Modbus协议与现场总线解析只是分享
modbus协议解析
modbus协议解析协议名称：Modbus协议解析一、引言Modbus协议是一种通信协议，用于在不同设备之间进行数据传输。
本协议解析旨在详细描述Modbus协议的结构、功能和使用方法，以便用户能够准确理解和应用该协议。
二、协议概述Modbus协议是一种基于主从架构的通信协议，用于在工业自动化系统中实现设备之间的数据交换。
该协议支持串行通信和以太网通信，并提供了多种数据传输格式。
三、协议结构1. 物理层Modbus协议的物理层可以使用串行通信和以太网通信。
在串行通信中，常用的物理层包括RS-232、RS-485和RS-422。
在以太网通信中，常用的物理层是以太网。
2. 数据链路层Modbus协议的数据链路层定义了数据帧的格式和传输方式。
数据帧包括起始符、地址、功能码、数据和校验等字段。
3. 应用层Modbus协议的应用层定义了数据的功能和格式。
应用层包括读取数据、写入数据、控制设备等功能，并提供了多种数据格式，如位、字节、寄存器等。
四、功能码解析1. 读取线圈状态（功能码01）该功能码用于读取远程设备的线圈状态。
请求帧中包含读取起始地址和读取数量的信息，响应帧中包含相应的线圈状态。
2. 读取输入状态（功能码02）该功能码用于读取远程设备的输入状态。
请求帧中包含读取起始地址和读取数量的信息，响应帧中包含相应的输入状态。
3. 读取保持寄存器（功能码03）该功能码用于读取远程设备的保持寄存器。
请求帧中包含读取起始地址和读取数量的信息，响应帧中包含相应的寄存器值。
4. 读取输入寄存器（功能码04）该功能码用于读取远程设备的输入寄存器。
请求帧中包含读取起始地址和读取数量的信息，响应帧中包含相应的寄存器值。
5. 写入单个线圈（功能码05）该功能码用于写入远程设备的单个线圈状态。
请求帧中包含写入地址和写入状态的信息，响应帧中包含相应的写入结果。
6. 写入单个保持寄存器（功能码06）该功能码用于写入远程设备的单个保持寄存器。
Modbus,Modbus协议详解
Modbus,Modbus协议详解Modbus技术规范的关系通用Modbus帧结构－－协议数据单元(PDU)当服务器对客户机响应时，它使用功能码域来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。
对于一个正常响应来说，服务器仅复制原始功能码。
对于异常响应，服务器将原始功能码的最高有效位设置逻辑1后返回。
异常码指示差错类型。
Modbus协议在串行链路上的实现模型主要是在RS485和RS232等物理接口上实现Modbus协议。
在Modbus链路层上客户机的功能由主站提供而服务器的功能由从站实现。
Modbus主站-从站协议原理Mo dbus串行链路协议是一个主-从协议。
在同一时刻，只有一个主节点连接与总线，一个或多个子节点（最大编号为247）连接于同一串行总线。
Modbus通信由主节点发起，子节点在没有收到来自主节点的请求时，从不会发送数据。
子节点之间互不通信。
主节点在同一时刻只会发起一个Modbus事务处理。
主节点以两种模式对子节点发送Modbus请求：广播、单播。
主站工作状态图从站工作状态图串行链路上的Modbus地址规则Modbus寻址空间有256个不同地址地址0为广播地址Modbus主节点没有地址，子节点必须有一个唯一的地址串行链路上的Modbus帧结构Modbus串行链路协议是一个主/从协议网络上的每个从站必须有唯一的地址（从1到2 47）从站地址用于寻址从站设备，由主站发起地址0用于广播模式，不需要响应RS-485和RS-232定义了标准的物理端口，提高互可操作性两种Modbus串行传输模式ModbusTCP简介ModbusTCP是运行在TCP/IP上的Modbus报文传输协议。
通过此协议，控制器相互之间通过网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。
ModbusTCP是开放的协议，IANA（InternetAssignedNumbersAuthority，互联网编号分配管理机构）给Modbus协议赋予TCP编口号为502，这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。
Modbus协议讲解
