MODBUS简介

Modbus 是一种单主站的主/从通信模式。Modbus 网络上只能有一个主站存在,主站在 Modbus 网络上没有地址,从站的地址范围为 0 – 247,其中 0 为广播地址,从站的实际地址范围为 1 – 247。

Modbus 通信标准协议可以通过各种传输方式传播,如 RS232C、RS485、光纤、无线电等。

Modbus 具有两种串行传输模式, ASCII 和 RTU。它们定义了数据如何打包、解码的不同方式。支持 Modbus 协议的设备一般都支持 RTU 格式。

通信双方必须同时支持上述模式中的一种。

实际也就是发送与接收双方商量一下,定好规则,发送方想要接收方做某件事,就发送某种格式的信息给接收方,接收方收到信息后,按照事先约定好的规则分析信息,执行命令。

Modbus 的通讯规范

起始符 + 设备地址 + 功能代码 + 数据 + 校验和 + 结束符

通讯格式

通讯格式设置举例:

9600,o,8,1

即: 波特率为9600;校验方式为奇校验; 数据位为八位;停止位为一位;

1、波特率:

波特率是每秒钟传输的数据位数;什么是位数呢?

计算机处理的语言是”0″和”1″组合而成的信息,即机器语言! 一个”0″或是一个”1″就是一个位;

设置波特率的作用?

如果把波特率设为9600,即一秒钟之内能够传输9600个”0″或是”1″,它决定了通讯的数据传输速度。
常用的波特率数值有:2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200

其值越大,通讯传输速度越高,那么是不是把波特率的数值设置的越大越 好呢?

当然不是,它要根据现场传输条件来决定,波特率设置的越大,要承担的通讯失败风险越大。

2、数据位

前面说过,计算机处理的语言是”0″和”1″组合而成的信息,即机器语言!

010000010100001001000011010001000100010101000110
ABCDEF

上面一组机器码分别代表的字符是 A,B,C,D,E,F;

如A: 是用01000001表示,共八个”0″或”1″,即数据位为八位;

数据位的含义:是一个字符可以用多少个位的组合来表示;

为什么要设置数据位呢?

其一,设置数据位后,我们就知道了数据长度,然后可以根据波特率(9600) 计算出传输一个字符A需要多少时间。

如果数据位设为8,则: 8/9600=0.00083秒

即传输一个字符”A“需要0.83毫秒的时间(这不是正确的计算,原因在停止位的解释中再论述!)

其二,定义一个标准,方便通讯双方分析。合法的数据位值:4、5、6、7、8;

目前常用的数据位是 8 位与 7 位;

3、停止位:

设置了数据位,就可以正常通讯了吗?不是!接收方何时才知道一个字符传输结束了呢?

这就需要一个停止位,有停止位当然还需要一个起始位来告诉接收方一个字符的传输开始!

为什么要设置停止位呢?

上面解释过了,即,知道一个字符何时传输结束!

目前常用的停止位是一位与二位。

还有一个问题,为什么在通讯格式中不用设置起始位?

我所知道的是

停止位是一个高电平(1),当接收方接收到连续的高电平时,表示一个字符传输结束。

起始位是一个低电平(0),当接收方接收连续的低电平时,表示下一个字符的传输开始。

如果停止位可靠(1 位或是2 位),那么干扰造成低电平起始位假象的可能性就不大,所以不用设置起始位!

在数据位的解释中,我计算过传输一个数据位设为八位的字符”A”的传输时间,8/9600=0.00083 秒,即0.83 毫秒的时间传输一个字符A,现在您应该知道了,这个计算并不正确,因为没有加上起始位数和停止位数!

现在我们重新计算:

假如设置停止位为2,则一个起始位,两个停止位,8 个数据位,总位数为11。

11/9600=0.0011 秒,即传输一个字符”A”需要1.1毫秒的时间(这还不是正确的计算,原因在校验方式的解释中再论述!)

4、校验方式:

朋友们都知道,干扰是无处不在的,如果抗干扰处理的不理想,在通讯传输过程中,”0″可能会变成”1″,或是将”1″干扰成”0″,造成传输错误。

干扰是消除不了的,提高抗干扰能力也只是提高而已,并不能完全防止干扰。 所以因为干扰造成的传输错误一定会发生。接收方如何知道接收到字符是否正确呢?

解决方式就是加上一个校验,即在传输的数据中再加上一个校验位!

目前所用的校验方式为:

  • 偶校验(even):简单表示为”e” ;
  • 奇校验(odd):简单表示为”o” ;
  • 无校验(none):简单表示为”n” ;

偶校验

如果一个字符中”1″的个数是奇数那么校验位就置为”1″;

如果一个字符中”1″的个数是偶数,那么校验位就置为0;

从而保证总的1 的个数是偶数;

比如设置数据位为8位,字符”A”是:0100 0001
其”1″的个数是2个,为偶数。那么校验位则为”0″ 真正发送的信息为: 0100 0001 0

奇校验:

如果一个字符中”1″的个数是偶数,那么校验位就置为1;

如果一个字符中”1″的个数是奇数,那么校验位就置为0;

从而保证总的”1″的个数是奇数;

比如设置数据位为8位,字符”A”是:0100 0001
其”1″的个数是2个,为偶数。那么校验位则为”1″ 真正发送的信息为: 0100 0001 1

无校验:没有校验位;

校验位的作用:

如果在传输过程中,由于干扰将某个”0″变成了”1″,

偶校验时,”1″ 的个数因为干扰变成奇数,

奇校验时,”1″ 的个数因为干扰变成偶数,

接收方会返回一个奇偶校验错误信息给发送方。

比如:

当采用奇校验时,发送”A”字符的

0100 0001 1

当传输到接收方,由于干扰变成了

0100 0011 1

接收方接收到四个”1″,是偶数,不符合奇校验的”1″的个数为奇数的规定, 所以返回一个奇偶校验错误信息给发送方!

注意:

奇偶校验方式不可能完全校验一个字符发送是否正确! 比如采用奇校验方式时,

发送”A”字符时

0100 0001 1

由于干扰接收方接收到的是

0100 0010 1 (是”B”)

由于只是”1″的位置改变了,”1″的个数还是奇数,虽然发送的是A,接收到的是B,但是奇校验还认为是正确的字符;

为了解决奇偶校验方式的上述缺陷,每种标准协议都会要求校验和计算,

比如 MODBUS通讯协议的 RTU 方式是 CRC 校验计算;

MODBUS通讯协议的 ASCII 方式是 LRC 校验计算;

有些朋友对于 奇偶校验 与 校验和计算 这两个概念分不清楚。

奇偶校验:判断一个字符传输的是否正确;

校验和:  判断一组字符传输的是否正确;

在停止位的解释中,我计算过传输一个数据位设为八位,停止位设为2位的 字符”A”的传输时间,一个起始位,两个停止位,8 个数据位,总位数为11。

11/9600=0.0011 秒,即1.1 毫秒传输一个字符A,现在您应该知道了,这个计算并不正确,因为没有加上校验位!

现在我们重新计算:

通讯格式为:9600,o,8,2

一个起始位,八个数据位,一个校验位,两个停止位,总位数为12。

12/9600=0.00125 秒,传输一个字符”A”需要1.25毫秒的时间;

这个计算值才是最后的理论计算值!可以大致评估传输一组字符需要的时间!当然,选用无校验方式,计算传输方式不需要加上校验位。

需要永远记住的是:参预通讯的双方设定的通讯格式必须一样的