RS485通信和Modbus協(xié)議

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1、 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)場比較復(fù)雜，各種電氣設(shè)備會在環(huán)境中產(chǎn)生比較多的電磁 干擾，會導致信號傳輸錯誤。除此之外， RS232接口只能實現(xiàn)點對點通信，不具備聯(lián)網(wǎng)功能，最大傳輸距離也只能達到幾十米，不能滿足遠距離通信要求。而 RS485則解決了這些問題，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，可以有效的解決共模干擾問題，最大距離可以到 1200 米，并且允許多個收發(fā)設(shè)備接到同一條總線上。隨著工業(yè)應(yīng)用通信越來越多， 1979 年施耐德電氣制定了一個用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議 Mo

2、dbus 協(xié)議，現(xiàn)在工業(yè)中使用 RS485 通信場合很多都采用 Modbus 協(xié)議，本節(jié)課我們要講解一下 RS485 通信和 Modbus 協(xié)議。 單單使用一塊 KST-51開發(fā)板是不能夠進行 RS485實驗的，應(yīng)很多同學的要求，把這節(jié)課作為擴展課程講一下，如果要做本課相關(guān)實驗，需要自行購買 USB轉(zhuǎn) 485 通信模塊。 18.1 RS485通信 實際上在 RS485之前 RS232就已經(jīng)誕生，但是 RS232有幾處不足的地方： 1、接口的信號電平值較高，達到十幾 V，容易損壞接口電路的芯片，而且和 TTL 電平不兼容，因此和單片機電路接起來的話必須加轉(zhuǎn)換電路。

3、2、傳輸速率有局限，不可以過高，一般到幾十 Kb/s 就到極限 了。 3、接口使用信號線和 GND與其他設(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、通信的時候只能兩點之間進行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機聯(lián)網(wǎng)通 信。 針對 RS232接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準， RS485就是其中之一，他具備以下的特點： 1、我們在講 A/D 的時候，講過差分信號輸入的概念，同時也介紹了差分輸入的好處，最大的優(yōu)勢是可以抑制共模干擾。尤其工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境比較復(fù)雜，干擾比較多，所以通信

4、如果采用的是差分方 式，就可以有效的抑制共模干擾。而 RS485就是一種差分通信方 式，它的通信線路是兩根，通常用 A和 B 或者 D+和 D-來表示。邏輯“1”以兩線之間的電壓差為 +(0.2~6)V 表示，邏輯“ 0”以兩線間的電壓差為 -(0.2~6)V 來表示，是一種典型的差分通信。 2、RS485通信速度快，最大傳輸速度可以達到 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、傳輸距離最遠可以達到 1200 米左右，但是他的傳輸速率和傳輸距離是成反比的，只有在 100K

5、b/s 以下的傳輸速度，才能達到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠距離可以使用中繼。 5、可以在總線上進行聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)多機通信，總線上允許掛多個收 發(fā)器，從現(xiàn)有的 RS485芯片來看，有可以掛 32、64、128、256 等不 同個設(shè)備的驅(qū)動器。 RS485的接口非常簡單，和 RS232所使用的 MAX232是類似的，只需要一個 RS485轉(zhuǎn)換器，就可以直接和我們單片機的 UART串行接口連接起來，并且完全使用的是和 UART一致的異步串行通信協(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)是不能同時進行的，也就是說它是一種半雙工通信。那我們?nèi)绾闻袛嗍裁磿r

6、候發(fā)送，什么時候接收呢？ RS485類的芯片很多，這節(jié)課我們以 MAX485為例講解 RS485通信，如圖 18-1 所示。 圖 18-1 MAX485 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 485 通信中的 A 和 B 兩個引腳，而 1 腳和 4 腳分別接到我們單片機的 RXD和 TXD引腳上，直接 使用單片機 UART進行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。而 2 腳和 3 腳就是方向

7、引腳 了，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 器。我們把這兩個引腳連到一起，平時不發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，保持這 兩個引腳是低電平，讓 MAX485處于接收狀態(tài)，當需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時 候，把這個引腳拉高，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后再拉低這個引腳就可 以了。為了提高 RS485的抗干擾性能，需要在靠近 MAX485的 A和 B 引腳之間并接一個電阻，這個電阻阻值從 100 歐到 1K 都可以。 在這里我們還要介紹一下如何使用 KST-51單片機開發(fā)板進行外 圍擴展實驗。我們的開發(fā)板只能把基本的功能給同學們做出來提供

