Modbus協(xié)議的常用基本定義——(RS485總線系統(tǒng)應(yīng)用之2)續(xù)

當(dāng)消息從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備時，功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O(shè)備需要執(zhí)行哪些行為。例如去讀取輸入的開關(guān)狀態(tài)，或讀一組寄存器的數(shù)據(jù)內(nèi)容，或讀從設(shè)備的診斷狀態(tài)，或允許在從設(shè)備中調(diào)入、記錄、校驗程序等。

當(dāng)從設(shè)備回應(yīng)時，它使用功能代碼域來指示是正?；貞?yīng)(無誤)還是有某種錯誤發(fā)生（稱作異議回應(yīng)）。對正?；貞?yīng)，從設(shè)備僅回應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對異議回應(yīng)，從設(shè)備返回功能代碼的最高位為“1”。例如：

一條主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼：

0 0 0 0 0 0 1 1（十六進(jìn)制03H）

對正?；貞?yīng)，從設(shè)備返回同樣的功能代碼。對異議回應(yīng)，它將返回：

1 0 0 0 0 0 1 1（十六進(jìn)制83H）

除功能代碼因異議回應(yīng)作了修改外，從設(shè)備還將一個獨特的代碼放到回應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯誤。

主設(shè)備得到異議回應(yīng)后，典型的處理過程是重發(fā)消息?；蛘哒埱蠹夹g(shù)員，幫助診斷發(fā)給從設(shè)備的消息是否有錯。

3.5數(shù)據(jù)域

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，數(shù)據(jù)域可以由若干個ASCII字符或RTU字節(jié)組成。數(shù)據(jù)域的值由十六進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，范圍為00H～FFH。

主設(shè)備發(fā)給從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含從設(shè)備必須完成的由功能代碼所定義的行為。其中包括了不連續(xù)的寄存器地址、要處理項的數(shù)目、域中實際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。

例如，如果主設(shè)備需要從從設(shè)備讀取一組保持寄存器（功能代碼03），則必須在數(shù)據(jù)域中指定起始寄存器地址以及要讀的寄存器個數(shù)。如果主設(shè)備需要向從設(shè)備寫一組的寄存器（功能代碼10十六進(jìn)制），則必須在數(shù)據(jù)域中指明要寫的寄存器起始地址、要寫的寄存器個數(shù)以及要寫入的數(shù)據(jù)。

在某種消息中，數(shù)據(jù)域可以是不存在的（0長度）。例如，主設(shè)備要求從設(shè)備回應(yīng)通信事件記錄（功能代碼0BH），從設(shè)備不需任何附加的信息。

3.6錯誤檢測域

標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)有兩種錯誤檢測模式。錯誤檢測域的內(nèi)容視所選的檢測模式而定。

ASCII模式:

當(dāng)選用ASCII模式時，錯誤檢測域包含兩個ASCII字符。這是使用LRC（縱向冗長檢測）方法對消息內(nèi)容計算得出的，不包括開始的冒號符及回車換行符。LRC字符處在回車換行符前面。

RTU模式:

當(dāng)選用RTU模式時，錯誤檢測域包含一個16Bits值(用兩個8位的字符來實現(xiàn))。錯誤檢測域的內(nèi)容是通過CRC(循環(huán)冗長檢測)方法得出的。CRC域附加在消息的最后，CRC的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個字節(jié)。

4. Modbus的錯誤檢測方法

標(biāo)準(zhǔn)的Modbus串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯誤檢測方法。奇偶校驗對每個字符都可用，幀檢測（LRC或CRC）應(yīng)用于整個消息。它們都是在消息發(fā)送前由主設(shè)備產(chǎn)生的，從設(shè)備在接收過程中檢測每個字符和整個消息幀。

用戶要給主設(shè)備配置一個預(yù)先定義的超時時間間隔，這個時間間隔要足夠長，以使任何從設(shè)備都能作出正常反應(yīng)。如果從設(shè)備檢測到傳輸錯誤，消息將不會被接收，也不會向主設(shè)備作出回應(yīng)。這樣產(chǎn)生的超時事件將觸發(fā)主設(shè)備來處理錯誤。發(fā)往不存在的從設(shè)備的地址也會產(chǎn)生超時。

4.1奇偶校驗

用戶可以配置控制器是奇校驗或偶校驗，也可以是無校驗。如果指定了奇或偶校驗，將計算每個字符(8個Bit)中“1”的位數(shù)（ASCII模式7個數(shù)據(jù)Bit，RTU中8個數(shù)據(jù)Bit）。例如字符C5H包含以下8個數(shù)據(jù)Bit：

1 1 0 0 0 1 0 1

整個字符“1”的位數(shù)是4個。如果便用了偶校驗，因為4是偶數(shù)，幀的奇偶校驗位將是0，使得整個幀的“1”的個數(shù)仍是偶數(shù)(4)。如果使用了奇校驗，幀的奇偶校驗位將是1，便得整個幀的“1”的個數(shù)是奇數(shù)(4+1=5)。

如果沒有指定奇偶校驗位，傳輸時就沒有校驗位，也不進(jìn)行校驗檢測。此時，在要傳輸?shù)淖址麕性黾右粋€停止位。

4.2 LRC校驗

被應(yīng)用于ASCII模式，消息包括了一個基于LRC方法的錯誤檢測域。LRC域檢測了消息域中除開始的冒號及結(jié)束的回車換行號以外的內(nèi)容。

LRC域是一個包含8位二進(jìn)制值的字節(jié)。LRC值由發(fā)送設(shè)備計算并放到消息幀中，接收設(shè)備在接收消息的過程中重新計算LRC，并將它和接收消息中的LRC值比較，如果兩值不等，說明有錯誤。

LRC方法是將消息中的8Bit的字節(jié)連續(xù)累加，丟棄了進(jìn)位。

4.3 CRC校驗

被應(yīng)用于RTU模式，消息包括了一個基于CRC方法的錯誤檢測域。CRC域檢測了整個消息的內(nèi)容。

CRC域是兩個字節(jié)，包含一個16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。

CRC方法比LRC方法繁瑣得多，受篇幅限制在此不作介紹。如需了解，請參見本人發(fā)表的《CRC校驗原理與程序設(shè)計》一文。

一個通信實例：

表3是一個以RTU方式讀取整數(shù)數(shù)據(jù)的例子。主機(jī)向01H號從機(jī)發(fā)出04H號(讀取輸入寄存器)功能碼,要求讀取從0000H地址開始的2個(16Bit)輸入寄存器的值。CB71H是01H、04H、00H、00H、00H、02H六個數(shù)據(jù)的CRC校驗值。從機(jī)應(yīng)答時將地址和功能碼原樣發(fā)回，并將2個(16Bit)輸入寄存器的值0107H和0251H分成4個(8Bit)數(shù)據(jù)01H、07H、02H、51H發(fā)回。258BH是01H、04H、04H、01H、07H、02H、51H七個數(shù)據(jù)的CRC校驗值。

主機(jī)請求消息幀(8個字節(jié))

從機(jī)應(yīng)答消息幀(9個字節(jié))

表3.以RTU方式讀取整數(shù)數(shù)據(jù)

參考文獻(xiàn)：

①GB/T 19582.1-2008《基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范》

②Modbus協(xié)議中文版可在互聯(lián)網(wǎng)上下載