串口屏Modbus通讯协议详解

Modbus是一种开放的通信协议，广泛应用于工业自动化领域。它定义了消息结构和设备间的通信方式，支持多种物理层网络，如RS-232、RS-485等。本文将详细介绍如何在串口屏上实现Modbus通讯，并提供一个具体的示例。

1. Modbus概述

Modbus协议由Modicon（现为施耐德电气的一部分）于1979年开发，用于PLC之间的通信。该协议简单可靠，易于理解和实施。Modbus有两种变体：ASCII模式和RTU（远程终端单元）模式。RTU模式更常见且传输效率更高。

2. 硬件连接

2.1 选择合适的串行接口

RS-232：适用于点对点连接。

RS-485：支持多点连接，适合长距离传输。

2.2 正确接线

RS-232：直接连接TXD到RXD，RXD到TXD，GND到GND。

RS-485：需要使用A/B线进行差分信号传输，同时确保所有设备共地。

3. 配置串口参数

确保所有设备配置相同的串口参数：

波特率：常见的有9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps。

数据位：8位。

停止位：1或2位。

校验：无校验、奇校验或偶校验。

流控：一般不启用。

4. Modbus功能码

Modbus协议通过不同的功能码来定义具体的操作类型。以下是常用的功能码：

0x01：读取线圈状态

0x02：读取输入状态

0x03：读取保持寄存器

0x04：读取输入寄存器

0x05：写入单个线圈

0x06：写入单个寄存器

0x0F：写入多个线圈

0x10：写入多个寄存器

5. 请求帧构建

请求帧的基本格式如下：

[从站地址][功能码][起始地址高位][起始地址低位][数量高位][数量低位][CRC低字节][CRC高字节]

示例

假设要向地址为1的设备发送命令，请求读取从第0号开始的连续两个寄存器的内容：

从站地址: 0x01

功能码: 0x03 (读取保持寄存器)

起始地址: 0x0000

寄存器数量: 0x0002

因此，请求帧为:01 03 00 00 00 02 [CRC低] [CRC高]，其中CRC校验码需根据前面部分计算得出。

6. 发送请求并接收响应

6.1 发送请求

使用编程语言或专用软件工具通过串口发送上述构建好的请求帧。

6.2 接收响应

接收来自目标设备的响应，并解析其内容。如果一切正常，会收到包含所需数据的响应包。

6.3 响应帧格式

响应帧的基本格式如下：

[从站地址][功能码][字节数][数据1][数据2]...[数据N][CRC低字节][CRC高字节]

示例

假设请求成功，响应帧可能如下所示：01 03 04 00 0A 00 0B [CRC低] [CRC高]

表示从0号寄存器读取了两个值0x0A和0x0B。

7. 错误处理

检查返回的功能码是否为异常响应（即功能码加0x80），如果是，则需根据具体错误代码采取相应措施。常见的错误代码包括：

0x81：非法功能码

0x82：非法数据地址

0x83：非法数据值

0x84：执行失败

8. 实际应用中的注意事项

确保硬件连接正确：特别是RS-485接口的A/B线连接。

配置一致的串口参数：所有设备必须使用相同的波特率、数据位、停止位和校验方式。

合理规划地址空间：避免地址冲突。

调试工具的使用：利用Modbus调试工具测试整个系统的连通性。

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