通信协议——Modbus 讲明白了

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Modbus通信协议

Modbus由Modicon公司（也是现在的施耐德电气）于1979年开发，是一种工业现场总线协议标准。最初是为使用PLC（可编程逻辑控制器）通信而发表，即该协议最先是在PLC通信上使用的。

因以下特点而广泛使用：
1、免费 —— 使用在任何产品上
2、简单 —— 协议格式简单易用
3、接口丰富 —— 可以在串口、以太网、蓝牙等介质上传输，适用的物理接口有RS485、RS232、RS422

Modbus通信协议就像是一种特殊的语言规则，让不同的设备能够相互理解和交流。

比方说，有多个设备（控制器、温度传感器等）连接在系统网络中，它们原本可能各说各的话，谁也听不懂谁。但有了Modbus协议，就好像大家都学会了一种通用语言。通过这个语言，控制器可以询问温度传感器 “现在的温度是多少呀？”，控制器也可以告诉阀门驱动器 “把这个阀门打开”。

再比方说，五十六个民族各有各的方言，为了相互之间能够沟通和交流，普通话普及后解决了语言差异问题。

这个通信协议规定了信息怎么传递，用了什么样的格式，以及包含哪些具体内容等，让不同设备能够协同工作，实现数据交换和命令传达。

提示：要想熟悉Modbus通信协议，建议下载这两个小工具进行学习和实践，在Help > Help Topics和use manual中查看说明，很快你就掌握了。

Modbus主机设备角色：Modbus Poll

Modbus从机设备角色：Modbus Slave

上述的工具详细使用可以参考链接：
Modbus调试软件–ModbusPoll、ModbusSlave使用详解

提醒：对于不熟悉modbus两个工具的使用者，需要注意两个工具都可以同时运行多个mbp或mbs文件，从而实现多条指令发送和响应。如果把其中一个mbp或mbs文件最大化了，容易忘记除了最大化的文件在运行，还有其它也在运行。
出现一个情况，明明mbs设置没错，可是mbp就是读到0值，后来发现还有一个全0的mbs文件在运行。

一、说明

1.1 描述

Modbus协议是一种消息传递结构，广泛用于智能设备之间建立主从通信。

从主机（Host）发送到从机（Slave）的Modbus消息包含:

从机的地址 + 命令 + 数据 + 校验 (LRC或CRC)

1、命令类型：读寄存器（可理解为查询）或写寄存器（可理解为设置）
2、校验和方式：LRC或CRC，用于确保消息的完整性和正确性。

由于Modbus协议只是一个消息传递结构，它独立于底层物理层。传统上使用了RS232, RS422或RS485实现。

在标准Modbus网络上可以使用两种传输模式之一进行串口通信：
1、ASCII (美国信息交换标准代码)
2、RTU (远程终端单元)
还有另外一种用于网络通信：
3、TCP

Modbus 协议的帧结构使得主设备（通常是计算机或控制器）可以向从设备发送请求，并接收从设备的响应。通过解析帧结构中的各个字段，可以实现不同设备之间的数据交换和控制操作。

Modbus通信方式是：
1、主机广播或者单播发送指令，从机分析请求，并且给主机应答（如果出错就返回异常功能码）。
2、从机只能响应主机，不能主动发送数据。

• ASCII 模式

消息结构中是ASCII字符

当控制器设置在Modbus网络上使用ASCII模式进行通信时，消息中的每个8位字节作为两个ASCII字符（高4位，低4位）发送。这种模式的主要优点是，它允许字符之间出现最多一秒的时间间隔，而不会导致错误。

在ASCII模式下，消息以冒号(:)字符(0x3A)开始，以回车换行(CR LF)对结束(0x0D和0x0A)。

错误校验：纵向冗余校验（LRC）

所有其他字段允许传输的字符是十六进制0…9、a…F、网设备连续监视网络总线的冒号字符。当接收到一个时，每个设备解码下一个字段(地址字段)，以确定它是否是被寻址的设备。

从机地址范围：0-255

消息中字符之间的间隔可以长达一秒。如果出现较大的间隔，则接收设备假定发生了错误。一个典型的消息框架（其中字符是指ASCII字符）如下所示：

开始	地址	功能码	数据	LRC	结束
：	2个字符	2个字符	多个字符	2个字符	\r\n

举例，读取温度数据
1、主机（控制器）发送请求消息
：01030000000174\r\n
01是从机地址，03是功能码，0000是访问的寄存器起始地址，0001是访问的寄存器数量，74是校验值
2、从机（温度传感器）收到请求后，处理并响应
：0103020019C4\r\n
01是从机地址，03是功能码，02是返回的数据字节数，0019是温度值对应的十六进制，C4是校验值

当字符帧使用ASCII模式时，错误检查字段包含两个ASCII字符。错误检查字符是对消息内容执行LRC(纵向冗余检查)计算的结果，不包括开始冒号和结束CRLF字符。LRC字符作为CRLF字符前面的最后一个字段附加到消息中。

//LRC 例子
BYTE LRC (BYTE *nData, WORD wlength)
{
   
BYTE nLRC