手把手教你學(xué)51單片機(jī)之十八 RS485通信與Modbus協(xié)議

在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域，通常情況下是采用串口通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。最初采用的方式是RS232接口，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜，各種電氣設(shè)備會(huì)在環(huán)境中產(chǎn)生比較多的電磁干擾，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤。除此之外，RS232接口只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，不具備聯(lián)網(wǎng)功能，最大傳輸距離也只能達(dá)到十幾米，不能滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離通信要求。而RS485則解決了這些問(wèn)題，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，可以有效的解決共模干擾問(wèn)題，最大距離可達(dá)1200米，并且允許多個(gè)收發(fā)設(shè)備接到同一條總線上。隨著工業(yè)應(yīng)用通信越來(lái)越多，1979年施耐德電氣制定了一個(gè)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議Modbus協(xié)議，現(xiàn)在工業(yè)中使用RS485通信場(chǎng)合很多都采用Modbus協(xié)議，本節(jié)課我們就來(lái)講解一下RS485通信和Modbus協(xié)議。

單單使用一塊KST-51開(kāi)發(fā)板是不能夠進(jìn)行RS485實(shí)驗(yàn)的，應(yīng)很多同學(xué)的要求，把這節(jié)課作為擴(kuò)展課程講一下，如果要做本課相關(guān)實(shí)驗(yàn)，需要自行購(gòu)買(mǎi)USB轉(zhuǎn)RS485通信模塊，或連接其它的RS485主控設(shè)備進(jìn)行。

1.1RS485通信

RS232標(biāo)準(zhǔn)是誕生于RS485之前的，但是RS232有幾處不足的地方：

1、接口的信號(hào)電平值較高，達(dá)到十幾V，使用不當(dāng)容易損壞接口芯片，電平標(biāo)準(zhǔn)也與TTL電平不兼容。

2、傳輸速率有局限，不可以過(guò)高，一般到一兩百千比特每秒(Kb/s)就到極限了。

3、接口使用信號(hào)線和GND與其它設(shè)備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產(chǎn)生干擾，并且抗干擾性能也比較弱。

4、傳輸距離有限，最多只能通信幾十米。

5、通信的時(shí)候只能兩點(diǎn)之間進(jìn)行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。

針對(duì)RS232接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS485就是其中之一，它具備以下的特點(diǎn)：

1、采用差分信號(hào)。我們?cè)谥vA/D的時(shí)候，講過(guò)差分信號(hào)輸入的概念，同時(shí)也介紹了差分輸入的好處，最大的優(yōu)勢(shì)是可以抑制共模干擾。尤其當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，干擾比較多時(shí)，采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485采用兩根通信線，通常用A和B或者D+和D-來(lái)表示。邏輯“1”以?xún)删€之間的電壓差為+(0.2~6)V表示，邏輯“0”以?xún)删€間的電壓差為-(0.2~6)V來(lái)表示，是一種典型的差分通信。

2、RS485通信速率快，最大傳輸速度可以達(dá)到10Mb/s以上。

3、RS485內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)，采用的是平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗干擾能力也大大增加。

4、傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到1200米左右，但是它的傳輸速率和傳輸距離是成反比的，只有在100Kb/s以下的傳輸速度，才能達(dá)到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠(yuǎn)距離可以使用中繼。

5、可以在總線上進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，總線上允許掛多個(gè)收發(fā)器，從現(xiàn)有的RS485芯片來(lái)看，有可以掛32、64、128、256等不同個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器。

6、RS485的接口非常簡(jiǎn)單，與RS232所使用的MAX232是類(lèi)似的，只需要一個(gè)RS485轉(zhuǎn)換器，就可以直接與單片機(jī)的UART串口連接起來(lái)，并且使用完全相同的異步串行通信協(xié)議。但是由于RS485是差分通信，因此接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)是不能同時(shí)進(jìn)行的，也就是說(shuō)它是一種半雙工通信。那我們?nèi)绾闻袛嗍裁磿r(shí)候發(fā)送，什么時(shí)候接收呢？

