总线（四）Modbus总线 协议

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Modbus技术背景

Modbus是一种串行通信协议。
1971年，Modicon公司首次退出Modbus协议，ModbusRTU和Modbus ASCII诞生于此。
后来施耐德电气（SchneiderElectric）收购了Modicon公司，并在1997年推出了ModbusTCP协议。2004年，中国国家标准委员会正式把Modbus作为了国家标准。
Modbus成为工业领域通信协议的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

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Modbus OSI分布

Moudbus工作在osi的应用层、数据链路层、物理层

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Moudbus分类

Moudbus-RTU、Moudbus-ASCII、Moudbus-TCP

ModbusRTU和ModbusASCII主要用于串行通信领域。
ModbusTCP则常用于以太网通信。
Moudbus规定Moudbus-RTU是设备必须支持的协议也是默认选项。

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通讯过程

Modbus是主从方式通讯，不能同步进行通信，总线上每次只有一个数据进行传输。
主机发送，从机应答，主机不发送，总线上就没有数据通讯。
MODBUS 协议允许在各种网络体系结构内进行简单通信。

每种设备（PLC、HMI、控制面板、驱动程序、动作控制、输入/输出设备）都能使用 MODBUS协议来启动远程操作。

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Moudbus协议

Modbus使用一种简单的MasterandSlave主从协议（客户机/服务器协议）进行通信。客户机作为主站，向服务器发送请求；服务器（从站）接到请求后，对请求进行分析并作出应答。
其中使用的通信帧被称为应用数据单元（Application Data Unit，ADU），它包括通信地址段、功能代码段、数据段和校验段。

通讯格式：Address（8 bit）+ Function（8 bit）+ Data（N x 8 bit）+ CRC check（16 bit）

通讯地址
占用一个字节（8bit） 通信地址，范围0-255。其中有效范围是1-247。

0	1-247	248-255
广播地址	子节点单独地址	保留

一般0地址为主机，1-247地址为从机地址。

功能码
MODBUS 功能码分为三类：公共功能码、用户定义功能码、保留功能码

公共功能码定义

占用一个字节，不同功能码对应不同功能。常用功能码：

功能码	功能含义	寄存器地址
01	读单个或多个位状态	00001-09999
05	写单个位状态	00001-09999
15	写多个位状态	00001-09999
03	读单个或多个寄存器	40001-49999
06	写单个寄存器	40001-49999
16	写多个寄存器	40001-49999

数据：根据功能码不同，有不同结构

CRC check
CRC校验：CRC-16 低位在前，高位在后。为了保证数据不错误，增加这个，然后再把前面的数据进行计算看数据是否一致。

MODBUS 使用一个‘big-Endian’ 表示地址和数据项。这意味着当发射多个字节时，首先发送最高有效位。例如：寄存器大小
值16 – 比特 0x1234 发送的第一字节为 0x12 然后 0x34

通信过程以及报文解析

发送： 从机的地址+我要干嘛的功能码+我要查的寄存器的地址+我要查的寄存器地址的个数+校验码
回复： 从机的地址+主机发我的功能码+要发送给主机数据的字节数+数据+校验码

查询报文解析
主机发送: 01 03 00 00 00 01 84 0A
从机回复: 01 03 02 19 98 B2 7E

主机发送报文解析：

01-地址，也就是你传感器的地址
03-功功能码，03代表查询功能，查询传感器的数据
00 00-代表查询的起始寄存器地址.说明从0x0000开始查询。这里需要说明以下，Modbus把数据存放在寄存器中，通过查询寄存器来得到不同变量的值，一个寄存器地址对应2字节数据
00 01-代表查询了一个寄存器.结合前面的00 00,意思就是查询从0开始的1个寄存器值
84 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到84前面为止;

从机回复报文解析：

01-地址，也就是你传感器的地址
03-功功能码，03代表查询功能，查询传感器的数据。这里要注意的是注意发给从机的功能码是啥，从机就要回复同样的功能码，如果不一样说明这一帧数据有错误
02-代表后面数据的字节数,因为上面说到,一个寄存器有2个字节,所以后面的字节数肯定是2*查询的寄存器个数;
19 98-寄存器的值是19 98,结合发送的数据看出,01这个寄存器的值为19 98
B2 7E-循环冗余校验

修改功能报文解析
主机发送: 01 06 00 00 00 01 48 0A
从机回复: 01 06 00 00 00 01 48 0A

主机发送报文解析：

01-主机要查询的从机地址
06-功能码,06代表修改单个寄存器功能,修改有些不同,有修改一个寄存器和修改多个寄存器;
00 00-代表修改的起始寄存器地址.说明从0x0000开始.
00 01-代表修改的值为00 01.结合前面的00 00,意思就是修改0号寄存器值为00 01;
48 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到48前面为止;

从机回复报文解析：

01-从机返回给主机自己的地址,说明这就是主机查的从机
06-功能码,代表修改单个寄存器功能，主机发啥功能码，从机就必须回什么功能码;
00 00-代表修改的起始寄存器地址.说明是0x0000.
00 01-代表修改的值为00 01.结合前面的00 00,意思就是修改0号寄存器值为00 01;
48 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到48前面为止;

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RTU 与 ASCII 收发数据区别

1、发送数值方式不同
用RTU方式，也叫16进制方式，要发0x03数据，RTU方式就发送00000011。
用ASCII发送0x03，就要发送0的ASCII码0x30和3的ASCII码0x33，对应到2进制也就是发送00110000和00110011。

2、发送时序位数不同
RTU方式只需要发送8位就可以了(加上起始位和停止位就是10位数据)。
ASCII码方式发送就需要两个8位(每个8位分别加上起始位和停止位就是20位数据)。

因此ASCII码发送数据量是RTU方式的2倍，所以ASCII码效率更低。但是ASCII更符合串口打印查看，因为串口发送的数据一般都是文本模式(ASCII 可见字符是从32—126)。而采用RTU方式(16进制发送)会出现乱码，如果是串口助手的话就会显示□□□□。