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Modbus 通讯协议详细介绍
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协议发送给询问方。 Modbus 协议包括ASCII 、RTU 、TCP 等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon 控制器使用RS232C 实现串行的Modbus 。Modbus 的ASCII 、RTU 协议规定了消息、数据的结构、命令和就
答的方式，数据通讯采用Maser/Slave 方式，Master 端发出数据请求消息，Slave 端接收到正确消息后就可以发送数据到Master 端以响应请求；Master 端也可以直接发消息修改Slave 端的数据，实现双向读写。 Modbus 协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII 模式采用LRC 校验，RTU 模式采用16位CRC 校验，但TCP 模式没有额外规定校验，因为TCP 协议是一个面向连接的可靠协议。另外，Modbus 采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某Slave 站点断开后（如故障或关机），Master 端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。因此，Modbus 协议的可靠性较好。 下面我来简单的给大家介绍一下，对于Modbus 的ASCII 、RT U 和TCP 协议来说，其中TCP 和RTU 协议非常类似，我们只要把RTU 协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU 协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP 网络协议发送出去即可。所以在这里我仅介绍一下Modbus 的ASCII 和RTU 协议。 下表是ASCII 协议和RTU 协议进行的比较：
通过比较可以看到，ASCII 协议和RTU 协议相比拥有开始和结束标记，因此在进行程序处理时
协议开始标记结束标记校验传输效率程序处理
ASCII :（冒号）CR,LF LRC 低直观，简单，易调试RTU
无
通信协议无
CRC
高
不直观，稍复杂
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能更加方便，而且由于传输的都是可见的ASCII字符，所以进行调试时就更加的直观，另外它的LRC校验也比较容易。但是因为它传输的都是可见的ASCII字符，RTU传输的数据每一个字节A SCII都要用两个字节来传输，比如RTU传输一个十六进制数0xF9,ASCII就需要传输’F’’9’的ASCII码0x39和0x46两个字节，这样它的传输的效率就比较低。所以一般来说，如果所需要传输的数据量较小可以考虑使用ASCII协议，如果所需传输的数据量比较大，最好能使用RTU协议。
下面对两种协议的校验进行一下介绍。
1、LRC校验
LRC域是一个包含一个8位二进制值的字节。LRC值由传输设备来计算并放到消息帧中，接收设备在接收消息的过程中计算LRC，并将它和接收到消息中LRC域中的值比较，如果两值不等，说明有错误。
LRC校验比较简单，它在ASCII协议中使用，检测了消息域中除开始的冒号及结束的回车换行号外的内容。它仅仅是把每一个需要传输的数据按字节叠加后取反加1即可。下面是它的VC代码：
BYTE GetCheckCode(const char * pSendBuf, int nEnd)//获得校验码
{
BYTE byLrc = 0;
char pBuf[4];
int nData = 0;
for(i=1; i<end; i+=2) //i初始为1，避开“开始标记”冒号
{
//每两个需要发送的ASCII码转化为一个十六进制数
pBuf [0] = pSendBuf [i];
pBuf [1] = pSendBuf [i+1];
pBuf [2] = '\0';
sscanf(pBuf,"%x",& nData);
byLrc += nData;
}
byLrc = ~ byLrc;
byLrc ++;
return byLrc;
}
2、CRC校验
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。下面是它的VC代码：
WORD GetCheckCode(const char * pSendBuf, int nEnd)//获得校验码
{
WORD wCrc = WORD(0xFFFF);
for(int i=0; i<nEnd; i++)
{
wCrc ^= WORD(BYTE(pSendBuf[i]));
for(int j=0; j<8; j++)
{
if(wCrc & 1)
{
wCrc >>= 1;
wCrc ^= 0xA001;
}
else
{
wCrc >>= 1;
}
}
}
return wCrc;
}
对于一条RTU协议的命令可以简单的通过以下的步骤转化为ASCII协议的命令：
1、 把命令的CRC校验去掉，并且计算出LRC校验取代。
2、 把生成的命令串的每一个字节转化成对应的两个字节的ASCII码，比如0x03转化成0x30,0
x33（0的ASCII码和3的ASCII码）。
3、 在命令的开头加上起始标记“:”，它的ASCII码为0x3A。
4、 在命令的尾部加上结束标记CR,LF（0xD,0xA），此处的CR,LF表示回车和换行的ASCII 码。
所以以下我们仅介绍RTU协议即可，对应的ASCII协议可以使用以上的步骤来生成。
下表是Modbus支持的功能码：
功能码 名称 作用
01 读取线圈状态 取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF)
02 读取输入状态 取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF)
03 读取保持寄存器 在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值
04 读取输入寄存器 在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值
05 强置单线圈 强置一个逻辑线圈的通断状态
06 预置单寄存器 把具体二进值装入一个保持寄存器
07 读取异常状态
取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址由控制器决
定
08 回送诊断校验 把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴
09 编程（只用于484） 使主机模拟编程器作用，修改PC从机逻辑
10 控询（只用于484） 可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信，探询该从机是否已完成其操作任务，仅在含有功能码9的报文发送后，本功能码才发送
11 读取事件计数
可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其是该
命令或其他应答产生通信错误时
12 读取通信事件记录
可是主机检索每台从机的Modbus事务处理通信事件记录。如
果某项事务处理完成，记录会给出有关错误
13
编程（184/384 484 58
4）
可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑
14
探询（184/384 484 58
4） 可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机是否已完成其程序操作，仅在含有功能13的报文发送后，本功能码才得发送
15 强置多线圈 强置一串连续逻辑线圈的通断
16 预置多寄存器 把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器
17 报告从机标识 可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状态
18 （884和MICRO 84） 可使主机模拟编程功能，修改PC状态逻辑
发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置顺序
19 重置通信链路
字节
20 读取通用参数（584L） 显示扩展存储器文件中的数据信息
21 写入通用参数（584L） 把通用参数写入扩展存储文件，或修改之
22～64 保留作扩展功能备用
65～72 保留以备用户功能所用 留作用户功能的扩展编码
73～119 非法功能
120～127 保留 留作内部作用
128～255 保留 用于异常应答
在这些功能码中较长使用的是1、2、3、4、5、6号功能码，使用它们即可实现对下位机的数字量和模拟量的读写操作。
1、读可读写数字量寄存器（线圈状态）：
计算机发送命令：[设备地址] [命令号01] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [读取的寄存器数高8位] [低8位] [CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址：在一个485总线上可以挂接多个设备，此处的设备地址表示想和哪一个设备通讯。例子中为想和17号(十进制的17是十六进制的11)通讯。
<2>命令号01：读取数字量的命令号固定为01。
<3>起始地址高8位、低8位：表示想读取的开关量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为19。
<4>寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个开关量。例子中为37个开关量。
<5>CRC校验：是从开头一直校验到此之前。在此协议的最后再作介绍。此处需要注意，CR C校验在命令中的高低字节的顺序和其他的相反。
设备响应：[设备地址] [命令号01] [返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][01][05][CD][6B][B2][0E][1B][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址和命令号和上面的相同。
<2>返回的字节个数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。

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