詞語(yǔ)解釋
Modbus是一種通信協(xié)議,用于在工業(yè)控制系統(tǒng)中進(jìn)行信息交換。它是一種串行通信協(xié)議,主要用于連接工業(yè)控制設(shè)備,如變頻器,繼電器,計(jì)算機(jī),PLC,溫度控制器,液位控制器等。 Modbus協(xié)議可以支持多種數(shù)據(jù)格式,如十六進(jìn)制,二進(jìn)制,ASCII等,可以支持多種類(lèi)型的設(shè)備,如模擬量設(shè)備,數(shù)字量設(shè)備,開(kāi)關(guān)量設(shè)備等。Modbus協(xié)議可以支持多種通信模式,如主從模式,多點(diǎn)模式,廣播模式等。 Modbus協(xié)議的主要功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信,以及設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。它可以讓設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,并可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的控制。它可以讓設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入,以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的控制。 Modbus協(xié)議在工業(yè)控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用,它可以用于連接不同類(lèi)型的設(shè)備,實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和控制。它可以用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入,以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的控制。它可以用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的自動(dòng)化控制,以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。 Modbus協(xié)議在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛,它可以用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和控制,以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。它可以用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入,以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的控制。它可以用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和控制,以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。 總之,Modbus協(xié)議在工業(yè)控制系統(tǒng)中有著重要的作用,它可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和控制,以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。它可以讓設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入,以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的控制,從而為工業(yè)控制系統(tǒng)提供更加靈活和高效的通信方式。 Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它,不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行集中監(jiān)控。 此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程,如果回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求,以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。 當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí),此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址,識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息,決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng),控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上,包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。 1、在Modbus網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸 標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口,它定義了連接口的針腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?刂破髂苤苯踊蚪(jīng)由Modem組網(wǎng)。 控制器通信使用主—從技術(shù),即僅一設(shè)備(主設(shè)備)能初始化傳輸(查詢(xún))。其它設(shè)備(從設(shè)備)根據(jù)主設(shè)備查詢(xún)提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備:主機(jī)和可編程儀表。典型的從設(shè)備:可編程控制器。 主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信,也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信,從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng),如果是以廣播方式查詢(xún)的,則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢(xún)的格式:設(shè)備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測(cè)域。 從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成,包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測(cè)域。如果在消息接收過(guò)程中發(fā)生一錯(cuò)誤,或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令,從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。 2、在其它類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸 在其它網(wǎng)絡(luò)上,控制器使用對(duì)等技術(shù)通信,故任何控制都能初始和其它控制器的通信。這樣在單獨(dú)的通信過(guò)程中,控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。提供的多個(gè)內(nèi)部通道可允許同時(shí)發(fā)生的傳輸進(jìn)程。 在消息位,Modbus協(xié)議仍提供了主—從原則,盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對(duì)等”。如果一控制器發(fā)送一消息,它只是作為主設(shè)備,并期望從從設(shè)備得到回應(yīng)。同樣,當(dāng)控制器接收到一消息,它將建立一從設(shè)備回應(yīng)格式并返回給發(fā)送的控制器。 3、查詢(xún)—回應(yīng)周期 (1)查詢(xún) 查詢(xún)消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息:從何寄存器開(kāi)始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。 (2)回應(yīng) 如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的回應(yīng),在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢(xún)消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù):象寄存器值或狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生,功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯(cuò)誤的,同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。 二、兩種傳輸方式 控制器能設(shè)置為兩種傳輸模式(ASCII或RTU)中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。用戶選擇想要的模式,包括串口通信參數(shù)(波特率、校驗(yàn)方式等),在配置每個(gè)控制器的時(shí)候,在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。 ASCII模式 : 地址 功能代碼 數(shù)據(jù)數(shù)量 數(shù)據(jù)1 ... 數(shù)據(jù)n LRC高字節(jié) LRC低字節(jié) 回車(chē) 換行 RTU模式 地址 功能代碼 數(shù)據(jù)數(shù)量 數(shù)據(jù)1 ... 數(shù)據(jù)n CRC高字節(jié) CRC低字節(jié) 所選的ASCII或RTU方式僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò),它定義了在這些網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)傳輸?shù)南⒍蔚拿恳晃,以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。 在其它網(wǎng)絡(luò)上(象MAP和Modbus Plus)Modbus消息被轉(zhuǎn)成與串行傳輸無(wú)關(guān)的幀。 1、ASCII模式 當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以ASCII(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼)模式通信,在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)都作為兩個(gè)ASCII字符發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送的時(shí)間間隔可達(dá)到1秒而不產(chǎn)生錯(cuò)誤。 