Modbus协议讲解一、概述Modbus协议是一种通信协议，用于在自动化领域中传输数据。
它是一种简单且广泛应用的协议，被用于连接不同设备和系统，如工业控制系统、仪器仪表和数据采集设备等。
本文将详细讲解Modbus协议的基本原理、通信方式以及数据传输格式等内容。
二、Modbus协议的基本原理Modbus协议基于主从架构，其中主设备负责发起通信请求，而从设备则负责响应请求并提供数据。
通信可以通过串行或以太网等方式进行。
三、Modbus协议的通信方式1. Modbus RTU通信方式Modbus RTU是一种串行通信方式，使用二进制编码进行数据传输。
在Modbus RTU通信中，每个数据帧由起始位、从站地址、功能码、数据和校验位组成。
2. Modbus ASCII通信方式Modbus ASCII也是一种串行通信方式，但使用ASCII编码进行数据传输。
与Modbus RTU相比，Modbus ASCII通信方式更易于调试，但传输速度较慢。
3. Modbus TCP通信方式Modbus TCP是一种基于以太网的通信方式，使用TCP/IP协议进行数据传输。
与串行通信方式相比，Modbus TCP具有更高的传输速度和更大的通信距离。
四、Modbus协议的数据传输格式1. 寄存器地址Modbus协议使用寄存器地址来标识设备中的数据。
寄存器地址可以是输入寄存器（IR）、保持寄存器（HR）、离散输入寄存器（DI）或线圈寄存器（CO）。
2. 功能码功能码用于指定通信请求的类型。
常见的功能码包括读取单个寄存器（03H）、写入单个寄存器（06H）和读取多个寄存器（10H）等。
3. 数据格式Modbus协议支持多种数据格式，如16位整数、32位整数、浮点数等。
数据格式的选择取决于具体的应用需求。
五、Modbus协议的应用场景1. 工业控制系统Modbus协议广泛应用于工业控制系统中，用于实现设备之间的数据交换和控制命令传输。
Modbus协议与现场总线
变量地址 变量数 CRC校验
定时中断 帧结束,读 命令回答 数据
动定时器
主站发给从站读寄存器命令 8byte,从站3.5char后回答数据
3.5 char
帧间隔3.5char定时方法
ICR1(触发寄存器)
计数器
PWM输出
3.2.4 从站程序设计(AVR MEGA64 CPU)
(1).主程序
(3).UART0中断接收(只接收一个字节数据）
#pragma interrupt_handler usart0:iv_USART0_RXC void usart0(void) { unsigned char combuf; combuf =UDR0; /* 读通讯数据 */ TIM16_WriteTCNT1(0x0000); /* 清定时时间常数 */ TIM16_WriteICR1(TimeDelay); /* 设置定时3.5 char时间常数 */ TIFR|=(1<<ICF1); /* 定时记数器加，上限捕捉 */ TIMSK|=(1<<TICIE1); /* 启动定时中断 */ ReciveBuff_485[ReceiveNum_485++]=combuf; /* 存储通讯数据 */ }
(2).串口初始化
void UartInit(void) { /* 设置通讯波特率 */ UBRR0L = (OscF/16/(BaudRate0+1))%256; UBRR0H = (OscF/16/(BaudRate0+1))/256; /* Uart0 发送和接收引脚使能 */ UCSR0B = (1<<RXEN0)|(1<<TXEN0); /* 设置帧格式: 8 个数据位, 1 个停止位 */ UCSR0C = (1<<URSEL0)|(1<<UCSZ01)|(1<<UCSZ00); UCSR0A = (1<<RXC0)|(1<<TXC0)|(1<<UDRE0)|(1<<FE0); }
Modbus-MODBUS-TCP-协议解析
层
ISO/OSI 模型
7
应用层
Modbus应用协议
6
表示层
空
5
会话层
空
4
传输层
空
3
网络层
空
2
数据链路层
Modbus串行链路协议
1
物理层
EIA/TIA-485 (或 EIA/TIA232)
Modbus 应用协议层 客户机/服务器
Modbus 主站/从站 EIA/TIA-485
(或 EIA/TIA-232)
