ModBus通信协议编程.docx
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ModBus通信协议编程
MODBUS通讯协议及其编程
ModBus通讯协议分为RTU协议和ASCII协议，我公司的多种仪表都采用ModBusRTU通讯协议，如：
YD2000智能电力监测仪、巡检表、数显表、光柱数显表等。
下面就ModBusRTU协议简要介绍如下：
一、通讯协议
（一）、通讯传送方式：
通讯传送分为独立的信息头，和发送的编码数据。
以下的通讯传送方式定义也与MODBUSRTU通讯规约相兼容：
编码8位二进制
起始位1位
数据位8位
奇偶校验位1位（偶校验位）
停止位1位
错误校检CRC（冗余循环码）
初始结构=≥4字节的时间
地址码=1字节
功能码=1字节
数据区=N字节
错误校检=16位CRC码
结束结构=≥4字节的时间
地址码：
地址码为通讯传送的第一个字节。
这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。
并且每个从机都有具有唯一的地址码，并且响应回送均以各自的地址码开始。
主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机发送的地址码表明回送的从机地址。
功能码：
通讯传送的第二个字节。
ModBus通讯规约定义功能号为1到127。
本仪表只利用其中的一部分功能码。
作为主机请求发送，通过功能码告诉从机执行什么动作。
作为从机响应，从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机进行操作。
如果从机发送的功能码的最高位为１（比如功能码大与此同时127），则表明从机没有响应操作或发送出错。
数据区：
数据区是根据不同的功能码而不同。
数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。
CRC码：
二字节的错误检测码。
（二）、通讯规约：
当通讯命令发送至仪器时，符合相应地址码的设备接通讯命令，并除去地址码，读取信息，如果没有出错，则执行相应的任务；然后把执行结果返送给发送者。
返送的信息中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后结果的数据以及错误校验码。
如果出错就不发送任何信息。
1．信息帧结构
地址码功能码数据区错误校验码
8位8位N×8位16位
地址码：
地址码是信息帧的第一字节（8位），从0到255。
这个字节表明由用户设置地址的从机将接收由主机发送来的信息。
每个从机都必须有唯一的地址码，并且只有符合地址码的从机才能响应回送。
当从机回送信息时，相当的地址码表明该信息来自于何处。
功能码：
主机发送的功能码告诉从机执行什么任务。
表1-1列出的功能码都有具体的含义及操作。
代码含义操作
03读取数据读取当前寄存器内一个或多个二进制值
06重置单一寄存器把设置的二进制值写入单一寄存器
数据区：
数据区包含需要从机执行什么动作或由从机采集的返送信息。
这些信息可以是数值、参考地址等等。
例如，功能码告诉从机读取寄存器的值，则数据区必需包含要读取寄存器的起始地址及读取长度。
对于不同的从机，地址和数据信息都不相同。
错误校验码：
主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错。
有时，由于电子噪声或其它一些干扰，信息在传输过程中会发生细微的变化，错误校验码保证了主机或从机对在传送过程中出错的信息不起作用。
这样增加了系统的安全和效率。
错误校验采用CRC-16校验方法。
注：
信息帧的格式都基本相同：
地址码、功能码、数据区和错误校验码。
2．错误校验
冗余循环码（CRC）包含2个字节，即16位二进制。
CRC码由发送设备计算，放置于发送信息的尾部。
接收信息的设备再重新计算接收到信息的CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。
CRC码的计算方法是，先预置16位寄存器全为1。
再逐步把每8位数据信息进行处理。
在进行CRC码计算时只用8位数据位，起始位及停止位，如有奇偶校验位的话也包括奇偶校验位，都不参与CRC码计算。
在计算CRC码时，8位数据与寄存器的数据相异或，得到的结果向低位移一字节，用0填补最高位。
再检查最低位，如果最低位为1，把寄存器的内容与预置数相异或，如果最低位为0，不进行异或运算。
这个过程一直重复8次。
第8次移位后，下一个8位再与现在寄存器的内容相相异或，这个过程与以上一样重复8次。
当所有的数据信息处理完后，最后寄存器的内容即为CRC码值。
CRC码中的数据发送、接收时低字节在前。
计算CRC码的步骤为：
§预置16位寄存器为十六进制FFFF（即全为1）。
称此寄存器为CRC寄存器；
§把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或，把结果放于CRC寄存器；
§把寄存器的内容右移一位（朝低位），用0填补最高位，检查最低位；
§如果最低位为0：
重复第3步（再次移位）;如果最低位为1：
CRC寄存器与多项式A001（1010000000000001）进行异或；
§重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理；
§重复步骤2到步骤5，进行下一个8位数据的处理；
§最后得到的CRC寄存器即为CRC码。
3．功能码03，读取点和返回值：
仪表采用ModbusRTU通讯规约，利用通讯命令，可以进行读取点（“保持寄存器”）或返回值（“输入寄存器”）的操作。
保持和输入寄存器都是16位（2字节）值，并且高位在前。
这样用于仪表的读取点和返回值都是2字节。
一次最多可读取寄存器数是60。
由于一些可编程控制器不用功能码03，所以功能码03被用作读取点和返回值。
从机响应的命令格式是从机地址、功能码、数据区及CRC码。
数据区中的寄存器数据都是每两个字节高字节在前。
4．功能码06，单点保存
主机利用这条命令把单点数据保存到仪表的存储器。
从机也用这个功能码向主机返送信息。
二、编程举例
下面是一个用VC编写的ModBusRTU通讯的例子
（一）、通讯口设置
DCBdcb;
hCom=CreateFile（"COM1",
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,
0,
NULL,
OPEN_EXISTING,
0,
NULL）;
if（hCom==INVALID_HANDLE_VALUE）
{
MessageBox（"createfileerror,error"）;
}
BOOLerror=SetupComm（hCom,1024,1024）;
if（!