代碼系統(tǒng) · 十六進(jìn)制,ASCII字符0...9,A...F · 消息中的每個(gè)ASCII字符都是一個(gè)十六進(jìn)制字符組成 每個(gè)字節(jié)的位 · 1個(gè)起始位 · 7個(gè)數(shù)據(jù)位,最小的有效位先發(fā)送 · 1個(gè)奇偶校驗(yàn)位,無(wú)校驗(yàn)則無(wú) · 1個(gè)停止位(有校驗(yàn)時(shí)),2個(gè)Bit(無(wú)校驗(yàn)時(shí)) 錯(cuò)誤檢測(cè)域 · LRC(縱向冗長(zhǎng)檢測(cè)) 2、RTU模式 當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU(遠(yuǎn)程終端單元)模式通信,在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)包含兩個(gè)4Bit的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是:在同樣的波特率下,可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。 代碼系統(tǒng) · 8位二進(jìn)制,十六進(jìn)制數(shù)0...9,A...F · 消息中的每個(gè)8位域都是一個(gè)兩個(gè)十六進(jìn)制字符組成 每個(gè)字節(jié)的位 · 1個(gè)起始位 · 8個(gè)數(shù)據(jù)位,最小的有效位先發(fā)送 · 1個(gè)奇偶校驗(yàn)位,無(wú)校驗(yàn)則無(wú) · 1個(gè)停止位(有校驗(yàn)時(shí)),2個(gè)Bit(無(wú)校驗(yàn)時(shí)) 錯(cuò)誤檢測(cè)域 · CRC(循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè)) 三、Modbus消息幀 兩種傳輸模式中(ASCII或RTU),傳輸設(shè)備以將Modbus消息轉(zhuǎn)為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的幀,這就允許接收的設(shè)備在消息起始處開(kāi)始工作,讀地址分配信息,判斷哪一個(gè)設(shè)備被選中(廣播方式則傳給所有設(shè)備),判知何時(shí)信息已完成。部分的消息也能偵測(cè)到并且錯(cuò)誤能設(shè)置為返回結(jié)果。 1、ASCII幀 使用ASCII模式,消息以冒號(hào)(:)字符(ASCII碼 3AH)開(kāi)始,以回車(chē)換行符結(jié)束(ASCII碼 0DH,0AH)。 其它域可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備不斷偵測(cè)“:”字符,當(dāng)有一個(gè)冒號(hào)接收到時(shí),每個(gè)設(shè)備都解碼下個(gè)域(地址域)來(lái)判斷是否發(fā)給自己的。 消息中字符間發(fā)送的時(shí)間間隔最長(zhǎng)不能超過(guò)1秒,否則接收的設(shè)備將認(rèn)為傳輸錯(cuò)誤。一個(gè)典型消息幀如下所示: 起始位 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù)據(jù) LRC校驗(yàn) 結(jié)束符 1個(gè)字符 2個(gè)字符 2個(gè)字符 n個(gè)字符 2個(gè)字符 2個(gè)字符 圖2 ASCII消息幀 2、RTU幀 使用RTU模式,消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時(shí)間,這是最容易實(shí)現(xiàn)的(如下圖的T1-T2-T3-T4所示)。傳輸?shù)牡谝粋(gè)域是設(shè)備地址。可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線,包括停頓間隔時(shí)間內(nèi)。當(dāng)?shù)谝粋(gè)域(地址域)接收到,每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個(gè)傳輸字符之后,一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始。 整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。如果在幀完成之前有超過(guò)1.5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間,接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地,如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前個(gè)消息開(kāi)始,接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤,因?yàn)樵谧詈蟮腃RC域的值不可能是正確的。一典型的消息幀如下所示: 起始位 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù)據(jù) CRC校驗(yàn) 結(jié)束符 T1-T2-T3-T4 8Bit 8Bit n個(gè)8Bit 16Bit T1-T2-T3-T4 圖3 RTU消息幀 3、地址域 消息幀的地址域包含兩個(gè)字符(ASCII)或8Bit(RTU)?赡艿膹脑O(shè)備地址是0...247 (十進(jìn)制)。單個(gè)設(shè)備的地址范圍是1...247。主設(shè)備通過(guò)將要聯(lián)絡(luò)的從設(shè)備的地址放入消息中的地址域來(lái)選通從設(shè)備。當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回應(yīng)消息時(shí),它把自己的地址放入回應(yīng)的地址域中,以便主設(shè)備知道是哪一個(gè)設(shè)備作出回應(yīng)。 地址0是用作廣播地址,以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識(shí)。當(dāng)Modbus協(xié)議用于更高水準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò),廣播可能不允許或以其它方式代替。 4、如何處理功能域 消息幀中的功能代碼域包含了兩個(gè)字符(ASCII)或8Bits(RTU)?赡艿拇a范圍是十進(jìn)制的1...255。當(dāng)然,有些代碼是適用于所有控制器,有此是應(yīng)用于某種控制器,還有些保留以備后用。 當(dāng)消息從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備時(shí),功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O(shè)備需要執(zhí)行哪些行為。例如去讀取輸入的開(kāi)關(guān)狀態(tài),讀一組寄存器的數(shù)據(jù)內(nèi)容,讀從設(shè)備的診斷狀態(tài),允許調(diào)入、記錄、校驗(yàn)在從設(shè)備中的程序等。 當(dāng)從設(shè)備回應(yīng)時(shí),它使用功能代碼域來(lái)指示是正常回應(yīng)(無(wú)誤)還是有某種錯(cuò)誤發(fā)生(稱(chēng)作異議回應(yīng))。對(duì)正常回應(yīng),從設(shè)備僅回應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng),從設(shè)備返回一等同于正常代碼的代碼,但最重要的位置為邏輯1。 例如:一從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器,將產(chǎn)生如下功能代碼: 0 0 0 0 0 0 1 1 (十六進(jìn)制03H) 對(duì)正;貞(yīng),從設(shè)備僅回應(yīng)同樣的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng),它返回: 1 0 0 0 0 0 1 1 (十六進(jìn)制83H) 除功能代碼因異議錯(cuò)誤作了修改外,從設(shè)備將一獨(dú)特的代碼放到回應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中,這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯(cuò)誤。 主設(shè)備應(yīng)用程序得到異議的回應(yīng)后,典型的處理過(guò)程是重發(fā)消息,或者診斷發(fā)給從設(shè)備的消息并報(bào)告給操作員。 5、數(shù)據(jù)域 數(shù)據(jù)域是由兩個(gè)十六進(jìn)制數(shù)集合構(gòu)成的,范圍00...FF。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸模式,這可以是由一對(duì)ASCII字符組成或由一RTU字符組成。 從主設(shè)備發(fā)給從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息:從設(shè)備必須用于進(jìn)行執(zhí)行由功能代碼所定義的所為。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址,要處理項(xiàng)的數(shù)目,域中實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。 例如,如果主設(shè)備需要從設(shè)備讀取一組保持寄存器(功能代碼03),數(shù)據(jù)域指定了起始寄存器以及要讀的寄存器數(shù)量。如果主設(shè)備寫(xiě)一組從設(shè)備的寄存器(功能代碼10十六進(jìn)制),數(shù)據(jù)域則指明了要寫(xiě)的起始寄存器以及要寫(xiě)的寄存器數(shù)量,數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù),要寫(xiě)入寄存器的數(shù)據(jù)。 如果沒(méi)有錯(cuò)誤發(fā)生,從從設(shè)備返回的數(shù)據(jù)域包含請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生,此域包含一異議代碼,主設(shè)備應(yīng)用程序可以用來(lái)判斷采取下一步行動(dòng)。 在某種消息中數(shù)據(jù)域可以是不存在的(0長(zhǎng)度)。例如,主設(shè)備要求從設(shè)備回應(yīng)通信事件記錄(功能代碼0B十六進(jìn)制),從設(shè)備不需任何附加的信息。 6、錯(cuò)誤檢測(cè)域 標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)有兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方法。錯(cuò)誤檢測(cè)域的內(nèi)容視所選的檢測(cè)方法而定。 ASCII 當(dāng)選用ASCII模式作字符幀,錯(cuò)誤檢測(cè)域包含兩個(gè)ASCII字符。