MODBUS通讯协议及编程.doc

1、MODBUS 通讯协议及编程.txt 人生重要的不是所站的位置，而是所朝的方向。不要用自己的需求去衡量别人的给予，否则永远是抱怨。MODBUS 通讯协议及编程 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 ModBus RTU通讯协议，如：CH2000 智能电力监测仪、CH2000M 电力参数采集模块、巡检表、数显表、光柱数显表等。下面就 ModBus RTU 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MODBUS RTU 通讯规约相兼容： 编 码 8 位二进制 起始

2、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

3、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(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

4、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

5、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（C

6、RC）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

7、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：C

8、RC 寄存器与多项式A001（1010 0000 0000 0001）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 Modbus RTU 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

9、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 ModBus RTU 通讯的例子 （一） 、通讯口设置 DCB dcb; hCom=CreateFile( “COM1 “, GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL); if(hCom=INVALID_HANDLE_VALU

10、E) MessageBox( “createfile error,error “); BOOL error=SetupComm(hCom,1024,1024); if(!error) MessageBox( “setupcomm error “); error=GetCommState(hCom, if(!error) MessageBox( “getcommstate,error “); dcb.BaudRate=2400; dcb.ByteSize=8; dcb.Parity=EVENPARITY;/NOPARITY; dcb.StopBits=ONESTOPBIT; error=SetC

11、ommState(hCom, （二） 、CRC 校验码计算 UINT crc void calccrc(BYTE crcbuf) BYTE i; crc=crc crcbuf; for(i=0;i 1; crc=crc if (TT=1) crc=crc0xa001; crc=crc （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 writebuf20=zxaddr; writebuf21=3; writebuf22=0; writebuf23=0; writebuf24=0; writebuf25=zxnum; crc=0xf

12、fff; calccrc(writebuf20); calccrc(writebuf21); calccrc(writebuf22); calccrc(writebuf23); calccrc(writebuf24); calccrc(writebuf25); writebuf26=crc writebuf27=crc/0x100; WriteFile(hCom,writebuf2,8, （四） 、数据读取 ReadFile(hCom,writebuf,5+zxnum*2,/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。 对我有用0 丢个板

13、砖0 引用 举报 管理 TOP 精华推荐：【求助】界面开发使用 WTL 还是 MFC TianChong(VC 高手群:2997669) 等 级： 2#3 楼 得分：0 回复于：2006-01-14 01:42:36 楼主，我这里有一个完整的例子，不过你没有留下 EMAIL，只好给你提供一下链接，您自己下载吧，很好下载的，而且完全可编译，C语言写的： http:/ 另一篇相关的文章： 一、Modbus 协议简介 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（ 例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的

14、控制设备可以 连成工业网络，进行集中监控。 此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控 制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格 局和内容的公共格式。 当在一 Modbus 网络上通信时，此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，控制器将生成反馈信息并用 Modbus 协议发出。在其它网络上，包 含了 Modbus 协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、 路由路径及错误检测的方法。

15、 1、在 Modbus 网络上转输 标准的 Modbus 口是使用一 RS-232C 兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、 奇偶校验。控制器能直接或经由 Modem 组网。 控制器通信使用主从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询） 。其它设备（从设备）根据 主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。 主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作 为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus 协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播） 地址、功能代码

16、、所有要发送的数据、一错误检测域。 从设备回应消息也由 Modbus 协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如 果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送 出去。 2、在其它类型网络上转输 在其它网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通 信过程中，控制器既可作为主设备也可作为从设备。提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。 在消息位，Modbus 协议仍提供了主从原则，尽管网络通信方法是“对等” 。如果一控制器发送一消息， 它只是作为主设备，并期望从从设备得到回应。同样