RS485轉(zhuǎn)換芯片很多，這節(jié)課我們以典型的MAX485為例講解RS485通信，如圖18-1所示。

圖18-1MAX485硬件接口

MAX485是美信(Maxim)推出的一款常用RS485轉(zhuǎn)換器。其中5腳和8腳是電源引腳；6腳和7腳就是RS485通信中的A和B兩個(gè)引腳；1腳和4腳分別接到單片機(jī)的RXD和TXD引腳上，直接使用單片機(jī)UART進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送；2腳和3腳是方向引腳，其中2腳是低電平使能接收器，3腳是高電平使能輸出驅(qū)動(dòng)器，我們把這兩個(gè)引腳連到一起，平時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，保持這兩個(gè)引腳是低電平，讓MAX485處于接收狀態(tài)，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，把這個(gè)引腳拉高，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后再拉低這個(gè)引腳就可以了。為了提高RS485的抗干擾能力，需要在靠近MAX485的A和B引腳之間并接一個(gè)電阻，這個(gè)電阻阻值從100歐到1K都是可以。

在這里我們還要介紹一下如何使用KST-51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行外圍擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。我們的開(kāi)發(fā)板只能把基本的功能給同學(xué)們做出來(lái)提供實(shí)驗(yàn)練習(xí)，但是同學(xué)們學(xué)習(xí)的腳步不應(yīng)該停留在這個(gè)實(shí)驗(yàn)板上。如果想進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)，就可以通過(guò)單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的擴(kuò)展接口進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。大家可以看到藍(lán)綠色的單片機(jī)座周?chē)?2個(gè)插針，這32個(gè)插針就是把單片機(jī)的32個(gè)IO引腳全部都引出來(lái)了。在原理圖上體現(xiàn)出來(lái)的就是J4、J5、J6、J7這4個(gè)器件，如圖18-2所示。

圖18-2單片機(jī)擴(kuò)展接口

這32個(gè)IO口中并不是所有的都可以用來(lái)對(duì)外擴(kuò)展，其中既作為數(shù)據(jù)輸出，又可以作為數(shù)據(jù)輸入的引腳是不可以用的，比如P3.2、P3.4、P3.6引腳，這三個(gè)引腳是不可用的。比如P3.2這個(gè)引腳，如果我們用來(lái)擴(kuò)展，發(fā)送的信號(hào)如果和DS18B20的時(shí)序吻合，會(huì)導(dǎo)致DS18B20拉低引腳，影響通信。除這3個(gè)IO口以外的其它29個(gè)，都可以使用杜邦線接上插針，擴(kuò)展出來(lái)使用。當(dāng)然了，如果把當(dāng)前的IO口應(yīng)用于擴(kuò)展功能了，板子上的相應(yīng)功能就實(shí)現(xiàn)不了了，也就是說(shuō)需要擴(kuò)展功能和板載功能之間二選一。

在進(jìn)行RS485實(shí)驗(yàn)中，我們通信用的引腳必須是P3.0和P3.1，此外還有一個(gè)方向控制引腳，我們使用杜邦線將其連接到P1.7上去。RS485的另外一端，大家可以使用一個(gè)USB轉(zhuǎn)RS485模塊，用雙絞線把開(kāi)發(fā)板和模塊上的A和B分別對(duì)應(yīng)連起來(lái)，USB那頭插入電腦，然后就可以進(jìn)行通信了。

學(xué)習(xí)了第13章實(shí)用的串口通信方法和程序后，做這種串口通信的方法就很簡(jiǎn)單了，基本是一致的。我們使用實(shí)用串口通信例程的思路，做了一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，通過(guò)串口調(diào)試助手下發(fā)任意個(gè)字符，單片機(jī)接收到后在末尾添加“回車(chē)+換行”符后再送回，在調(diào)試助手上重新顯示出來(lái)，先把程序貼出來(lái)。