這是使用LRC(縱向冗長(zhǎng)檢測(cè))方法對(duì)消息內(nèi)容計(jì)算得出的,不包括開(kāi)始的冒號(hào)符及回車(chē)換行符。LRC字符附加在回車(chē)換行符前面。 RTU 當(dāng)選用RTU模式作字符幀,錯(cuò)誤檢測(cè)域包含一16Bits值(用兩個(gè)8位的字符來(lái)實(shí)現(xiàn))。錯(cuò)誤檢測(cè)域的內(nèi)容是通過(guò)對(duì)消息內(nèi)容進(jìn)行循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè)方法得出的。CRC域附加在消息的最后,添加時(shí)先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。故CRC的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個(gè)字節(jié)。 7、字符的連續(xù)傳輸 當(dāng)消息在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus系列網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí),每個(gè)字符或字節(jié)以如下方式發(fā)送(從左到右): 最低有效位...最高有效位 使用ASCII字符幀時(shí),位的序列是: 有奇偶校驗(yàn) 啟始位 1 2 3 4 5 6 7 奇偶位 停止位 無(wú)奇偶校驗(yàn) 啟始位 1 2 3 4 5 6 7 停止位 停止位 圖4. 位順序(ASCII) 使用RTU字符幀時(shí),位的序列是: 有奇偶校驗(yàn) 啟始位 1 2 3 4 5 6 7 8 奇偶位 停止位 無(wú)奇偶校驗(yàn) 啟始位 1 2 3 4 5 6 7 8 停止位 停止位 圖4. 位順序(RTU) 四、錯(cuò)誤檢測(cè)方法 標(biāo)準(zhǔn)的Modbus串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方法。奇偶校驗(yàn)對(duì)每個(gè)字符都可用,幀檢測(cè)(LRC或CRC)應(yīng)用于整個(gè)消息。它們都是在消息發(fā)送前由主設(shè)備產(chǎn)生的,從設(shè)備在接收過(guò)程中檢測(cè)每個(gè)字符和整個(gè)消息幀。 用戶要給主設(shè)備配置一預(yù)先定義的超時(shí)時(shí)間間隔,這個(gè)時(shí)間間隔要足夠長(zhǎng),以使任何從設(shè)備都能作為正常反應(yīng)。如果從設(shè)備測(cè)到一傳輸錯(cuò)誤,消息將不會(huì)接收,也不會(huì)向主設(shè)備作出回應(yīng)。這樣超時(shí)事件將觸發(fā)主設(shè)備來(lái)處理錯(cuò)誤。發(fā)往不存在的從設(shè)備的地址也會(huì)產(chǎn)生超時(shí)。 1、奇偶校驗(yàn) 用戶可以配置控制器是奇或偶校驗(yàn),或無(wú)校驗(yàn)。這將決定了每個(gè)字符中的奇偶校驗(yàn)位是如何設(shè)置的。 如果指定了奇或偶校驗(yàn),“1”的位數(shù)將算到每個(gè)字符的位數(shù)中(ASCII模式7個(gè)數(shù)據(jù)位,RTU中8個(gè)數(shù)據(jù)位)。例如RTU字符幀中包含以下8個(gè)數(shù)據(jù)位: 1 1 0 0 0 1 0 1 整個(gè)“1”的數(shù)目是4個(gè)。如果便用了偶校驗(yàn),幀的奇偶校驗(yàn)位將是0,便得整個(gè)“1”的個(gè)數(shù)仍是4個(gè)。如果便用了奇校驗(yàn),幀的奇偶校驗(yàn)位將是1,便得整個(gè)“1”的個(gè)數(shù)是5個(gè)。 如果沒(méi)有指定奇偶校驗(yàn)位,傳輸時(shí)就沒(méi)有校驗(yàn)位,也不進(jìn)行校驗(yàn)檢測(cè)。代替一附加的停止位填充至要傳輸?shù)淖址麕小?BR> 2、LRC檢測(cè) 使用ASCII模式,消息包括了一基于LRC方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域。LRC域檢測(cè)了消息域中除開(kāi)始的冒號(hào)及結(jié)束的回車(chē)換行號(hào)外的內(nèi)容。 LRC域是一個(gè)包含一個(gè)8位二進(jìn)制值的字節(jié)。LRC值由傳輸設(shè)備來(lái)計(jì)算并放到消息幀中,接收設(shè)備在接收消息的過(guò)程中計(jì)算LRC,并將它和接收到消息中LRC域中的值比較,如果兩值不等,說(shuō)明有錯(cuò)誤。 LRC方法是將消息中的8Bit的字節(jié)連續(xù)累加,丟棄了進(jìn)位。 LRC簡(jiǎn)單函數(shù)如下: static unsigned char LRC(auchMsg,usDataLen) unsigned char *auchMsg ; /* 要進(jìn)行計(jì)算的消息 */ unsigned short usDataLen ; /* LRC 要處理的字節(jié)的數(shù)量*/ { unsigned char uchLRC = 0 ; /* LRC 字節(jié)初始化 */ while (usDataLen--) /* 傳送消息 */ uchLRC += *auchMsg++ ; /* 累加*/ return ((unsigned char)(-((char_uchLRC))) ; } 3、CRC檢測(cè) 使用RTU模式,消息包括了一基于CRC方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域。CRC域檢測(cè)了整個(gè)消息的內(nèi)容。 CRC域是兩個(gè)字節(jié),包含一16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC,并與接收到的CRC域中的值比較,如果兩值不同,則有誤。 CRC是先調(diào)入一值是全“1”的16位寄存器,然后調(diào)用一過(guò)程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)各當(dāng)前寄存器中的值進(jìn)行處理。僅每個(gè)字符中的8Bit數(shù)據(jù)對(duì)CRC有效,起始位和停止位以及奇偶校驗(yàn)位均無(wú)效。 CRC產(chǎn)生過(guò)程中,每個(gè)8位字符都單獨(dú)和寄存器內(nèi)容相或(OR),結(jié)果向最低有效位方向移動(dòng),最高有效位以0填充。LSB被提取出來(lái)檢測(cè),如果LSB為1,寄存器單獨(dú)和預(yù)置的值或一下,如果LSB為0,則不進(jìn)行。整個(gè)過(guò)程要重復(fù)8次。在最后一位(第8位)完成后,下一個(gè)8位字節(jié)又單獨(dú)和寄存器的當(dāng)前值相或。最終寄存器中的值,是消息中所有的字節(jié)都執(zhí)行之后的CRC值。 CRC添加到消息中時(shí),低字節(jié)先加入,然后高字節(jié)。 CRC簡(jiǎn)單函數(shù)如下: unsigned short CRC16(puchMsg, usDataLen) unsigned char *puchMsg ; /* 要進(jìn)行CRC校驗(yàn)的消息 */ unsigned short usDataLen ; /* 消息中字節(jié)數(shù) */ { unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* 高CRC字節(jié)初始化 */ unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* 低CRC 字節(jié)初始化 */ unsigned uIndex ; /* CRC循環(huán)中的索引 */ while (usDataLen--) /* 傳輸消息緩沖區(qū) */ { uIndex = uchCRCHi ^ *puchMsgg++ ; /* 計(jì)算CRC */ uchCRCHi = uchCRCLo ^ auchCRCHi[uIndex} ; uchCRCLo = auchCRCLo][uIndex] ; } return (uchCRCHi << 8 | uchCRCLo) ; } /* CRC 高位字節(jié)值表 */ static unsigned char auchCRCHi[] = { 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, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 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, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 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, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 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, 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, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40 } ; /* CRC低位字節(jié)值表*/ static char auchCRCLo[] = { 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40 } ; ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng),由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過(guò)公用線路或局部專(zhuān)用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過(guò)程監(jiān)控。下表1是ModBus的功能碼定義。 表1 ModBus功能碼 功能碼 名稱(chēng) 作用 01 讀取線圈狀態(tài) 取得一組邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)(ON/OFF) 02 讀取輸入狀態(tài) 取得一組開(kāi)關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)(ON/OFF) 03 讀取保持寄存器 在一個(gè)或多個(gè)保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 04 讀取輸入寄存器 在一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 05 強(qiáng)置單線圈 強(qiáng)置一個(gè)邏輯線圈的通斷狀態(tài) 06 預(yù)置單寄存器 把具體二進(jìn)值裝入一個(gè)保持寄存器 07 讀取異常狀態(tài) 取得8個(gè)內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài),這8個(gè)線圈的地址由控制器決定,用戶邏輯可以將這些線圈定義,以說(shuō)明從機(jī)狀態(tài),短報(bào)文適宜于迅速讀取狀態(tài) 08 回送診斷校驗(yàn) 把診斷校驗(yàn)報(bào)文送從機(jī),以對(duì)通信處理進(jìn)行評(píng)鑒 09 編程(只用于484) 使主機(jī)模擬編程器作用,修改PC從機(jī)邏輯 10 控詢(xún)(只用于484) 可使主機(jī)與一臺(tái)正在執(zhí)行長(zhǎng)程序任務(wù)從機(jī)通信,探詢(xún)?cè)搹臋C(jī)是否已完成其操作任務(wù),僅在含有功能碼9的報(bào)文發(fā)送后,本功能碼才發(fā)送 11 讀取事件計(jì)數(shù) 可使主機(jī)發(fā)出單詢(xún)問(wèn),并隨即判定操作是否成功,尤其是該命令或其他應(yīng)答產(chǎn)生通信錯(cuò)誤時(shí) 12 讀取通信事件記錄 可是主機(jī)檢索每臺(tái)從機(jī)的ModBus事務(wù)處理通信事件記錄。