error）
MessageBox（"setupcommerror"）;
error=GetCommState（hCom,&dcb）;
if（!
error）
MessageBox（"getcommstate,error"）;
dcb.BaudRate=2400;
dcb.ByteSize=8;
dcb.Parity=EVENPARITY;//NOPARITY;
dcb.StopBits=ONESTOPBIT;
error=SetCommState（hCom,&dcb）;
（二）、CRC校验码计算
UINTcrc
voidcalccrc（BYTEcrcbuf）
{
BYTEi;
crc=crc^crcbuf;
for（i=0;i<8;i++）
{
BYTETT;
TT=crc&1;
crc=crc>>1;
crc=crc&0x7fff;
if（TT==1）
crc=crc^0xa001;
crc=crc&0xffff;
}
}
（三）、数据发送
zxaddr=11;//读取地址为11的巡检表数据
zxnum=10;//读取十个通道的数据
writebuf2[0]=zxaddr;
writebuf2[1]=3;
writebuf2[2]=0;
writebuf2[3]=0;
writebuf2[4]=0;
writebuf2[5]=zxnum;
crc=0xffff;
calccrc（writebuf2[0]）;
calccrc（writebuf2[1]）;
calccrc（writebuf2[2]）;
calccrc（writebuf2[3]）;
calccrc（writebuf2[4]）;
calccrc（writebuf2[5]）;
writebuf2[6]=crc&0xff;
writebuf2[7]=crc/0x100;
WriteFile（hCom,writebuf2,8,&comnum,NULL）;
（四）、数据读取
ReadFile（hCom,writebuf,5+zxnum*2,&comnum,NULL）;//读取zxnum个通道数据
可增加错误处理程序，如地址码错误、CRC码错误判断、通讯故障处理等。
来源：
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Modbus协议
Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化（SchneiderAutomation）部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。
此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。
许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。
有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
当在网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。
如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus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、RTU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：
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
无
CRC
高
不直观，稍复杂
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ASCII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：
BYTEGetCheckCode（constchar*pSendBuf,intnEnd）//获得校验码
{
BYTEbyLrc=0;
charpBuf[4];
intnData=0;
for（i=1;i{
//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++;
returnbyLrc;
}
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：
WORDGetCheckCode（constchar*pSendBuf,intnEnd）//获得校验码
{
WORDwCrc=WORD（0xFFFF）;
for（inti=0;i{
wCrc^=WORD（BYTE（pSendBuf[i]））;
for（intj=0;j<8;j++）
{
if（wCrc&1）
{
wCrc>>=1;
wCrc^=0xA001;
}
else
{
wCrc>>=1;
}
}
}
returnwCrc;
}
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0x30,0x33（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（184/384484584）
可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑
14
探询（184/384484584）
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MICRO84）
可使主机模拟编程功能，修改PC状态逻辑
19
重置通信链路
发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置顺序字节
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，CRC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。
<3>数据1...n：
由于每一个数据是一个8位的数，所以每一个数据表示8个开关量的值，每一位为0表示对应的开关断开，为1表示闭合。
比如例子中，表示20号（索引号为19）开关闭合，21号断开，22闭合，23闭合，24断开，25断开，26闭合，27闭合...如果询问的开关量不是8的整倍数，那么最后一个字节的高位部分无意义，置为0。
<4>CRC校验同上。
2、读只可读数字量寄存器（输入状态）：
和读取线圈状态类似，只是第二个字节的命令号不再是1而是2。
3、写数字量（线圈状态）：
计算机发送命令：
[设备地址][命令号05][需下置的寄存器地址高8位][低8位][下置的数据高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]
例：
[11][05][00][AC][FF][00][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址和上面的相同。
<2>命令号:
写数字量的命令号固定为05。
<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：
表明了需要下置的开关的地址。
<4>下置的数据高8位，低8位：
表明需要下置的开关量的状态。
例子中为把该开关闭合。
注意，此处只可以是[FF][00]表示闭合[00][00]表示断开，其他数值非法。
<5>注意此命令一条只能下置一个开关量的状态。
设备响应：
如果成功把计算机发送的命令原样返回，否则不响应。
4、读可读写模拟量寄存器（保持寄存器）：
计算机发送命令：
[设备地址][命令号03][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][03][00][6B][00][03][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址和上面的相同。
<2>命令号:
读模拟量的命令号固定为03。
<3>起始地址高8位、低8位：
表示想读取的模拟量的起始地址（起始地址为0）。
比如例子中的起始地址为107。
<4>寄存器数高8位、低8位：
表示从起始地址开始读多少个模拟量。
例子中为3个模拟量。
注意，在返回的信息中一个模拟量需要返回两个字节。
设备响应：
[设备地址][命令号03][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][03][06][02][2B][00][00][00][64][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。
例子中返回了3个模拟量的数据，因为一个模拟量需要2个字节所以共6个字节。
<3>数据1...n：
其中[数据1][数据2]分别是第1个模拟量的高8位和低8位，[数据3][数据4]是第2个模拟量的高8位和低8位，以此类推。
例子中返回的值分别是555，0，100。
<4>CRC校验同上。
5、读只可读模拟量寄存器（输入寄存器）：
和读取保存寄存器类似，只是第二个字节的命令号不再是2而是4。
6、写单个模拟量寄存器（保持寄存器）：
计算机发送命令：
[设备地址][命令号06][需下
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