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

完整视频及资料下载链接: https://pan.baidu.com/s/1AZQKnipbGF63UW2a5TdFZA
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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

• 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）

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