如果某項(xiàng)事務(wù)處理完成,記錄會(huì)給出有關(guān)錯(cuò)誤 13 編程(184/384 484 584) 可使主機(jī)模擬編程器功能修改PC從機(jī)邏輯 14 探詢(xún)(184/384 484 584) 可使主機(jī)與正在執(zhí)行任務(wù)的從機(jī)通信,定期控詢(xún)?cè)搹臋C(jī)是否已完成其程序操作,僅在含有功能13的報(bào)文發(fā)送后,本功能碼才得發(fā)送 15 強(qiáng)置多線圈 強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷 16 預(yù)置多寄存器 把具體的二進(jìn)制值裝入一串連續(xù)的保持寄存器 17 報(bào)告從機(jī)標(biāo)識(shí) 可使主機(jī)判斷編址從機(jī)的類(lèi)型及該從機(jī)運(yùn)行指示燈的狀態(tài) 18 (884和MICRO 84) 可使主機(jī)模擬編程功能,修改PC狀態(tài)邏輯 19 重置通信鏈路 發(fā)生非可修改錯(cuò)誤后,是從機(jī)復(fù)位于已知狀態(tài),可重置順序字節(jié) 20 讀取通用參數(shù)(584L) 顯示擴(kuò)展存儲(chǔ)器文件中的數(shù)據(jù)信息 21 寫(xiě)入通用參數(shù)(584L) 把通用參數(shù)寫(xiě)入擴(kuò)展存儲(chǔ)文件,或修改之 22~64 保留作擴(kuò)展功能備用 65~72 保留以備用戶功能所用 留作用戶功能的擴(kuò)展編碼 73~119 非法功能 120~127 保留 留作內(nèi)部作用 128~255 保留 用于異常應(yīng)答 ModBus網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)主機(jī),所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器,但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個(gè)系統(tǒng),各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)。表2是ModBus各功能碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。 表2 ModBus功能碼與數(shù)據(jù)類(lèi)型對(duì)應(yīng)表 代碼 功能 數(shù)據(jù)類(lèi)型 01 讀 位 02 讀 位 03 讀 整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 04 讀 整型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 05 寫(xiě) 位 06 寫(xiě) 整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 08 N/A 重復(fù)“回路反饋”信息 15 寫(xiě) 位 16 寫(xiě) 整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 17 讀 字符型 (1)ModBus的傳輸方式 在ModBus系統(tǒng)中有2種傳輸模式可選擇。這2種傳輸模式與從機(jī)PC通信的能力是同等的。選擇時(shí)應(yīng)視所用ModBus主機(jī)而定,每個(gè)ModBus系統(tǒng)只能使用一種模式,不允許2種模式混用。一種模式是ASCII(美國(guó)信息交換碼),另一種模式是RTU(遠(yuǎn)程終端設(shè)備)這兩種模式的定義見(jiàn)表3 表3 ASCII和RTU傳輸模式的特性 特性 ASCII(7位) RTU(8位) 編碼系統(tǒng) 十六進(jìn)制(使用ASCII可打印字符:0~9,A~F) 二進(jìn)制 每一個(gè)字符的位數(shù) 開(kāi)始位 1位 1位 數(shù)據(jù)位(最低有效位第一位) 7位 8位 奇偶校驗(yàn)(任選) 1位(此位用于奇偶校驗(yàn),無(wú)校應(yīng)則無(wú)該位) 1位(此位用于奇偶校驗(yàn),無(wú)校應(yīng)則無(wú)該位) 停止位 1或2位 1或2位 錯(cuò)誤校驗(yàn) LRC(即縱向冗余校驗(yàn)) CRC(即循環(huán)冗余校驗(yàn)) ASCII可打印字符便于故障檢測(cè),而且對(duì)于用高級(jí)語(yǔ)言(如Fortan)編程的主計(jì)算機(jī)及主PC很適宜。RTU則適用于機(jī)器語(yǔ)言編程的計(jì)算機(jī)和PC主機(jī)。 用RTU模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是8位二進(jìn)制字符。如欲轉(zhuǎn)換為ASCII模式,則每個(gè)RTU字符首先應(yīng)分為高位和低位兩部分,這兩部分各含4位,然后轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制等量值。用以構(gòu)成報(bào)文的ASCII字符都是十六進(jìn)制字符。ASCII模式使用的字符雖是RTU模式的兩倍,但ASCII數(shù)據(jù)的譯瑪和處理更為容易一些,此外,用RTU模式時(shí)報(bào)文字符必須以連續(xù)數(shù)據(jù)流的形式傳送,用ASCII模式,字符之間可產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)1s的間隔,以適應(yīng)速度較快的機(jī)器。 表4給出了以RTU方式讀取整數(shù)據(jù)的例子 以RTU方式讀取整數(shù)據(jù)的例子 主機(jī)請(qǐng)求 地址 功能碼 第一個(gè)寄存器的高位地址 第一個(gè)寄存器的低位地址 寄存器的數(shù)量的高位 寄存器的數(shù)量的底位 錯(cuò)誤校驗(yàn) 01 03 00 38 00 01 XX 從機(jī)應(yīng)答 地址 功能碼 字節(jié)數(shù) 數(shù)據(jù)高字節(jié) 數(shù)據(jù)低字節(jié) 錯(cuò)誤校驗(yàn) 01 03 2 41 24 XX 十六進(jìn)制數(shù)4124表示的十進(jìn)制整數(shù)為16676,錯(cuò)誤校驗(yàn)值要根據(jù)傳輸方式而定。 (2)ModBus的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式 CRC-16(循環(huán)冗余錯(cuò)誤校驗(yàn)) CRC-16錯(cuò)誤校驗(yàn)程序如下:報(bào)文(此處只涉及數(shù)據(jù)位,不指起始位、停止位和任選的奇偶校驗(yàn)位)被看作是一個(gè)連續(xù)的二進(jìn)制,其最高有效位(MSB)首選發(fā)送。報(bào)文先與X↑16相乘(左移16位),然后看X↑16+X↑15+X↑2+1除,X↑16+X↑15+X↑2+1可以表示為二進(jìn)制數(shù)11000000000000101。整數(shù)商位忽略不記,16位余數(shù)加入該報(bào)文(MSB先發(fā)送),成為2個(gè)CRC校驗(yàn)字節(jié)。余數(shù)中的1全部初始化,以免所有的零成為一條報(bào)文被接收。經(jīng)上述處理而含有CRC字節(jié)的報(bào)文,若無(wú)錯(cuò)誤,到接收設(shè)備后再被同一多項(xiàng)式(X↑16+X↑15+X↑2+1)除,會(huì)得到一個(gè)零余數(shù)(接收設(shè)備核驗(yàn)這個(gè)CRC字節(jié),并將其與被傳送的CRC比較)。全部運(yùn)算以2為模(無(wú)進(jìn)位)。 習(xí)慣于成串發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備會(huì)首選送出字符的最右位(LSB-最低有效位)。而在生成CRC情況下,發(fā)送首位應(yīng)是被除數(shù)的最高有效位MSB。由于在運(yùn)算中不用進(jìn)位,為便于操作起見(jiàn),計(jì)算CRC時(shí)設(shè)MSB在最右位。生成多項(xiàng)式的位序也必須反過(guò)來(lái),以保持一致。多項(xiàng)式的MSB略去不記,因其只對(duì)商有影響而不影響余數(shù)。 生成CRC-16校驗(yàn)字節(jié)的步驟如下: ①裝如一個(gè)16位寄存器,所有數(shù)位均為1。 ②該16位寄存器的高位字節(jié)與開(kāi)始8位字節(jié)進(jìn)行“異或”運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果放入這個(gè)16位寄存器。 ③把這個(gè)16寄存器向右移一位。 ④若向右(標(biāo)記位)移出的數(shù)位是1,則生成多項(xiàng)式1010000000000001和這個(gè)寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算;若向右移出的數(shù)位是0,則返回③。 ⑤重復(fù)③和④,直至移出8位。 ⑥另外8位與該十六位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算。 ⑦重復(fù)③~⑥,直至該報(bào)文所有字節(jié)均與16位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算,并移位8次。 ⑧這個(gè)16位寄存器的內(nèi)容即2字節(jié)CRC錯(cuò)誤校驗(yàn),被加到報(bào)文的最高有效位。 另外,在某些非ModBus通信協(xié)議中也經(jīng)常使用CRC16作為校驗(yàn)手段,而且產(chǎn)生了一些CRC16的變種,他們是使用CRC16多項(xiàng)式X↑16+X↑15+X↑2+1,單首次裝入的16位寄存器為0000;使用CRC16的反序X↑16+X↑14+X↑1+1,首次裝入寄存器值為0000或FFFFH。 LRC(縱向冗余錯(cuò)誤校驗(yàn)) LRC錯(cuò)誤校驗(yàn)用于ASCII模式。這個(gè)錯(cuò)誤校驗(yàn)是一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù),可作為2個(gè)ASCII十六進(jìn)制字節(jié)傳送。把十六進(jìn)制字符轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制,加上無(wú)循環(huán)進(jìn)位的二進(jìn)制字符和二進(jìn)制補(bǔ)碼結(jié)果生成LRC錯(cuò)誤校驗(yàn)(參見(jiàn)圖)。