8、實驗練習，但是同學們學習的腳步不應(yīng)該停留在這個實驗板上。如 果想進行更多的實驗，就可以通過單片機開發(fā)板的擴展接口進行擴 展實驗。大家可以看到藍綠色的單片機座周圍有 32 個插針，這 32 個插針就是把單片機的 32 個 IO 引腳全部都引出來了。在原理圖上 體現(xiàn)出來的就是我們的 J4、J5、J6、J7 這 4 個器件，如圖 18-2 所 示。 圖 18-2 單片機擴展接口 這

9、32 個 IO 口不是所有的 IO 口都可以用來對外擴展，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，這三個引腳是不可用的。比如 P3.2 這個 引腳，如果我們用來擴展，發(fā)送的信號如果和 DS18B20的時序吻 合，會導致 DS18B20拉低引腳，影響通信。除這 3 個 IO 口以外的其 他 29 個 IO 口，都可以使用杜邦線接上插針，擴展出來使用。當然了，如果把當前的 IO 口應(yīng)用于擴展功能了，板子上的相應(yīng)的功能就 實現(xiàn)不了了，也就是說需要擴展功能和板載功能二選一。 在進行 RS485實驗中，我們通

10、信用的引腳必須是 P3.0 和P3.1，此外還有一個方向控制引腳，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 USB轉(zhuǎn) 485 模塊，用雙絞線把開發(fā)板和模塊上的 A和 B 分別對應(yīng)連起來， USB那頭插入電腦，然后就可以進行通信了。 學習了第 13 章的實用串口通信的方法和程序后，做這種串口通信的方法就很簡單了，基本是一致的。我們使用實用串口通信的思路，做了一個簡單的程序，通過串口調(diào)試助手下發(fā)任意個字符，單 片機接收到后在末尾添加“回車 +換行”符后再送回，在調(diào)試助手上重新顯示出來，先把程序貼出來。 程序中需要注意

11、的一點是：因為平常都是將 485 設(shè)置為接收狀態(tài)，只有在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候才將 485 改為發(fā)送狀態(tài)，所以在 UartWrite() 函數(shù)開頭將 485 方向引腳拉高，函數(shù)退出前再拉低。但是這里有一個細節(jié)，就是單片機的發(fā)送和接收中斷產(chǎn)生的時刻都是 在停止位的一半上，也就是說每當停止位傳送了一半的時候， RI 或 TI 就已經(jīng)置位并且馬上進入中斷（如果中斷使能的話）函數(shù)了，接收的時候自然不會存在問題，但發(fā)送的時候就不一樣了：當緊接這 向 SBUF寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)時， UART硬件會在完成上一個停止位的 發(fā)送后，再開始新字節(jié)的發(fā)送，但如果此時不是繼續(xù)發(fā)送下一個字 節(jié)，而是已經(jīng)

12、發(fā)送完畢了，要停止發(fā)送并將 485 方向引腳拉低以使 485 重新處于接收狀態(tài)時就有問題了，因為這時候最后的這個停止位實際只發(fā)送了一半，還沒有完全完成，所以就有了 UartWrite() 函數(shù)內(nèi) DelayX10us(5) 這個操作，這是人為的增加了延時 50us，這 50us 的時間正好讓剩下的一半停止位完成，那么這個時間自然就是 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 #inclu

13、de sbit RS485_DIR = P1^7; //RS485 方向選擇引腳 bit flagOnceTxd = 0; // 單次發(fā)送完成標志，即發(fā)送完一個字節(jié) bit cmdArrived = 0; // 命令到達標志，即接收到上位機下發(fā)的命令 unsigned char cntRxd = 0; unsigned char pdata bufRxd[40]; // 串口接收緩沖區(qū) void ConfigUART(unsigned int baud) // 串口配置函數(shù)， baud 為波特率 { RS485_DIR

14、 = 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; // 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 T1  計算 T1 重載值 } unsigned c

15、har UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len) // 據(jù)接收指針 buf ，讀取數(shù)據(jù)長度 len ，返回值為實際讀取到的數(shù)據(jù)長度  串口數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，數(shù) { unsigned char i; 函數(shù)，待發(fā)送數(shù)據(jù)指針 { if (len > cntRxd) // 讀取長度大于接收到的數(shù)據(jù)長度時， { len = cntRxd; // 讀取長度設(shè)置為實際接收到的數(shù)據(jù)長度 } for (i=0; i

