功能码(2个字节)+ 数据(1、2…n)+校验位(LRC校验)
MODBUS通讯协议详解(基于485)_第3张图片

这些地址、还有功能码、还有数据为什么是两个字节呢
因为是ASC方式,字符的方式。比如:0x03,要发送就要变成:字符’0’ 与’3’
字符’0’ (0x30)的二进制0011 0000是与’3’(0x33)的二进制是:0011 0011就成2个字节了。
这种方式非常冗长,工作少用。

校验位是从地址开始到数据位的最后结束。

校验位的计算:把所有的值加起来的和对256取余,然后取反加1 ,就是校验位。
MODBUS通讯协议详解(基于485)_第4张图片

MODBUS从设备回应数据包格式

(1)回应的数据包与主机查询的数据包格式一致;

(2)正常回应是,功能码与主机发送时的功能码一致(1-127);

(3)异常的回应时,功能码要在收到的功能码的基础上加128

MODBUS从机协议实现

(1)硬件上具备串口(485接口)

(2)硬件上需要一个精确的毫秒级别的定时器

STM32编程实现一个MODBUS从机协议

MODBUS通讯的硬件层及底层通讯准备

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