這個(gè)LRC在接收設(shè)備進(jìn)行核驗(yàn),并與被傳送的LRC進(jìn)行比較,冒號(hào)(:)、回車(chē)符號(hào)(CR)、換行字符(LF)和置入的其他任何非ASCII十六進(jìn)制字符在運(yùn)算時(shí)忽略不計(jì)。 表5 LRC生成范例--讀取02號(hào)從機(jī)的前8個(gè)線圈 十六進(jìn)制 二進(jìn)制 地址 0 2 0000 0010 功能碼 0 1 0000 0001 起始地址高位 0 0 0000 0000 起始地址低位 0 0 0000 0000 單元數(shù)量 0 0 0000 0000 0 8 + 0000 1000 0000 1011 變成補(bǔ)碼 1111 0101 錯(cuò)誤校驗(yàn) F 5 F 5 接受PC把所有收到的數(shù)據(jù)字節(jié)(包括最后的LRC)加在一起,8位應(yīng)全部為0(注意:和可能超過(guò)8位,應(yīng)略去最低位) 0000 0010 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 錯(cuò)誤校驗(yàn) 1111 0101 和 0000 0000 四、另外介紹一種在MODBUS設(shè)計(jì)、調(diào)試、安裝過(guò)程中必備的軟件——MODSCAN32,它是針對(duì)于MODBUS在rtu模式下做的一個(gè)通用測(cè)試程序,通過(guò)它可以用pda對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的modbus 地址中的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。 的modbus 地址中的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。
Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它,不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行集中監(jiān)控。 此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程,如果回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求,以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。 當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí),此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址,識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息,決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng),控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上,包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。 1、在Modbus網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸 標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口,它定義了連接口的針腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?刂破髂苤苯踊蚪(jīng)由Modem組網(wǎng)。 控制器通信使用主—從技術(shù),即僅一設(shè)備(主設(shè)備)能初始化傳輸(查詢(xún))。其它設(shè)備(從設(shè)備)根據(jù)主設(shè)備查詢(xún)提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備:主機(jī)和可編程儀表。典型的從設(shè)備:可編程控制器。 主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信,也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信,從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng),如果是以廣播方式查詢(xún)的,則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢(xún)的格式:設(shè)備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測(cè)域。 從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成,包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測(cè)域。如果在消息接收過(guò)程中發(fā)生一錯(cuò)誤,或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令,從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。 2、在其它類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸 在其它網(wǎng)絡(luò)上,控制器使用對(duì)等技術(shù)通信,故任何控制都能初始和其它控制器的通信。這樣在單獨(dú)的通信過(guò)程中,控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。提供的多個(gè)內(nèi)部通道可允許同時(shí)發(fā)生的傳輸進(jìn)程。 在消息位,Modbus協(xié)議仍提供了主—從原則,盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對(duì)等”。如果一控制器發(fā)送一消息,它只是作為主設(shè)備,并期望從從設(shè)備得到回應(yīng)。同樣,當(dāng)控制器接收到一消息,它將建立一從設(shè)備回應(yīng)格式并返回給發(fā)送的控制器。 3、查詢(xún)—回應(yīng)周期 (1)查詢(xún) 查詢(xún)消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息:從何寄存器開(kāi)始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。 (2)回應(yīng) 如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的回應(yīng),在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢(xún)消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù):象寄存器值或狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生,功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯(cuò)誤的,同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。 二、兩種傳輸方式 控制器能設(shè)置為兩種傳輸模式(ASCII或RTU)中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。用戶選擇想要的模式,包括串口通信參數(shù)(波特率、校驗(yàn)方式等),在配置每個(gè)控制器的時(shí)候,在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。 ASCII模式 : 地址 功能代碼 數(shù)據(jù)數(shù)量 數(shù)據(jù)1 ... 數(shù)據(jù)n LRC高字節(jié) LRC低字節(jié) 回車(chē) 換行 RTU模式 地址 功能代碼 數(shù)據(jù)數(shù)量 數(shù)據(jù)1 ... 數(shù)據(jù)n CRC高字節(jié) CRC低字節(jié) 所選的ASCII或RTU方式僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò),它定義了在這些網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)傳輸?shù)南⒍蔚拿恳晃,以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。 在其它網(wǎng)絡(luò)上(象MAP和Modbus Plus)Modbus消息被轉(zhuǎn)成與串行傳輸無(wú)關(guān)的幀。 1、ASCII模式 當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以ASCII(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼)模式通信,在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)都作為兩個(gè)ASCII字符發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送的時(shí)間間隔可達(dá)到1秒而不產(chǎn)生錯(cuò)誤。 代碼系統(tǒng) · 十六進(jìn)制,ASCII字符0...9,A...F · 消息中的每個(gè)ASCII字符都是一個(gè)十六進(jìn)制字符組成 每個(gè)字節(jié)的位 · 1個(gè)起始位 · 7個(gè)數(shù)據(jù)位,最小的有效位先發(fā)送 · 1個(gè)奇偶校驗(yàn)位,無(wú)校驗(yàn)則無(wú) · 1個(gè)停止位(有校驗(yàn)時(shí)),2個(gè)Bit(無(wú)校驗(yàn)時(shí)) 錯(cuò)誤檢測(cè)域 · LRC(縱向冗長(zhǎng)檢測(cè)) 2、RTU模式 當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU(遠(yuǎn)程終端單元)模式通信,在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)包含兩個(gè)4Bit的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是:在同樣的波特率下,可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。 代碼系統(tǒng) · 8位二進(jìn)制,十六進(jìn)制數(shù)0...9,A...F · 消息中的每個(gè)8位域都是一個(gè)兩個(gè)十六進(jìn)制字符組成 每個(gè)字節(jié)的位 · 1個(gè)起始位 · 8個(gè)數(shù)據(jù)位,最小的有效位先發(fā)送 · 1個(gè)奇偶校驗(yàn)位,無(wú)校驗(yàn)則無(wú) · 1個(gè)停止位(有校驗(yàn)時(shí)),2個(gè)Bit(無(wú)校驗(yàn)時(shí)) 錯(cuò)誤檢測(cè)域 · CRC(循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè)) 三、Modbus消息幀 兩種傳輸模式中(ASCII或RTU),傳輸設(shè)備以將Modbus消息轉(zhuǎn)為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的幀,這就允許接收的設(shè)備在消息起始處開(kāi)始工作,讀地址分配信息,判斷哪一個(gè)設(shè)備被選中(廣播方式則傳給所有設(shè)備),判知何時(shí)信息已完成。