主节点在同一时刻只会发起一个Modbus事务处理。
主节点以两种模式对子节点发送Modbus请求：广播、单播。
主站
从站 …… 从站
……
从站
从站
…… ……
从站
主站工作状态图
SUPCON
从站工作状态图
SUPCON
主/从通信的三种典型情况
SUPCON
SUPCON
串行链路上的Modbus地址规则
异常码指示差错类型。
客户机
启动请求
功能码
数据请求
接收响应
服务器
在操作中检测差错 启动差错
异常功能码
异常码
SUPCON
3
Modbus协议在串行链路上的实现
SUPCON Modbus协议在串行链路上的实现模型
主要是在RS485和RS232等物理接口上实现Modbus协议。
在Modbus链路层上客户机的功能由主站提供而服务器的功 能由从站实现。
SUPCON
Modbus-MODBUS-TCP-协议解析
主要内容
1 2 3 4
SUPCON
概述 Modbus 协议规范 Modbus协议在串行链路上的实现 Modbus协议在TCP/IP上的实现
Modbus协议讲解
Modbus协议讲解一、背景介绍Modbus协议是一种通信协议，用于在工业自动化领域中的设备之间进行数据传输和通信。
它是一种开放的协议，广泛应用于监控系统、工控设备和传感器等领域。
本文将对Modbus协议进行详细讲解，包括协议的基本原理、通信方式、数据格式以及常见应用场景等。
二、Modbus协议基本原理Modbus协议基于主从结构，其中主设备（也称为主站）负责发送请求，而从设备（也称为从站）则负责响应请求。
主站和从站之间通过物理介质（如串口、以太网等）进行通信。
Modbus协议支持多种通信方式，包括串行通信和以太网通信。
三、Modbus协议通信方式1. 串行通信：Modbus协议支持RS-232、RS-485等串行通信方式。
在串行通信中，主站通过发送请求帧给从站，从站接收请求帧并返回响应帧给主站。
请求帧和响应帧的格式由协议规定，包括起始符、地址、功能码、数据等字段。
2. 以太网通信：Modbus协议也支持以太网通信方式，其中主站和从站通过以太网进行数据传输。
以太网通信可以通过TCP/IP协议或者UDP协议进行。
四、Modbus协议数据格式Modbus协议定义了多种数据格式，包括寄存器、线圈、输入寄存器和输入线圈等。
其中，寄存器用于存储16位的数据，线圈用于存储布尔类型的数据，输入寄存器用于存储只读的16位数据，输入线圈用于存储只读的布尔类型数据。
五、Modbus协议应用场景Modbus协议在工业自动化领域有广泛的应用场景，以下是几个常见的应用场景：1. 监控系统：Modbus协议可用于监控系统中的数据采集和控制，主站通过读取从站的寄存器或线圈数据来获取实时状态信息，并可以通过写入数据到从站来控制设备。
2. 工控设备：Modbus协议可用于工控设备之间的数据交换，例如PLC（可编程逻辑控制器）之间的通信。
主站可以通过读取从站的寄存器数据来获取传感器的测量值，并可以通过写入数据到从站来控制执行器。
3. 传感器：Modbus协议可用于传感器和主控设备之间的通信。
现场总线技术-3-Modbu
现场总线技术-3-Modbus
现场总线技术是工业自动化中应用最为广泛的技术之一。本次演讲将会深入 介绍其中的Modbus协议。
现场总线技术概述
工业应用
现场总线技术可在工业自动化 领域中广泛应用，在生产组装 线、自动控制设备和仪表中都 有体现。
数据传输
维护管理
现场总线技术可以实现不同设 备之间的数据信息共享和传输， 提高了生产工艺的自动化程度。
Modbus RTU的速度一般为9600或19200 bps， Modbus TCP可以高达100Mbps
Modbus RTU的最大数据包为256字节， Modbus TCP的最大数据包可达到1432字节
Modbus RTU通信距离在500m以内，而 Modbus TCP可在多个工厂之间通过互联网 连接进行通信
2 开放协议
Modbus是一种开放的协议，能够普及到 很多应用领域，广泛应用。
3 兼容性强
Modbus协议能够兼容不同类型的自动化 设备，并且实现了通信的统一。
4 成本低廉
Modbus可以实现较低的成本开销，简化 了现场设备的集成和应用。
Modbus通信原理与格式
通信原理
