文章目录
- Modbus 通信协议介绍
- Modbus 协议特点
- RTU 协议帧数据
Modbus 通信协议介绍
UART、I2C、SPI 这些通信协议，都是最底层的协议，是“位”级别的协议。而我们在学习13章做实用串口通信程序的时候，我们通过串口发给单片机三条指令，让单片机做了三件不同的事情，分别是“buzz on”、“buzz off”和“showstr”。随着系统复杂性的增加，我们希望可以实现更多的指令。而指令越来越多，带来的后果就是非常杂乱无章，尤其是这个人喜欢写成“buzz on”、“buzz off”，而另外一个人喜欢写成“on buzz”、“off buzz”。导致不同开发人员写出来的程序代码不兼容，不同厂家的产品不能挂到一条总线上通信。
随着这种矛盾的日益严重，就会有聪明人提出更合理的解决方案，提出一些标准来，今后我们的编程必须按照这个标准来，这种标准也是一种通信协议，但是和 UART、I2C、SPI通信协议不同的是，这种通信协议是字节级别的，叫做应用层通信协议。在1979年由 Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）提出了全球第一个真正用于工业现场总线的协议，就是 Modbus 协议。
Modbus 协议特点
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）和其他设备之间可以通信，已经成为一种工业标准。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。这种协议定义了一种控制器能够认识使用的数据结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误记录，它制定了通信数据的格局和内容的公共格式。
在进行多机通信的时候，Modbus 协议规定每个控制器必须要知道它们的设备地址，识别按照地址发送过来的数据，决定是否要产生动作，产生何种动作，如果要回应，控制器将生成的反馈信息用 Modbus 协议发出。
Modbus 协议允许在各种网络体系结构内进行简单通信，每种设备（PLC、人机界面、控制面板、驱动程序、输入输出设备等）都能使用 Modbus 协议来启动远程操作，一些网关允许在几种使用 Modbus 协议的总线或网络之间的通信，如图。
RTU 协议帧数据
Modbus 有两种通信传输方式，一种是 ASCII 模式，一种是 RTU 模式。由于 ASCII 模式的数据字节是 7bit 数据位，51单片机无法实现，而且实际应用的也比较少，所以这里我们只用 RTU 模式。两种模式相似，会用一种另外一种也就会了。一条典型的 RTU 数据帧如图所示
与之前我们讲解实用串口通信程序时用的原理相同，一次发送的数据帧必须是作为一个连续的数据流进行传输。我们在实用串口通信程序中采用的方法是定义 30 ms，如果数据接收时超过了 30 ms 还没有接收到下一个字节，我们就认为这次的数据结束。而 Modbus 的 RTU 模式规定不同数据帧之间的间隔是3.5个字节通信时间以上。如果在一帧数据完成之前有超过3.5个字节时间的停顿，接收设备将刷新当前的消息并假定下一个字节是一个新的数据帧的开始。同样的，如果一个新消息在小于3.5个字节时间内接着前边一个数据开始，接收设备将会认为它是前一帧数据的延续。这将会导致一个错误，因此大家看 RTU 数据帧最后还有 16bit 的 CRC 校验。
起始位和结束符：图18-5上代表的是一个数据帧，前后都至少有3.5个字节的时间间隔，起始位和结束符实际上没有任何数据，T1-T2-T3-T4 代表的是时间间隔3.5个字节以上的时间，而真正有意义的第一个字节是设备地址。
设备地址：很多同学不理解，在多机通信的时候，数据那么多，我们依靠什么判断这个数据帧是哪个设备的呢？没错，就是依靠这个设备地址字节。每个设备都有一个自己的地址，当设备接收到一帧数据后，程序首先对设备地址字节进行判断比较，如果与自己的地址不同，则对这帧数据直接不予理会，如果与自己的地址相同，就要对这帧数据进行解析，按照之后的功能码执行相应的功能。如果地址是 0x00，则认为是一个广播命令，就是所有的从机设备都要执行的指令。