部分的消息也能偵測(cè)到并且錯(cuò)誤能設(shè)置為返回結(jié)果。 1、ASCII幀 使用ASCII模式,消息以冒號(hào)(:)字符(ASCII碼 3AH)開(kāi)始,以回車(chē)換行符結(jié)束(ASCII碼 0DH,0AH)。 其它域可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備不斷偵測(cè)“:”字符,當(dāng)有一個(gè)冒號(hào)接收到時(shí),每個(gè)設(shè)備都解碼下個(gè)域(地址域)來(lái)判斷是否發(fā)給自己的。 消息中字符間發(fā)送的時(shí)間間隔最長(zhǎng)不能超過(guò)1秒,否則接收的設(shè)備將認(rèn)為傳輸錯(cuò)誤。一個(gè)典型消息幀如下所示: 起始位 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù)據(jù) LRC校驗(yàn) 結(jié)束符 1個(gè)字符 2個(gè)字符 2個(gè)字符 n個(gè)字符 2個(gè)字符 2個(gè)字符 圖2 ASCII消息幀 2、RTU幀 使用RTU模式,消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時(shí)間,這是最容易實(shí)現(xiàn)的(如下圖的T1-T2-T3-T4所示)。傳輸?shù)牡谝粋(gè)域是設(shè)備地址。可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線,包括停頓間隔時(shí)間內(nèi)。當(dāng)?shù)谝粋(gè)域(地址域)接收到,每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個(gè)傳輸字符之后,一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始。 整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。如果在幀完成之前有超過(guò)1.5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間,接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地,如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前個(gè)消息開(kāi)始,接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤,因?yàn)樵谧詈蟮腃RC域的值不可能是正確的。一典型的消息幀如下所示: 起始位 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù)據(jù) CRC校驗(yàn) 結(jié)束符 T1-T2-T3-T4 8Bit 8Bit n個(gè)8Bit 16Bit T1-T2-T3-T4 圖3 RTU消息幀 3、地址域 消息幀的地址域包含兩個(gè)字符(ASCII)或8Bit(RTU)?赡艿膹脑O(shè)備地址是0...247 (十進(jìn)制)。單個(gè)設(shè)備的地址范圍是1...247。主設(shè)備通過(guò)將要聯(lián)絡(luò)的從設(shè)備的地址放入消息中的地址域來(lái)選通從設(shè)備。當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回應(yīng)消息時(shí),它把自己的地址放入回應(yīng)的地址域中,以便主設(shè)備知道是哪一個(gè)設(shè)備作出回應(yīng)。 地址0是用作廣播地址,以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識(shí)。當(dāng)Modbus協(xié)議用于更高水準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò),廣播可能不允許或以其它方式代替。 4、如何處理功能域 消息幀中的功能代碼域包含了兩個(gè)字符(ASCII)或8Bits(RTU)?赡艿拇a范圍是十進(jìn)制的1...255。當(dāng)然,有些代碼是適用于所有控制器,有此是應(yīng)用于某種控制器,還有些保留以備后用。 當(dāng)消息從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備時(shí),功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O(shè)備需要執(zhí)行哪些行為。例如去讀取輸入的開(kāi)關(guān)狀態(tài),讀一組寄存器的數(shù)據(jù)內(nèi)容,讀從設(shè)備的診斷狀態(tài),允許調(diào)入、記錄、校驗(yàn)在從設(shè)備中的程序等。 當(dāng)從設(shè)備回應(yīng)時(shí),它使用功能代碼域來(lái)指示是正常回應(yīng)(無(wú)誤)還是有某種錯(cuò)誤發(fā)生(稱(chēng)作異議回應(yīng))。對(duì)正常回應(yīng),從設(shè)備僅回應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng),從設(shè)備返回一等同于正常代碼的代碼,但最重要的位置為邏輯1。 例如:一從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器,將產(chǎn)生如下功能代碼: 0 0 0 0 0 0 1 1 (十六進(jìn)制03H) 對(duì)正;貞(yīng),從設(shè)備僅回應(yīng)同樣的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng),它返回: 1 0 0 0 0 0 1 1 (十六進(jìn)制83H) 除功能代碼因異議錯(cuò)誤作了修改外,從設(shè)備將一獨(dú)特的代碼放到回應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中,這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯(cuò)誤。 主設(shè)備應(yīng)用程序得到異議的回應(yīng)后,典型的處理過(guò)程是重發(fā)消息,或者診斷發(fā)給從設(shè)備的消息并報(bào)告給操作員。 5、數(shù)據(jù)域 數(shù)據(jù)域是由兩個(gè)十六進(jìn)制數(shù)集合構(gòu)成的,范圍00...FF。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸模式,這可以是由一對(duì)ASCII字符組成或由一RTU字符組成。 從主設(shè)備發(fā)給從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息:從設(shè)備必須用于進(jìn)行執(zhí)行由功能代碼所定義的所為。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址,要處理項(xiàng)的數(shù)目,域中實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。 例如,如果主設(shè)備需要從設(shè)備讀取一組保持寄存器(功能代碼03),數(shù)據(jù)域指定了起始寄存器以及要讀的寄存器數(shù)量。如果主設(shè)備寫(xiě)一組從設(shè)備的寄存器(功能代碼10十六進(jìn)制),數(shù)據(jù)域則指明了要寫(xiě)的起始寄存器以及要寫(xiě)的寄存器數(shù)量,數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù),要寫(xiě)入寄存器的數(shù)據(jù)。 如果沒(méi)有錯(cuò)誤發(fā)生,從從設(shè)備返回的數(shù)據(jù)域包含請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生,此域包含一異議代碼,主設(shè)備應(yīng)用程序可以用來(lái)判斷采取下一步行動(dòng)。 在某種消息中數(shù)據(jù)域可以是不存在的(0長(zhǎng)度)。例如,主設(shè)備要求從設(shè)備回應(yīng)通信事件記錄(功能代碼0B十六進(jìn)制),從設(shè)備不需任何附加的信息。 6、錯(cuò)誤檢測(cè)域 標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)有兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方法。錯(cuò)誤檢測(cè)域的內(nèi)容視所選的檢測(cè)方法而定。 ASCII 當(dāng)選用ASCII模式作字符幀,錯(cuò)誤檢測(cè)域包含兩個(gè)ASCII字符。這是使用LRC(縱向冗長(zhǎng)檢測(cè))方法對(duì)消息內(nèi)容計(jì)算得出的,不包括開(kāi)始的冒號(hào)符及回車(chē)換行符。LRC字符附加在回車(chē)換行符前面。 RTU 當(dāng)選用RTU模式作字符幀,錯(cuò)誤檢測(cè)域包含一16Bits值(用兩個(gè)8位的字符來(lái)實(shí)現(xiàn))。錯(cuò)誤檢測(cè)域的內(nèi)容是通過(guò)對(duì)消息內(nèi)容進(jìn)行循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè)方法得出的。CRC域附加在消息的最后,添加時(shí)先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。故CRC的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個(gè)字節(jié)。 7、字符的連續(xù)傳輸 當(dāng)消息在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus系列網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí),每個(gè)字符或字節(jié)以如下方式發(fā)送(從左到右): 最低有效位...最高有效位 使用ASCII字符幀時(shí),位的序列是: 有奇偶校驗(yàn) 啟始位 1 2 3 4 5 6 7 奇偶位 停止位 無(wú)奇偶校驗(yàn) 啟始位 1 2 3 4 5 6 7 停止位 停止位 圖4. 位順序(ASCII) 使用RTU字符幀時(shí),位的序列是: 有奇偶校驗(yàn) 啟始位 1 2 3 4 5 6 7 8 奇偶位 停止位 無(wú)奇偶校驗(yàn) 啟始位 1 2 3 4 5 6 7 8 停止位 停止位 圖4. 位順序(RTU) 四、錯(cuò)誤檢測(cè)方法 標(biāo)準(zhǔn)的Modbus串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方法。