17、，当控制器接收到一消息，它将建立一从设备回应格式并 返回给发送的控制器。 3、查询回应周期 （1）查询 查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含了从设备要执行功能的任何附 加信息。例如功能代码 03 是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。数据段必须包含要告之从设备的信 息：从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。 （2）回应 如果从设备产生一正常的回应，在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。数据段包。 括了从设备收集的数据：象寄存器值或状态。如果有错误发生，功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误

18、的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。 二、两种传输方式 控制器能设置为两种传输模式（ASCII 或 RTU）中的任何一种在标准的 Modbus 网络通信。用户选择想要的 模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等） ，在配置每个控制器的时候，在一个Modbus 网络上的所有设 备都必须选择相同的传输模式和串口参数。 ASCII 模式 : 地址 功能代码 数据数量 数据 1 . 数据 n LRC 高字节 LRC 低字节 回车 换行 RTU 模式 地址 功能代码 数据数量 数据 1 . 数据 n CRC 低字节 CRC 高字节 所选的 ASCII 或

19、 RTU 方式仅适用于标准的 Modbus 网络，它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位， 以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。 在其它网络上（象 MAP 和 Modbus Plus）Modbus 消息被转成与串行传输无关的帧。 1、ASCII 模式 当控制器设为在 Modbus 网络上以 ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个 8Bit 字节都 作为两个 ASCII 字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到 1 秒而不产生错误。 代码系统 十六进制，ASCII 字符 0.9，A.F 消息中的每个 ASCII 字符都是一个十六进制字符组成 每个字节

20、的位 1 个起始位 7 个数据位，最小的有效位先发送 1 个奇偶校验位，无校验则无 1 个停止位（有校验时） ，2 个 Bit（无校验时） 错误检测域 LRC(纵向冗长检测) 2、RTU 模式 当控制器设为在 Modbus 网络上以 RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个 8Bit 字节包含两个 4Bit 的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比 ASCII 方式传送更多的数据。 代码系统 8 位二进制，十六进制数 0.9，A.F 消息中的每个 8 位域都是一个两个十六进制字符组成 每个字节的位 1 个起始位 8 个数据位，最小的有效位先发送 1 个奇偶校验位，无校

21、验则无 1 个停止位（有校验时） ，2 个 Bit（无校验时） 错误检测域 CRC(循环冗长检测) 对我有用0 丢个板砖0 引用 举报 管理 TOP 精华推荐：關於女人的定義 TianChong(VC 高手群:2997669) 等 级： 2#4 楼 得分：0 回复于：2006-01-14 01:47:13 三、Modbus 消息帧 两种传输模式中（ASCII 或 RTU） ，传输设备以将 Modbus 消息转为有起点和终点的帧，这就允许接收的设备 在消息起始处开始工作，读地址分配信息，判断哪一个设备被选中（广播方式则传给所有设备） ，判知何时信 息已完成。部分的消息也能侦测到并且错误能设置为返

22、回结果。 1、ASCII 帧 使用 ASCII 模式，消息以冒号（:）字符（ASCII 码 3AH）开始，以回车换行符结束（ASCII 码 0DH,0AH） 。 其它域可以使用的传输字符是十六进制的 0.9,A.F。网络上的设备不断侦测“:”字符，当有一个冒号 接收到时，每个设备都解码下个域（地址域）来判断是否发给自己的。 消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过 1 秒，否则接收的设备将认为传输错误。一个典型消息帧如下 所示： 起始位 设备地址 功能代码 数据 LRC 校验 结束符 1 个字符 2 个字符 2 个字符 n 个字符 2 个字符 2 个字符 图 2 ASCII 消息帧 3、地址域

23、消息帧的地址域包含两个字符（ASCII）或 8Bit（RTU） 。可能的从设备地址是0.247 (十进制)。单个 设备的地址范围是 1.247。主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设 备发送回应消息时，它把自己的地址放入回应的地址域中，以便主设备知道是哪一个设备作出回应。 地址 0 是用作广播地址，以使所有的从设备都能认识。当 Modbus 协议用于更高水准的网络，广播可能不允 许或以其它方式代替。 4、如何处理功能域 消息帧中的功能代码域包含了两个字符（ASCII）或 8Bits（RTU） 。可能的代码范围是十进制的 1.255。 当然，有些代码是适用于所有控

