Modbus通信协议详解（modbusrtu通讯协议例程详解）

Modbus和协议，首先什么是协议？百度解释下就是：意思是共同计议，协商；经过谈判、协商而制定的共同承认、共同遵守的文件。比如大学毕业找工作的时候，一般要签一份叫“三方协议”的，三方指自己、校方、企业，这份协议里规定了三方需要遵守的一些事项。

通信协议

那通信协议又是什么呢？通信就是双方或多方的交流，通信协议就是规定双方或多方需要共同遵守的交流方式。比如现在规定两个人需要用数字来代表文字，目前只定义了1表示“我”，2表示“你”，3表示“他”，然后现在两个人中有个人说了1，另一个立即就知道说的是“我”，但假如有个人不按规定来说话，说了一个4，那另一个人就不明白他在说什么了。这个例子里面，定义的1、2、3的表示，就是一份简单的通信协议。一般的通信协议，如TCP/IP、蓝牙协议等比Modbus复杂，但万变不离其宗。

Modbus

概述

接下来就是重头戏了，Modbus通信协议。

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气 Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。--摘自百度百科

Modbus是一种一主一从的一对一通信方式（主机发一帧，从机回一帧的形式），当然也一主多从，但实际也是一对一通信，同一时刻只能有一个从机进行响应。如果需要和多个从机同时通信，这里也支持使用广播，即主机发送指令，所有从机接收指令并执行，但不进行应答。可以参考国标标准（以下简称国标），GBT 19582-2。

当进行一主多从通信时，主机通过从机ID号来区分要通信的从机设备。从机ID范围为1~247，0为广播地址，248~255为用户自定义地址。

通信形式

目前总共有4种通信形式，RTU、ASCII、TCP、Plus。

RTU：

RTU是一种远程终端控制系统，这里指的是Modbus的一种通信形式。一般是基于串口进行通信。其报文格式是十六进制的，由Slave ID+数据+CRC校验三部分组成。数据部分详见上面报文解析。剩下的就是数据校验了，这里用的是CRC校验（循环冗余校验，Cyclic Redundancy Check，简称CRC）。要注意的是，数据部分高位数据在前，低位数据在后，而CRC校验则是低位在前，高位在后。

CRC校验

CRC（Cyclic Redundancy Checksum）是一种纠错技术，代表循环冗余校验和。

帧的完整性判断

国标里规定：一帧中两个字符之间间隔时间不超过1.5字符，以大于3.5字符间隔时间作为一帧的结束，波特率高于19200时，间隔时间固定为1.7ms。

比如现在串口设置的波特率为9600，1个停止位，无校验位，8个数据位（这种设置以下会简写成9600-1N8的形式），那么代入如下公式：

可以算出，此设置下，断帧时间应该为3.645833……ms。

另外国标还规定，串口配置中，默认应该配置有偶校验。

tips：在9600-1N8的串口设置下，可以快速估算数据发送时间，即1个字节发送时间为1ms。

ASCII：

ASCII是一种字符型的通信方式，一般也是基于串口进行通信。其报文格式是以ASCII码编码的，由帧头（：）+Slave ID+数据+LRC校验+帧尾（/r/n）五部分组成，其中Slave ID、数据部分跟RTU完全一样，只不过是以ASCII编码形式，如Slave ID，RTU是01一个字节的时候，ASCII表示就是30 31两个字节。所以实际工业应用场合很少会用到Modbus/ASCII，因为通信效率太低。

另外跟RTU还有个不同的地方，就是这里使用的校验不是CRC校验，而是LRC校验。

LRC校验

纵向冗余校验，Longitudinal Redundancy Check，简称：LRC。

LRC具体算法如下：

1、对需要校验的数据（2n个字符）两两组成一个16进制的数值求和。

2、将求和结果与256求模。

3、用256减去所得模值得到校验结果（另一种方法：将模值按位取反然后加1）。

C语言实现--摘自FreeModbus里的实现

因为整个报文都是ASCII的编码形式，所以如果使用单片机串口通信，可以把串口的数据位设置为7位（ASCII的码表范围就是0~0x7F，只用低7位）。

TCP：

TCP是一种网络协议，而Modbus/TCP就是基于网络协议上的一种应用层协议。其报文格式是十六进制的，由报头（2字节的帧序号+2字节的协议类型+2字节的数据长度+1字节的Slave ID）+数据两部分组成。由于该通信方式是基于TCP/IP这种可靠协议上，所以通信不需要有额外的校验机制。

Plus：

Modbus Plus（又称MB+）是一种高速现场总线网络，也是一种典型的令牌总线网。

线圈

读线圈功能码01，可读单个或多个

主节点发送帧格式：

从节点正常应答帧格式：

常用调试工具

Modbus Poll，可模拟主机，跟从机进行通信。

Modbus Slave，可模拟从机，响应主机的通信。

Modbus Scan，更偏向于PLC的操作界面，没有Modbus Poll灵活。

串口调试助手，可以完全从指令层面上进行深入了解，而且也没有上述工具一些问题（因为一般集成的功能越多，问题可能越多），但有个缺点就是如果作为从机应答，没办法做到及时响应主机的指令。