Modbus通信是建立在客户端与服务器之间的请 求响应方式基础上的，客户端通过发送被请求 的数据来向服务器请求信息，服务器再将请求 的数据返回给客户端。
2
数据采集及分析
Modbus可以在工业自动化系统中实现对设备传感器的数据采集，实时记录和分 析设备运行数据。
3
现场设备维护
Modbus可以帮助维护人员了解设备的运行状况，进行设备故障的排除和维修工 作。
Modbus协议讲解
Modbus协议讲解协议名称：Modbus协议一、引言Modbus协议是一种通信协议，用于在自动化领域中的设备之间进行通信。
该协议由Modicon公司于1979年首次引入，现已成为工业领域中最常用的通信协议之一。
本文将详细介绍Modbus协议的基本原理、通信方式和数据传输格式。
二、Modbus协议基本原理1. Modbus协议采用主从结构，其中主机负责发起通信请求，从机负责响应请求。
主机可以是计算机、PLC或其他设备，而从机通常是传感器、执行器或其他外部设备。
2. Modbus协议使用简单的请求-响应模型，主机发送请求给从机，从机接收并响应请求。
请求和响应之间通过Modbus协议定义的数据帧进行传输。
3. Modbus协议支持多种物理层和传输层，包括串行通信和以太网通信。
常用的物理层包括RS-232、RS-485和以太网，传输层则使用Modbus协议定义的应用层协议。
三、Modbus协议通信方式1. 串行通信：Modbus协议支持串行通信，其中包括RS-232和RS-485两种常用的物理层标准。
RS-232适用于短距离通信，而RS-485适用于长距离通信和多节点通信。
2. 以太网通信：Modbus协议也支持以太网通信，其中使用TCP/IP协议栈进行数据传输。
以太网通信适用于长距离通信和大规模网络通信。
四、Modbus协议数据传输格式1. Modbus协议定义了多种数据传输格式，包括读取线圈状态、读取输入状态、读取保持寄存器和读取输入寄存器等。
2. 读取线圈状态：主机发送读取线圈状态的请求，从机响应并返回线圈的状态（开/关）。
3. 读取输入状态：主机发送读取输入状态的请求，从机响应并返回输入的状态（开/关）。
4. 读取保持寄存器：主机发送读取保持寄存器的请求，从机响应并返回保持寄存器的值。
5. 读取输入寄存器：主机发送读取输入寄存器的请求，从机响应并返回输入寄存器的值。
6. 写入单个线圈：主机发送写入单个线圈的请求，从机响应并执行写入操作。
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3.1.1 Modbus 协议的物理层 1.网络结构
Байду номын сангаас总线式主从结构 主设备：PC机，PLC 从设备：PLC，智能仪表 一个主站可有1—253个从站， 从站之间不能相互通讯。
2.通讯方式
(a）一对一：主设备可以和从设备通讯，从设备响应。 （b）一对N（广播）：主设备对N个从设备，从设备无响应。
uchCRCHi 1 1 1 1 1 1 1 1
XOR 1 1 0 0 0 0 0 1
uchCRCLo 0 0 1 1 1 1 1 0
uchCRCHi = auchCRCLo[0xFD]
10000001
2 ST
00000111
uchCRCLo 0 0 1 1 1 1 1 0 XOR
uIndex 0 0 1 1 1 0 0 1
温度
2008H
液位
200CH
流量
(2) 根据主站MODUBS命令读 寄存器。
(2)发送数据
将所读寄存器发送出去
主站一次可能读一个寄存器，也可能 读多个寄存器。
实际设计考虑问题 (1). Modbus命令帧结束判定方法, (2).帧间隔控制方法 (3)如何解决通讯数据串位及数据残
缺等异常情况对通讯的影响.
3.2.3 从站接收命令帧方法
如何确定MODBUS帧结束？
(1).设置一个定时器,定时3.5 char时间
(2).每接收一个数据,启动定时器定时.
(3).定时时间到,说明在3.5 char时间里没有通讯数据,表明帧结束,
在定时中断服务程序中处理Modbus 命令.
地址 功能码 变量地址
变量数
CRC校验
题: 有某地址为1的从设备,其变量定义如下:
主机请求
寄存器地址 变量定义 字节数
主
从
0000H 量程(参数） 2byte
从机响应
0002H 测量值
2 byte
例1:主设备用3号命令寻址地址为1的从设备,读取寄存器地址为0000H 的量程.