奇偶校驗(yàn)對(duì)每個(gè)字符都可用,幀檢測(cè)(LRC或CRC)應(yīng)用于整個(gè)消息。它們都是在消息發(fā)送前由主設(shè)備產(chǎn)生的,從設(shè)備在接收過(guò)程中檢測(cè)每個(gè)字符和整個(gè)消息幀。 用戶要給主設(shè)備配置一預(yù)先定義的超時(shí)時(shí)間間隔,這個(gè)時(shí)間間隔要足夠長(zhǎng),以使任何從設(shè)備都能作為正常反應(yīng)。如果從設(shè)備測(cè)到一傳輸錯(cuò)誤,消息將不會(huì)接收,也不會(huì)向主設(shè)備作出回應(yīng)。這樣超時(shí)事件將觸發(fā)主設(shè)備來(lái)處理錯(cuò)誤。發(fā)往不存在的從設(shè)備的地址也會(huì)產(chǎn)生超時(shí)。 1、奇偶校驗(yàn) 用戶可以配置控制器是奇或偶校驗(yàn),或無(wú)校驗(yàn)。這將決定了每個(gè)字符中的奇偶校驗(yàn)位是如何設(shè)置的。 如果指定了奇或偶校驗(yàn),“1”的位數(shù)將算到每個(gè)字符的位數(shù)中(ASCII模式7個(gè)數(shù)據(jù)位,RTU中8個(gè)數(shù)據(jù)位)。例如RTU字符幀中包含以下8個(gè)數(shù)據(jù)位: 1 1 0 0 0 1 0 1 整個(gè)“1”的數(shù)目是4個(gè)。如果便用了偶校驗(yàn),幀的奇偶校驗(yàn)位將是0,便得整個(gè)“1”的個(gè)數(shù)仍是4個(gè)。如果便用了奇校驗(yàn),幀的奇偶校驗(yàn)位將是1,便得整個(gè)“1”的個(gè)數(shù)是5個(gè)。 如果沒(méi)有指定奇偶校驗(yàn)位,傳輸時(shí)就沒(méi)有校驗(yàn)位,也不進(jìn)行校驗(yàn)檢測(cè)。代替一附加的停止位填充至要傳輸?shù)淖址麕小?BR> 2、LRC檢測(cè) 使用ASCII模式,消息包括了一基于LRC方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域。LRC域檢測(cè)了消息域中除開(kāi)始的冒號(hào)及結(jié)束的回車(chē)換行號(hào)外的內(nèi)容。 LRC域是一個(gè)包含一個(gè)8位二進(jìn)制值的字節(jié)。LRC值由傳輸設(shè)備來(lái)計(jì)算并放到消息幀中,接收設(shè)備在接收消息的過(guò)程中計(jì)算LRC,并將它和接收到消息中LRC域中的值比較,如果兩值不等,說(shuō)明有錯(cuò)誤。 LRC方法是將消息中的8Bit的字節(jié)連續(xù)累加,丟棄了進(jìn)位。 LRC簡(jiǎn)單函數(shù)如下: static unsigned char LRC(auchMsg,usDataLen) unsigned char *auchMsg ; /* 要進(jìn)行計(jì)算的消息 */ unsigned short usDataLen ; /* LRC 要處理的字節(jié)的數(shù)量*/ { unsigned char uchLRC = 0 ; /* LRC 字節(jié)初始化 */ while (usDataLen--) /* 傳送消息 */ uchLRC += *auchMsg++ ; /* 累加*/ return ((unsigned char)(-((char_uchLRC))) ; } 3、CRC檢測(cè) 使用RTU模式,消息包括了一基于CRC方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域。CRC域檢測(cè)了整個(gè)消息的內(nèi)容。 CRC域是兩個(gè)字節(jié),包含一16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC,并與接收到的CRC域中的值比較,如果兩值不同,則有誤。 CRC是先調(diào)入一值是全“1”的16位寄存器,然后調(diào)用一過(guò)程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)各當(dāng)前寄存器中的值進(jìn)行處理。僅每個(gè)字符中的8Bit數(shù)據(jù)對(duì)CRC有效,起始位和停止位以及奇偶校驗(yàn)位均無(wú)效。 CRC產(chǎn)生過(guò)程中,每個(gè)8位字符都單獨(dú)和寄存器內(nèi)容相或(OR),結(jié)果向最低有效位方向移動(dòng),最高有效位以0填充。LSB被提取出來(lái)檢測(cè),如果LSB為1,寄存器單獨(dú)和預(yù)置的值或一下,如果LSB為0,則不進(jìn)行。整個(gè)過(guò)程要重復(fù)8次。在最后一位(第8位)完成后,下一個(gè)8位字節(jié)又單獨(dú)和寄存器的當(dāng)前值相或。最終寄存器中的值,是消息中所有的字節(jié)都執(zhí)行之后的CRC值。 CRC添加到消息中時(shí),低字節(jié)先加入,然后高字節(jié)。 CRC簡(jiǎn)單函數(shù)如下: unsigned short CRC16(puchMsg, usDataLen) unsigned char *puchMsg ; /* 要進(jìn)行CRC校驗(yàn)的消息 */ unsigned short usDataLen ; /* 消息中字節(jié)數(shù) */ { unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* 高CRC字節(jié)初始化 */ unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* 低CRC 字節(jié)初始化 */ unsigned uIndex ; /* CRC循環(huán)中的索引 */ while (usDataLen--) /* 傳輸消息緩沖區(qū) */ { uIndex = uchCRCHi ^ *puchMsgg++ ; /* 計(jì)算CRC */ uchCRCHi = uchCRCLo ^ auchCRCHi[uIndex} ; uchCRCLo = auchCRCLo][uIndex] ; } return (uchCRCHi << 8 | uchCRCLo) ; } /* CRC 高位字節(jié)值表 */ static unsigned char auchCRCHi[] = { 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, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 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, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 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, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 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, 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, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40 } ; /* CRC低位字節(jié)值表*/ static char auchCRCLo[] = { 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40 } ; ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng),由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過(guò)公用線路或局部專(zhuān)用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過(guò)程監(jiān)控。下表1是ModBus的功能碼定義。 表1 ModBus功能碼 功能碼 名稱(chēng) 作用 01 讀取線圈狀態(tài) 取得一組邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)(ON/OFF) 02 讀取輸入狀態(tài) 取得一組開(kāi)關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)(ON/OFF) 03 讀取保持寄存器 在一個(gè)或多個(gè)保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 04 讀取輸入寄存器 在一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 05 強(qiáng)置單線圈 強(qiáng)置一個(gè)邏輯線圈的通斷狀態(tài) 06 預(yù)置單寄存器 把具體二進(jìn)值裝入一個(gè)保持寄存器 07 讀取異常狀態(tài) 取得8個(gè)內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài),這8個(gè)線圈的地址由控制器決定,用戶邏輯可以將這些線圈定義,以說(shuō)明從機(jī)狀態(tài),短報(bào)文適宜于迅速讀取狀態(tài) 08 回送診斷校驗(yàn) 把診斷校驗(yàn)報(bào)文送從機(jī),以對(duì)通信處理進(jìn)行評(píng)鑒 09 編程(只用于484) 使主機(jī)模擬編程器作用,修改PC從機(jī)邏輯 10 控詢(xún)(只用于484) 可使主機(jī)與一臺(tái)正在執(zhí)行長(zhǎng)程序任務(wù)從機(jī)通信,探詢(xún)?cè)搹臋C(jī)是否已完成其操作任務(wù),僅在含有功能碼9的報(bào)文發(fā)送后,本功能碼才發(fā)送 11 讀取事件計(jì)數(shù) 可使主機(jī)發(fā)出單詢(xún)問(wèn),并隨即判定操作是否成功,尤其是該命令或其他應(yīng)答產(chǎn)生通信錯(cuò)誤時(shí) 12 讀取通信事件記錄 可是主機(jī)檢索每臺(tái)從機(jī)的ModBus事務(wù)處理通信事件記錄。如果某項(xiàng)事務(wù)處理完成,記錄會(huì)給出有關(guān)錯(cuò)誤 13 編程(184/384 484 584) 可使主機(jī)模擬編程器功能修改PC從機(jī)邏輯 14 探詢(xún)(184/384 484 584) 可使主機(jī)與正在執(zhí)行任務(wù)的從機(jī)通信,定期控詢(xún)?cè)搹臋C(jī)是否已完成其程序操作,僅在含有功能13的報(bào)文發(fā)送后,本功能碼才得發(fā)送 15 強(qiáng)置多線圈 強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷 16 預(yù)置多寄存器 把具體的二進(jìn)制值裝入一串連續(xù)的保持寄存器 17 報(bào)告從機(jī)標(biāo)識(shí) 可使主機(jī)判斷編址從機(jī)的類(lèi)型及該從機(jī)運(yùn)行指示燈的狀態(tài) 18 (884和MICRO 84) 可使主機(jī)模擬編程功能,修改PC狀態(tài)邏輯 19 重置通信鏈路 發(fā)生非可修改錯(cuò)誤后,是從機(jī)復(fù)位于已知狀態(tài),可重置順序字節(jié) 20 讀取通用參數(shù)(584L) 顯示擴(kuò)展存儲(chǔ)器文件中的數(shù)據(jù)信息 21 寫(xiě)入通用參數(shù)(584L) 把通用參數(shù)寫(xiě)入擴(kuò)展存儲(chǔ)文件,或修改之 22~64 保留作擴(kuò)展功能備用 65~72 保留以備用戶功能所用 留作用戶功能的擴(kuò)展編碼 73~119 非法功能 120~127 保留 留作內(nèi)部作用 128~255 保留 用于異常應(yīng)答 ModBus網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)主機(jī),所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器,但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個(gè)系統(tǒng),各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)。