24、制器，有此是应用于某种控制器，还有些保留以备后用。 当消息从主设备发往从设备时，功能代码域将告之从设备需要执行哪些行为。例如去读取输入的开关状 态，读一组寄存器的数据内容，读从设备的诊断状态，允许调入、记录、校验在从设备中的程序等。 当从设备回应时，它使用功能代码域来指示是正常回应(无误)还是有某种错误发生（称作异议回应） 。 对正常回应，从设备仅回应相应的功能代码。对异议回应，从设备返回一等同于正常代码的代码，但最重要 的位置为逻辑 1。 例如：一从主设备发往从设备的消息要求读一组保持寄存器，将产生如下功能代码： 0 0 0 0 0 0 1 1 （十六进制 03H） 对正常回应，从设备仅回应

25、同样的功能代码。对异议回应，它返回： 1 0 0 0 0 0 1 1 （十六进制 83H） 除功能代码因异议错误作了修改外，从设备将一独特的代码放到回应消息的数据域中，这能告诉主设备 发生了什么错误。 主设备应用程序得到异议的回应后，典型的处理过程是重发消息，或者诊断发给从设备的消息并报告给 操作员。 5、数据域 数据域是由两个十六进制数集合构成的，范围 00.FF。根据网络传输模式，这可以是由一对 ASCII 字符 组成或由一 RTU 字符组成。 从主设备发给从设备消息的数据域包含附加的信息：从设备必须用于进行执行由功能代码所定义的所为。 这包括了象不连续的寄存器地址，要处理项的数目，域中实

26、际数据字节数。 例如，如果主设备需要从设备读取一组保持寄存器（功能代码 03） ，数据域指定了起始寄存器以及要读的 寄存器数量。如果主设备写一组从设备的寄存器（功能代码 10 十六进制） ，数据域则指明了要写的起始寄存器 以及要写的寄存器数量，数据域的数据字节数，要写入寄存器的数据。 如果没有错误发生，从从设备返回的数据域包含请求的数据。如果有错误发生，此域包含一异议代码，主 设备应用程序可以用来判断采取下一步行动。 在某种消息中数据域可以是不存在的（0 长度） 。例如，主设备要求从设备回应通信事件记录（功能代码 0B 十六进制） ，从设备不需任何附加的信息。 6、错误检测域 标准的 Modb

27、us 网络有两种错误检测方法。错误检测域的内容视所选的检测方法而定。 ASCII 当选用 ASCII 模式作字符帧，错误检测域包含两个 ASCII 字符。这是使用LRC（纵向冗长检测）方法对消息 内容计算得出的，不包括开始的冒号符及回车换行符。LRC 字符附加在回车换行符前面。 RTU 当选用 RTU 模式作字符帧，错误检测域包含一 16Bits 值(用两个 8 位的字符来实现)。错误检测域的内容是通 过对消息内容进行循环冗长检测方法得出的。CRC 域附加在消息的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故 CRC 的高位字节是发送消息的最后一个字节。 7、字符的连续传输 当消息在标准的 Modbu

28、s 系列网络传输时，每个字符或字节以如下方式发送（从左到右）： 最低有效位.最高有效位 使用 ASCII 字符帧时，位的序列是： 有奇偶校验 启始位 1 2 3 4 5 6 7 奇偶位 停止位 无奇偶校验 启始位 1 2 3 4 5 6 7 停止位 停止位 使用 RTU 字符帧时，位的序列是： 有奇偶校验 启始位 1 2 3 4 5 6 7 8 奇偶位 停止位 无奇偶校验 启始位 1 2 3 4 5 6 7 8 停止位 停止位 四、错误检测方法 标准的 Modbus 串行网络采用两种错误检测方法。奇偶校验对每个字符都可用，帧检测（LRC 或 CRC）应用于 整个消息。它们都是在消息发送前由主设