主设备命令帧
地址 功能码
01H
03H
变量地址高 变量地址低 变量数高
数据长度
CRC高位表 CRC低位表
auchCRCHi[0x39] auchCRCHi[0xFD]
auchCRCLo[0x39] auchCRCLo[0xFD]
CRCLo 1 1 1 1 1 1 1 1
1 ST
0 0 0 0 0 0 1 0 XOR
uIndex 1 1 1 1 1 1 0 1
auchCRCHi[0xFD] = 0xC1
00H
00H
00H
变量数低 CRC校验
01H
**
从设备响应帧
地址
功能码
01H
03H
字节数 02H
数据1 03H
数据2 E8H
CRC校验
**
流量 = 3E8H =1000
例2:主设备用4号命令寻址地为1的从设备, 读取地址为0002H 的 测量值
主设备命令帧
地址
01H
功能码 04H
变量地址
0002H
(3) 生成多项式最高位总是 1,所以实际中的 生成多项式为 1000 0000 0000 0101
(4) Modbus 采用逆序生成多项式 1010 0000 0000 0001
(5) CRC本质:移位异,是1与生成多项式或和
2:CRC方法
1
02
1
07
3.CRC计算程序(标准程序) 数据指针
CRLF 0D0A
2. RTU格式(用二进制数表示数据)
(1) RTU帧格式
(2)说明： a.地址域：从设备地址0-253,地址0为广播地址。 b.功能域：代码范围1-255，命令从设备执行哪些功能(如读测量值，
读开关量状态） c.数据域：（两部分内容） 主设备到从设备：变量起始地址、变量个数。
从设备到主设备 ： 字节数n、数据n。
auchCRCH[0x39] =0xC0
uchCRCHi 1 0 0 0 0 0 0 0 1
1 1 0 0 0 0 0 0 0 XOR
uchCRCLo 0 1 0 0 0 0 0 0 1
例: x[2]={0x02,0x07}; CRC_n= CRC16( x, 2);
uchCRCHi =auchCRCLo[0x39] = 0x12
0地址表示广播地址。
3.物理层 支持RS-485、RS-232C。
3.1.2 Modbus协议的帧格式 Modbus有两种格式: ASCII格式; RTU格式
1.ASCII码帧格式(用ASCII 表示数据)
COLON (:) 3A
(1).字节格式
(2).数据表示方法 地址:21 表示ASCII码 32H,31H
结果 0x1241
3.2 Modbus协议通讯从站软件设计
3.2.1 从站软件设计要求
3.2.2 从站软件设计内容
(1).主站使用Modbus 04号命令采集从站测量数据
压 (2).寄存器应用层定义
1.接收数据 (1) 串口接收数据
Modbus 寄存器
寄存器地址 寄存器内容
2000H
压力
2004H
3.功能码4：读取一个或多个输入寄存器值 主要用于读取设备测量数据 从寄存器8开始读一个寄存器值
4. 功能6：写单个寄存器 例：从寄存器地址1开始，写一个寄存器值03
寄存器地址：0001H 寄存器： 0002H
5. 功能码16:写多个寄存器
主机从01H地址开始写2个寄存器
从机响应主机
3.1.4应用举例
变量数 0001H
CRC校验
##
从设备响应
地址 功能码 字节数 数据1 数据2 CRC CRC
01H 04H 02H 03H 20H ** **
测量值 = 320H =800
问题：测量值有小数和正负怎么办？
3.1.5 CRC-16校验
1.说明: (1) CRC校验 = 地址码 + 功能码 +数据
(2) 生成多项式 G(x)=X^16+X^15+X^2+1 (1 1000 0000 0000 0101)
定时中断 帧结束,读 命令回答 数据
动定时器
主站发给从站读寄存器命令 8byte,从站3.5char后回答数据
d.检错：CRC-16, 生成多项式 Y=X^16+X^15+X^2+1。
3.1.3 ModBus功能码
1. Modbus功能码
2.功能码3:读取在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值
例：主机命令:读6BH开始的3个寄存器内容 从机响应:回传6个字节数据
该功能码主要用于读取设备参数
说明 （1）应用层： 寄存器中存储的内容用户定义。 （2）寄存器地址与寄存器：寄存器号减1为寄存器地址