程序中需要注意的一點(diǎn)是：因?yàn)槠匠６际菍AX485設(shè)置為接收狀態(tài)，只有在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候才將MAX485改為發(fā)送狀態(tài)，所以在UartWrite()函數(shù)開(kāi)頭將MAX485方向引腳拉高，函數(shù)退出前再拉低。但是這里有一個(gè)細(xì)節(jié)，就是單片機(jī)的發(fā)送和接收中斷產(chǎn)生的時(shí)刻都是在停止位的一半上，也就是說(shuō)每當(dāng)停止位傳送了一半的時(shí)候，RI或TI就已經(jīng)置位并且馬上進(jìn)入中斷（如果中斷使能的話）函數(shù)了，接收的時(shí)候自然不會(huì)存在問(wèn)題，但發(fā)送的時(shí)候就不一樣了：當(dāng)緊接著向SBUF寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，UART硬件會(huì)在完成上一個(gè)停止位的發(fā)送后，再開(kāi)始新字節(jié)的發(fā)送，但如果此時(shí)不是繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)字節(jié)，而是已經(jīng)發(fā)送完畢了，要停止發(fā)送并將MAX485方向引腳拉低以使MAX485重新處于接收狀態(tài)時(shí)就有問(wèn)題了，因?yàn)檫@時(shí)候最后的這個(gè)停止位實(shí)際只發(fā)送了一半，還沒(méi)有完全完成，所以就有了UartWrite()函數(shù)內(nèi)DelayX10us(5)這個(gè)操作，這是人為的增加了50us的延時(shí)，這50us的時(shí)間正好讓剩下的一半停止位完成，那么這個(gè)時(shí)間自然就是由通信波特率決定的了，為波特率周期的一半。

/RS485.c文件程序源代碼*/

#include

#include

sbitRS485_DIR=P1^7;//RS485方向選擇引腳

bitflagFrame=0;//幀接收完成標(biāo)志，即接收到一幀新數(shù)據(jù)

bitflagTxd=0;//單字節(jié)發(fā)送完成標(biāo)志，用來(lái)替代TXD中斷標(biāo)志位

unsignedcharcntRxd=0;//接收字節(jié)計(jì)數(shù)器

unsignedcharpdatabufRxd[64];//接收字節(jié)緩沖區(qū)

externvoidUartAction(unsignedchar*buf,unsignedcharlen);

/*串口配置函數(shù)，baud-通信波特率*/

voidConfigUART(unsignedintbaud)

{

RS485_DIR=0;//RS485設(shè)置為接收方向

SCON=0x50;//配置串口為模式1

TMOD&=0x0F;//清零T1的控制位

TMOD|=0x20;//配置T1為模式2

TH1=256-(11059200/12/32)/baud;//計(jì)算T1重載值

TL1=TH1;//初值等于重載值

ET1=0;//禁止T1中斷

ES=1;//使能串口中斷

TR1=1;//啟動(dòng)T1

}

/*軟件延時(shí)函數(shù)，延時(shí)時(shí)間(t*10)us*/

voidDelayX10us(unsignedchart)

{

do{

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

}while(--t);

}

/*串口數(shù)據(jù)寫(xiě)入，即串口發(fā)送函數(shù)，buf-待發(fā)送數(shù)據(jù)的指針，len-指定的發(fā)送長(zhǎng)度*/

voidUartWrite(unsignedchar*buf,unsignedcharlen)

{

RS485_DIR=1;//RS485設(shè)置為發(fā)送

while(len--)//循環(huán)發(fā)送所有字節(jié)

{

flagTxd=0;//清零發(fā)送標(biāo)志

SBUF=*buf++;//發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

while(!flagTxd);//等待該字節(jié)發(fā)送完成

}

DelayX10us(5);//等待最后的停止位完成，延時(shí)時(shí)間由波特率決定

RS485_DIR=0;//RS485設(shè)置為接收

}

/*串口數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，buf-接收指針，len-指定的讀取長(zhǎng)度，返回值-實(shí)際讀到的長(zhǎng)度*/

unsignedcharUartRead(unsignedchar*buf,unsignedcharlen)

{

unsignedchari;

if(len>cntRxd)//指定讀取長(zhǎng)度大于實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度時(shí)，

{//讀取長(zhǎng)度設(shè)置為實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

len=cntRxd;

}

for(i=0;i

{

*buf++=bufRxd[i];