29、备产生的，从设备在接收过程中检测每个字符和整个消息帧。 用户要给主设备配置一预先定义的超时时间间隔，这个时间间隔要足够长，以使任何从设备都能作为正常 反应。如果从设备测到一传输错误，消息将不会接收，也不会向主设备作出回应。这样超时事件将触发主设备 来处理错误。发往不存在的从设备的地址也会产生超时。 1、奇偶校验 用户可以配置控制器是奇或偶校验，或无校验。这将决定了每个字符中的奇偶校验位是如何设置的 如果指定了奇或偶校验， “1”的位数将算到每个字符的位数中（ASCII 模式 7 个数据位，RTU 中 8 个数据位 ） 。例如 RTU 字符帧中包含以下 8 个数据位： 1 1 0 0 0 1 0

30、 1 整个“1”的数目是 4 个。如果便用了偶校验，帧的奇偶校验位将是 0，使得整个“1”的个数仍是 4 个。如 果使用了奇校验，帧的奇偶校验位将是 1，使得整个“1”的个数是 5 个。 如果没有指定奇偶校验位，传输时就没有校验位，也不进行校验检测。代替一附加的停止位填充至要传输 的字符帧中。 2、LRC 检测 使用 ASCII 模式，消息包括了一基于 LRC 方法的错误检测域。LRC 域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。 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

31、中 LRC 域中的值比较，如果两值不等，说明有错误。 LRC 方法是将消息中的 8Bit 的字节连续累加，丢弃了进位。LRC 简单函数如下： static unsigned char LRC(auchMsg,usDataLen) unsigned char *auchMsg ; /* 要进行计算的消息 */ unsigned short usDataLen ; /* LRC 要处理的字节的数量*/ unsigned char uchLRC = 0 ; /* LRC 字节初始化 */ while (usDataLen-) /* 传送消息 */ uchLRC += *auchMsg+ ; /* 累

32、加*/ return (unsigned char)(-(char_uchLRC) ; 3、CRC 检测 使用 RTU 模式，消息包括了一基于 CRC 方法的错误检测域。CRC 域检测了整个消息的内容。 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

33、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。CRC 简单函数如下： unsigned short CRC16(puchMsg, usDataLen) unsigned char *puchMsg ; /* 要进

34、行 CRC 校验的消息 */ unsigned short usDataLen ; /* 消息中字节数 */ unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* 高 CRC 字节初始化 */ unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* 低 CRC 字节初始化 */ unsigned uIndex ; /* CRC 循环中的索引 */ while (usDataLen-) /* 传输消息缓冲区 */ uIndex = uchCRCHi *puchMsgg+ ; /* 计算 CRC */ uchCRCHi = uchCRCLo auchCRCHiuInd

35、ex ; uchCRCLo = auchCRCLouIndex ; return (uchCRCHi 8 | uchCRCLo) ; 对我有用0 丢个板砖0 引用 举报 管理 TOP 精华推荐：震撼世界的十天(带链接) TianChong(VC 高手群:2997669) 等 级： 2#5 楼 得分：0 回复于：2006-01-14 01:54:40 如果有机会，买本可编程控制器应用技术与设计实例也不错，sobooks 网上书店也有卖，其中对 modbus 协议有很多实例及讲解。对我有用0 丢个板砖0 引用 举报 管理 TOP 精华推荐：转帖 Qt vs MFC （Qt 和 MFC的战争） li_hai_quan(冰若水) 等 级： #6 楼 得分：0 回复于：2006-01-14 08:04:53 我说的是 TCP/IP 的 MODBUS 协议，串口的RS232/RS485 我做过，怎样做一个象 MODSCAN32 那样基于“Remote TCP/IP Server “的通信程序，还有是如何客户端。bing_