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ModBus通信协议

   日期:2018-08-20     浏览:76    评论:0    
核心提示:1. 主从模式RS-485上的软件层协议ModBus主要依赖于主从模式。主从模式是指在半双工通讯方式上,2个或者2个以上的设备组成的通讯
 

1. 主从模式

RS-485上的软件层协议ModBus主要依赖于主从模式。主从模式是指在半双工通讯方式上,2个或者2个以上的设备组成的通讯系统中: 
 
(1) 至少且只有一个主机,其他的都是从机 
(2) 不管任何时候,从机都不能主动向主机发送数据 
(3) 主机具有访问从机的权限,从机不可以主动访问从机,任何一次数据交换,都要由主机发起 
(4)不管是主机还是从机,系统一旦上电,都要把自己置于接收状态(或者称为监听状态) 
主从机的数据交互,需要: 
a. 主机将自己转为发送状态 
b. 主机按照预先约定的格式发出寻址数据帧。 
所谓的约定,可是主机开发者和从机开发者约定好的规约,好,例如主机要通过从机控制接在从机的电机,主机要启动电机就往从机发0x1,停止电机就往从机发0x2。这就是一种预 
先约定好的格式,但是这样做,互换性、兼容性、通用性差,例如其他公司是约定发送0x03让电机转动,发0x04让电机停止。导致不同厂家的主机、从机不能相互通讯。用户需要的,就像网络操作,只要接入有网的网线那么计算机都能上网。 
所以说,我们需要一种大家都共同遵循的规则(可以是ModBus,也可以是TCP/IP等上层协议),这种大家认可,共同遵循的软件层协议。软件层协议主要是解决如何解析传输的数据,即传输的目的或者更加可靠的传输数据。 
半双工通讯中,都是主机寻找从机,主机的目的无非有: 主机要发数据给从机,或者主机要从从机中获取数据。 
c. 主机恢复自身的接收状态 
主机等待自身所寻址的从机作回应,也就是说从机接收到主机的寻址命令、数据后一定要回应主机,不然主机会认为从机通讯异常。回应数据包也是要按照ModBus协议规约(其实不局限ModBus,像TCP/IP也需要回应是吧!~)

2. ModBus通讯协议

通俗点来讲,ModBus规约了起停电机,主机要分别发送什么命令给从机。ModBus规定主从机之间数据的交互,需要遵循什么样的格式,如何保证数据在传输过程中不发生冲突。只要都遵循这个协议,那么不同厂家的主从机就可以共用了。 
ModBus一般是工作在一主多从的场景,还是这个图: 
 
主机和从机之间的连线不一定是非要485来作为载体,也可以是IIC,SPI。因为ModBus是软件层的协议,它既可以规约485硬件接线方式,也可以规约其他硬件接线方式。很多资料会写”基于RS-485的ModBus通讯协议”,意思是底层的0、1数据是通过RS-485方式去传输的,0、1的意义则是通过ModBus去解析的。强调,硬件协议可以确保数据得以传输出去,软件协议保障数据的有序传输,数据不会发生冲突。 
ModBus规定: 
(1) 主从模式 
有的协议规定是多主模式,意思是系统中的设备都是主机,它们并没有主从之分,任何时刻,谁想发送数据都可以往总线上发送,例如网络通信、CAN总线通讯,自然它们自有一套防止数据冲突机制,485由于不具备冲突检测的硬件机制,所以它必须遵循主从模式。主从模式的原则是,整个系统只能有一个主机,每一个从机都必须有一个唯一的地址 
(2) 从机的地址是作为每个从机的唯一标识。地址取值是0-247,0号地址表示广播地址,广播地址由主机保留,当主机向0号地址发数据包的时候,每一个从机设备都会收到数据包。也就是说,当主机发出的寻址帧的地址是0的时候,所有从机都要执行主机要求的动作。按理说,从机收到主机的寻址帧之后,是要做出应答包的,但是现在是0号地址,也就是要回的话每台从机都要回,那么肯定会造成RS-485通讯线上的数据混乱,因此所有从机在主机发0号地址时候不予返回数据包应答。 
从机的地址有两个作用 
a. 主机向目标从机发寻址帧时其地址部分为从机地址,这样主机才可以检索到目标从机 
b. 对于主机的目标从机,当收到主机发来的非0地址时,要做出数据包应答,假设从机要返回数据包给主机,自然是要把数据包放到RS-485总线上,因为每台从机,其物理连线是在一起的,所以这就会造成其他从机认为数据是要发送给它的现象,所以在从机回复主机的数据包中,加上从机自身的地址,那么其他从机读取到这个地址值跟自己的地址不相同,就不会去响应了。 
(3) ModBus数据包的格式 
主机要寻找某台从机,需要发出相应格式的信息,这就需要谈到ModBus的两种传输方式: 
a. RTU传输方式 
RTU实际上也成为二进制方式。假设主机要发送0x23,那就是发送0010 0011,按照485通讯协议,先发高位,即1100 0100。前后分别加上起始、停止位: “起始位 1100 0100 停止位”共10位数据 
b. ASC传输方式 
同样要发送0x23,它是十六进制数,会将其拆成十位的’2’和个位的’3’,将它们的asc码依次发出去,’0’的asc码是0x32,’3’的asc是0x33,转为二进制为0011 0010和0011 0011,同样要加上停止、起始位,共20位数据 
很明显,asc传输方式比较低,但是由于它传输的是asc码,所以可以利用一些串口终端将其数值打印出来。

特别提醒,RS-485硬件协议决定,对于每一个字节数据的传输是先发高位,再发地位,所以假设数组u8型数组revArr[2]存放着接收到的数据,那么接收端解析数据应该是u16型data = revArr[0] * 256 + revArr[1]。

 
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