}

cntRxd=0;//接收計(jì)數(shù)器清零

returnlen;//返回實(shí)際讀取長(zhǎng)度

}

/*串口接收監(jiān)控，由空閑時(shí)間判定幀結(jié)束，需在定時(shí)中斷中調(diào)用，ms-定時(shí)間隔*/

voidUartRxMonitor(unsignedcharms)

{

staticunsignedcharcntbkp=0;

staticunsignedcharidletmr=0;

if(cntRxd>0)//接收計(jì)數(shù)器大于零時(shí)，監(jiān)控總線空閑時(shí)間

{

if(cntbkp!=cntRxd)//接收計(jì)數(shù)器改變，即剛接收到數(shù)據(jù)時(shí)，清零空閑計(jì)時(shí)

{

cntbkp=cntRxd;

idletmr=0;

}

else//接收計(jì)數(shù)器未改變，即總線空閑時(shí)，累積空閑時(shí)間

{

if(idletmr<30)//空閑計(jì)時(shí)小于30ms時(shí)，持續(xù)累加

{

idletmr+=ms;

if(idletmr>=30)//空閑時(shí)間達(dá)到30ms時(shí)，即判定為一幀接收完畢

{

flagFrame=1;//設(shè)置幀接收完成標(biāo)志

}

}

}

}

else

{

cntbkp=0;

}

}

/*串口驅(qū)動(dòng)函數(shù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)幀的接收，調(diào)度功能函數(shù)，需在主循環(huán)中調(diào)用*/

voidUartDriver()

{

unsignedcharlen;

unsignedcharpdatabuf[40];

if(flagFrame)//有命令到達(dá)時(shí)，讀取處理該命令

{

flagFrame=0;

len=UartRead(buf,sizeof(buf)-2);//將接收到的命令讀取到緩沖區(qū)中

UartAction(buf,len);//傳遞數(shù)據(jù)幀，調(diào)用動(dòng)作執(zhí)行函數(shù)

}

}

/*串口中斷服務(wù)函數(shù)*/

voidInterruptUART()interrupt4

{

if(RI)//接收到新字節(jié)

{

RI=0;//清零接收中斷標(biāo)志位

if(cntRxd

{//保存接收字節(jié)，并遞增計(jì)數(shù)器

bufRxd[cntRxd++]=SBUF;

}

}

if(TI)//字節(jié)發(fā)送完畢

{

TI=0;//清零發(fā)送中斷標(biāo)志位

flagTxd=1;//設(shè)置字節(jié)發(fā)送完成標(biāo)志

}

}

/*main.c文件程序源代碼/

#include

unsignedcharT0RH=0;//T0重載值的高字節(jié)

unsignedcharT0RL=0;//T0重載值的低字節(jié)

voidConfigTimer0(unsignedintms);

externvoidUartDriver();

externvoidConfigUART(unsignedintbaud);

externvoidUartRxMonitor(unsignedcharms);

externvoidUartWrite(unsignedchar*buf,unsignedcharlen);

voidmain()

{

EA=1;//開(kāi)總中斷

ConfigTimer0(1);//配置T0定時(shí)1ms

ConfigUART(9600);//配置波特率為9600

while(1)

{

UartDriver();//調(diào)用串口驅(qū)動(dòng)

}

}

/*串口動(dòng)作函數(shù)，根據(jù)接收到的命令幀執(zhí)行響應(yīng)的動(dòng)作

buf-接收到的命令幀指針，len-命令幀長(zhǎng)度*/

voidUartAction(unsignedchar*buf,unsignedcharlen)

{

//在接收到的數(shù)據(jù)幀后添加換車(chē)換行符后發(fā)回

buf[len++]=r;

buf[len++]=n;

UartWrite(buf,len);

}

/*配置并啟動(dòng)T0，ms-T0定時(shí)時(shí)間*/

voidConfigTimer0(unsignedintms)

{

unsignedlongtmp;//臨時(shí)變量

tmp=11059200/12;//定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率

tmp=(tmp*ms)/1000;//計(jì)算所需的計(jì)數(shù)值

tmp=65536-tmp;//計(jì)算定時(shí)器重載值

tmp=tmp+33;//補(bǔ)償中斷響應(yīng)延時(shí)造成的誤差

T0RH=(unsignedchar)(tmp>>8);//定時(shí)器重載值拆分為高低字節(jié)