表2是ModBus各功能碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。 表2 ModBus功能碼與數(shù)據(jù)類(lèi)型對(duì)應(yīng)表 代碼 功能 數(shù)據(jù)類(lèi)型 01 讀 位 02 讀 位 03 讀 整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 04 讀 整型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 05 寫(xiě) 位 06 寫(xiě) 整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 08 N/A 重復(fù)“回路反饋”信息 15 寫(xiě) 位 16 寫(xiě) 整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 17 讀 字符型 (1)ModBus的傳輸方式 在ModBus系統(tǒng)中有2種傳輸模式可選擇。這2種傳輸模式與從機(jī)PC通信的能力是同等的。選擇時(shí)應(yīng)視所用ModBus主機(jī)而定,每個(gè)ModBus系統(tǒng)只能使用一種模式,不允許2種模式混用。一種模式是ASCII(美國(guó)信息交換碼),另一種模式是RTU(遠(yuǎn)程終端設(shè)備)這兩種模式的定義見(jiàn)表3 表3 ASCII和RTU傳輸模式的特性 特性 ASCII(7位) RTU(8位) 編碼系統(tǒng) 十六進(jìn)制(使用ASCII可打印字符:0~9,A~F) 二進(jìn)制 每一個(gè)字符的位數(shù) 開(kāi)始位 1位 1位 數(shù)據(jù)位(最低有效位第一位) 7位 8位 奇偶校驗(yàn)(任選) 1位(此位用于奇偶校驗(yàn),無(wú)校應(yīng)則無(wú)該位) 1位(此位用于奇偶校驗(yàn),無(wú)校應(yīng)則無(wú)該位) 停止位 1或2位 1或2位 錯(cuò)誤校驗(yàn) LRC(即縱向冗余校驗(yàn)) CRC(即循環(huán)冗余校驗(yàn)) ASCII可打印字符便于故障檢測(cè),而且對(duì)于用高級(jí)語(yǔ)言(如Fortan)編程的主計(jì)算機(jī)及主PC很適宜。RTU則適用于機(jī)器語(yǔ)言編程的計(jì)算機(jī)和PC主機(jī)。 用RTU模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是8位二進(jìn)制字符。如欲轉(zhuǎn)換為ASCII模式,則每個(gè)RTU字符首先應(yīng)分為高位和低位兩部分,這兩部分各含4位,然后轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制等量值。用以構(gòu)成報(bào)文的ASCII字符都是十六進(jìn)制字符。ASCII模式使用的字符雖是RTU模式的兩倍,但ASCII數(shù)據(jù)的譯瑪和處理更為容易一些,此外,用RTU模式時(shí)報(bào)文字符必須以連續(xù)數(shù)據(jù)流的形式傳送,用ASCII模式,字符之間可產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)1s的間隔,以適應(yīng)速度較快的機(jī)器。 表4給出了以RTU方式讀取整數(shù)據(jù)的例子 以RTU方式讀取整數(shù)據(jù)的例子 主機(jī)請(qǐng)求 地址 功能碼 第一個(gè)寄存器的高位地址 第一個(gè)寄存器的低位地址 寄存器的數(shù)量的高位 寄存器的數(shù)量的底位 錯(cuò)誤校驗(yàn) 01 03 00 38 00 01 XX 從機(jī)應(yīng)答 地址 功能碼 字節(jié)數(shù) 數(shù)據(jù)高字節(jié) 數(shù)據(jù)低字節(jié) 錯(cuò)誤校驗(yàn) 01 03 2 41 24 XX 十六進(jìn)制數(shù)4124表示的十進(jìn)制整數(shù)為16676,錯(cuò)誤校驗(yàn)值要根據(jù)傳輸方式而定。 (2)ModBus的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式 CRC-16(循環(huán)冗余錯(cuò)誤校驗(yàn)) CRC-16錯(cuò)誤校驗(yàn)程序如下:報(bào)文(此處只涉及數(shù)據(jù)位,不指起始位、停止位和任選的奇偶校驗(yàn)位)被看作是一個(gè)連續(xù)的二進(jìn)制,其最高有效位(MSB)首選發(fā)送。報(bào)文先與X↑16相乘(左移16位),然后看X↑16+X↑15+X↑2+1除,X↑16+X↑15+X↑2+1可以表示為二進(jìn)制數(shù)11000000000000101。整數(shù)商位忽略不記,16位余數(shù)加入該報(bào)文(MSB先發(fā)送),成為2個(gè)CRC校驗(yàn)字節(jié)。余數(shù)中的1全部初始化,以免所有的零成為一條報(bào)文被接收。經(jīng)上述處理而含有CRC字節(jié)的報(bào)文,若無(wú)錯(cuò)誤,到接收設(shè)備后再被同一多項(xiàng)式(X↑16+X↑15+X↑2+1)除,會(huì)得到一個(gè)零余數(shù)(接收設(shè)備核驗(yàn)這個(gè)CRC字節(jié),并將其與被傳送的CRC比較)。全部運(yùn)算以2為模(無(wú)進(jìn)位)。 習(xí)慣于成串發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備會(huì)首選送出字符的最右位(LSB-最低有效位)。而在生成CRC情況下,發(fā)送首位應(yīng)是被除數(shù)的最高有效位MSB。由于在運(yùn)算中不用進(jìn)位,為便于操作起見(jiàn),計(jì)算CRC時(shí)設(shè)MSB在最右位。生成多項(xiàng)式的位序也必須反過(guò)來(lái),以保持一致。多項(xiàng)式的MSB略去不記,因其只對(duì)商有影響而不影響余數(shù)。 生成CRC-16校驗(yàn)字節(jié)的步驟如下: ①裝如一個(gè)16位寄存器,所有數(shù)位均為1。 ②該16位寄存器的高位字節(jié)與開(kāi)始8位字節(jié)進(jìn)行“異或”運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果放入這個(gè)16位寄存器。 ③把這個(gè)16寄存器向右移一位。 ④若向右(標(biāo)記位)移出的數(shù)位是1,則生成多項(xiàng)式1010000000000001和這個(gè)寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算;若向右移出的數(shù)位是0,則返回③。 ⑤重復(fù)③和④,直至移出8位。 ⑥另外8位與該十六位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算。 ⑦重復(fù)③~⑥,直至該報(bào)文所有字節(jié)均與16位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算,并移位8次。 ⑧這個(gè)16位寄存器的內(nèi)容即2字節(jié)CRC錯(cuò)誤校驗(yàn),被加到報(bào)文的最高有效位。 另外,在某些非ModBus通信協(xié)議中也經(jīng)常使用CRC16作為校驗(yàn)手段,而且產(chǎn)生了一些CRC16的變種,他們是使用CRC16多項(xiàng)式X↑16+X↑15+X↑2+1,單首次裝入的16位寄存器為0000;使用CRC16的反序X↑16+X↑14+X↑1+1,首次裝入寄存器值為0000或FFFFH。 LRC(縱向冗余錯(cuò)誤校驗(yàn)) LRC錯(cuò)誤校驗(yàn)用于ASCII模式。這個(gè)錯(cuò)誤校驗(yàn)是一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù),可作為2個(gè)ASCII十六進(jìn)制字節(jié)傳送。把十六進(jìn)制字符轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制,加上無(wú)循環(huán)進(jìn)位的二進(jìn)制字符和二進(jìn)制補(bǔ)碼結(jié)果生成LRC錯(cuò)誤校驗(yàn)(參見(jiàn)圖)。這個(gè)LRC在接收設(shè)備進(jìn)行核驗(yàn),并與被傳送的LRC進(jìn)行比較,冒號(hào)(:)、回車(chē)符號(hào)(CR)、換行字符(LF)和置入的其他任何非ASCII十六進(jìn)制字符在運(yùn)算時(shí)忽略不計(jì)。 表5 LRC生成范例--讀取02號(hào)從機(jī)的前8個(gè)線圈 十六進(jìn)制 二進(jìn)制 地址 0 2 0000 0010 功能碼 0 1 0000 0001 起始地址高位 0 0 0000 0000 起始地址低位 0 0 0000 0000 單元數(shù)量 0 0 0000 0000 0 8 + 0000 1000 0000 1011 變成補(bǔ)碼 1111 0101 錯(cuò)誤校驗(yàn) F 5 F 5 接受PC把所有收到的數(shù)據(jù)字節(jié)(包括最后的LRC)加在一起,8位應(yīng)全部為0(注意:和可能超過(guò)8位,應(yīng)略去最低位) 0000 0010 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 錯(cuò)誤校驗(yàn) 1111 0101 和 0000 0000 四、另外介紹一種在MODBUS設(shè)計(jì)、調(diào)試、安裝過(guò)程中必備的軟件——MODSCAN32,它是針對(duì)于MODBUS在rtu模式下做的一個(gè)通用測(cè)試程序,通過(guò)它可以用pda對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的modbus 地址中的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。 的modbus 地址中的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。
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