T0RL=(unsignedchar)tmp;

TMOD&=0xF0;//清零T0的控制位

TMOD|=0x01;//配置T0為模式1

TH0=T0RH;//加載T0重載值

TL0=T0RL;

ET0=1;//使能T0中斷

TR0=1;//啟動(dòng)T0

}

/*T0中斷服務(wù)函數(shù)，執(zhí)行串口接收監(jiān)控*/

voidInterruptTimer0()interrupt1

{

TH0=T0RH;//重新加載重載值

TL0=T0RL;

UartRxMonitor(1);//串口接收監(jiān)控

}

現(xiàn)在看這種串口程序，是不是感覺(jué)很簡(jiǎn)單了呢？串口通信程序我們反反復(fù)復(fù)的使用，加上隨著學(xué)習(xí)的模塊越來(lái)越多，實(shí)踐的越來(lái)越多，原先感覺(jué)很復(fù)雜的東西，現(xiàn)在就會(huì)感到簡(jiǎn)單了。從設(shè)備管理器里可以查看所有的COM口號(hào)，我們下載程序用的是COM4，而USB轉(zhuǎn)RS485虛擬的是COM5，通信的時(shí)候我們用的是COM5口，如圖18-3所示。

圖18-3RS485通信試驗(yàn)設(shè)置和結(jié)果

1.2Modbus通信協(xié)議介紹

我們前邊學(xué)習(xí)UART、I2C、SPI這些通信協(xié)議，都是最底層的協(xié)議，是“位”級(jí)別的協(xié)議。而我們?cè)趯W(xué)習(xí)13章做實(shí)用串口通信程序的時(shí)候，我們通過(guò)串口發(fā)給單片機(jī)三條指令，讓單片機(jī)做了三件不同的事情，分別是“buzzon”、“buzzoff”和“showstr”。隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，我們希望可以實(shí)現(xiàn)更多的指令。而指令越來(lái)越多，帶來(lái)的后果就是非常雜亂無(wú)章，尤其是這個(gè)人喜歡寫(xiě)成“buzzon”、“buzzoff”，而另外一個(gè)人喜歡寫(xiě)成“onbuzz”、“offbuzz”。導(dǎo)致不同開(kāi)發(fā)人員寫(xiě)出來(lái)的程序代碼不兼容，不同廠家的產(chǎn)品不能掛到一條總線上通信。

隨著這種矛盾的日益嚴(yán)重，就會(huì)有聰明人提出更合理的解決方案，提出一些標(biāo)準(zhǔn)來(lái)，今后我們的編程必須按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)，這種標(biāo)準(zhǔn)也是一種通信協(xié)議，但是和UART、I2C、SPI通信協(xié)議不同的是，這種通信協(xié)議是字節(jié)級(jí)別的，叫做應(yīng)用層通信協(xié)議。在1979年由Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌）提出了全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議，就是Modbus協(xié)議。

1.2.1Modbus協(xié)議特點(diǎn)

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其他設(shè)備之間可以通信，已經(jīng)成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。這種協(xié)議定義了一種控制器能夠認(rèn)識(shí)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程，如何回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤記錄，它制定了通信數(shù)據(jù)的格局和內(nèi)容的公共格式。

在進(jìn)行多機(jī)通信的時(shí)候，Modbus協(xié)議規(guī)定每個(gè)控制器必須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按照地址發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，決定是否要產(chǎn)生動(dòng)作，產(chǎn)生何種動(dòng)作，如果要回應(yīng)，控制器將生成的反饋信息用Modbus協(xié)議發(fā)出。

Modbus協(xié)議允許在各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行簡(jiǎn)單通信，每種設(shè)備（PLC、人機(jī)界面、控制面板、驅(qū)動(dòng)程序、輸入輸出設(shè)備等）都能使用Modbus協(xié)議來(lái)啟動(dòng)遠(yuǎn)程操作，一些網(wǎng)關(guān)允許在幾種使用Modbus協(xié)議的總線或網(wǎng)絡(luò)之間的通信，如圖18-4所示。

圖18-4Modbus網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)實(shí)例

Modbus協(xié)議的整體架構(gòu)和格式比較復(fù)雜和龐大，在我們的課程里，我們重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信控制方式，作為一個(gè)入門(mén)級(jí)別的了解。如果大家要詳細(xì)了解，或者使用Modbus開(kāi)發(fā)相關(guān)設(shè)備，可以查閱相關(guān)的國(guó)標(biāo)文件再進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

1.1.1RTU協(xié)議幀數(shù)據(jù)

Modbus有兩種通信傳輸方式，一種是ASCII模式，一種是RTU模式。由于ASCII模式的數(shù)據(jù)字節(jié)是7bit數(shù)據(jù)位，51單片機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而且實(shí)際應(yīng)用的也比較少，所以這里我們只用RTU模式。兩種模式相似，會(huì)用一種另外一種也就會(huì)了。一條典型的RTU數(shù)據(jù)幀如圖18-5所示。

圖18-5RTU數(shù)據(jù)幀

與之前我們講解實(shí)用串口通信程序時(shí)用的原理相同，一次發(fā)送的數(shù)據(jù)幀必須是作為一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。我們?cè)趯?shí)用串口通信程序中采用的方法是定義30ms，如果數(shù)據(jù)接收時(shí)超過(guò)了30ms還沒(méi)有接收到下一個(gè)字節(jié)，我們就認(rèn)為這次的數(shù)據(jù)結(jié)束。而Modbus的RTU模式規(guī)定不同數(shù)據(jù)幀之間的間隔是3.5個(gè)字節(jié)通信時(shí)間以上。如果在一幀數(shù)據(jù)完成之前有超過(guò)3.5個(gè)字節(jié)時(shí)間的停頓，接收設(shè)備將刷新當(dāng)前的消息并假定下一個(gè)字節(jié)是一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始。同樣的，如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字節(jié)時(shí)間內(nèi)接著前邊一個(gè)數(shù)據(jù)開(kāi)始，接收設(shè)備將會(huì)認(rèn)為它是前一幀數(shù)據(jù)的延續(xù)。這將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因此大家看RTU數(shù)據(jù)幀最后還有16bit的CRC校驗(yàn)。

起始位和結(jié)束符：圖18-5上代表的是一個(gè)數(shù)據(jù)幀，前后都至少有3.5個(gè)字節(jié)的時(shí)間間隔，起始位和結(jié)束符實(shí)際上沒(méi)有任何數(shù)據(jù)，T1-T2-T3-T4代表的是時(shí)間間隔3.5個(gè)字節(jié)以上的時(shí)間，而真正有意義的第一個(gè)字節(jié)是設(shè)備地址。

設(shè)備地址：很多同學(xué)不理解，在多機(jī)通信的時(shí)候，數(shù)據(jù)那么多，我們依靠什么判斷這個(gè)數(shù)據(jù)幀是哪個(gè)設(shè)備的呢？沒(méi)錯(cuò)，就是依靠這個(gè)設(shè)備地址字節(jié)。每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)自己的地址，當(dāng)設(shè)備接收到一幀數(shù)據(jù)后，程序首先對(duì)設(shè)備地址字節(jié)進(jìn)行判斷比較，如果與自己的地址不同，則對(duì)這幀數(shù)據(jù)直接不予理會(huì)，如果與自己的地址相同，就要對(duì)這幀數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，按照之后的功能碼執(zhí)行相應(yīng)的功能。如果地址是0x00，則認(rèn)為是一個(gè)廣播命令，就是所有的從機(jī)設(shè)備都要執(zhí)行的指令。

功能代碼：在第二個(gè)字節(jié)功能代碼字節(jié)中，Modbus規(guī)定了部分功能代碼，此外也保留了一部分功能代碼作為備用或者用戶(hù)自定義，這些功能碼大家不需要去記憶，甚至都不用去看，直到你用到的那天再過(guò)來(lái)查這個(gè)表格即可，如表18-1所示。

表18-1Modbus功能碼