16、{ *buf = bufRxd[ i]; buf++; } cntRxd = 0; // 清零接收計數(shù)器 return len; // 返回實際讀取長度 } void DelayX10us(unsigned char t) // 軟件延時函數(shù)，延時時間 (t*10)us { do { _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } while (--t); } vo

17、id UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len) // 串口數(shù)據(jù)寫入函數(shù)，即串口發(fā)送 buf ，數(shù)據(jù)長度 len RS485_DIR = 1; //RS485 設(shè)置為發(fā)送 while (len--) //發(fā)送數(shù)據(jù) { flagOnceTxd = 0; SBUF = *buf; buf++; while (!flagOnceTxd); } DelayX10us(5); // 等待最后的停止位完成，延時時間由波特率決定 RS485_DIR = 0; //RS485 設(shè)置為

18、接收 } void UartDriver() // 串口驅(qū)動函數(shù)，檢測接收到的命令并執(zhí)行相應(yīng)動作 { unsigned char len; unsigned char buf[30]; if (cmdArrived) // 有命令到達時，讀取處理該命令 { cmdArrived = 0; len = UartRead(buf, sizeof(buf)-2); // 將接收到的命令讀取到緩沖區(qū)中 buf[len++] = \r; //在接收到的數(shù)據(jù)幀后添加換車換行符后發(fā)回 buf[len++] = \n; Ua

19、rtWrite(buf, len); } } void UartRxMonitor(unsigned char ms) // 串口接收監(jiān)控函數(shù) { static unsigned char cntbkp = 0; static unsigned char idletmr = 0; if (cntRxd > 0) // 接收計數(shù)器大于零時，監(jiān)控總線空閑時間 { if (cntbkp != cntRxd) // 接收計數(shù)器改變，即剛接收到數(shù)據(jù)時，清零空閑計時 { cntbkp = cntRxd; idletmr = 0;

20、 } else { if (idletmr < 30) // 接收計數(shù)器未改變，即總線空閑時，累積空閑時間 { idletmr += ms; if (idletmr >= 30) // 空閑時間超過 30ms 即認為一幀命令接收完畢 { cmdArrived = 1; // 設(shè)置命令到達標志 } } } } else { cntbkp = 0; } } void InterruptUART() interrupt 4 //UART 中斷服務(wù)函數(shù) { if (RI) // 接收

21、到字節(jié) { RI = 0; //手動清零接收中斷標志位 if (cntRxd < sizeof(bufRxd)) // 接收緩沖區(qū)尚未用完時， { bufRxd[cntRxd++] = SBUF; // 保存接收字節(jié)，并遞增計數(shù)器 } } if (TI) // 字節(jié)發(fā)送完畢 { TI = 0; //手動清零發(fā)送中斷標志位 flagOnceTxd = 1; // 設(shè)置單次發(fā)送完成標志 } } /***********************main.c 文件程序源代碼 ************

22、*************/ #include unsigned char T0RH = 0; //T0 重載值的高字節(jié) unsigned char T0RL = 0; //T0 重載值的低字節(jié) void ConfigTimer0(unsigned int ms); extern void ConfigUART(unsigned int baud); extern void UartRxMonitor(unsigned char ms); extern void UartDriver(); void main () {

23、 EA = 1; // 開總中斷 ConfigTimer0(1); // 配置 T0 定時 1ms ConfigUART(9600); // 配置波特率為 9600 while(1) { UartDriver(); } } void ConfigTimer0(unsigned int ms)  //T0  配置函數(shù) { unsigned long tmp; tmp = 11059200 / 12; //定時器計數(shù)頻率 tmp = (tmp * ms) / 1000; // 計算所

24、需的計數(shù)值 tmp = 65536 - tmp; //計算定時器重載值 tmp = tmp + 34; // 修正中斷響應(yīng)延時造成的誤差 T0RH = (unsigned char)(tmp >> 8); // 定時器重載值拆分為高低字節(jié) T0RL = (unsigned char)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; 1979 年 ET0 = 1; TR0 =

25、1;  // 使能 //啟動  T0 中斷 T0 } void InterruptTimer0() interrupt 1 //T0 中斷服務(wù)函數(shù) { TH0 = T0RH; // 定時器重新加載重載值 TL0 = T0RL; UartRxMonitor(1); // 串口接收監(jiān)控 } 現(xiàn)在看這種串口程序，是不是感覺很簡單了呢？串口通信程序我們反反復(fù)復(fù)的使用，加上隨著我們學習的模塊越來越多，實踐的越來越多，原先感覺很復(fù)雜的東西，現(xiàn)在就會感到簡單了。我們的 下載程序模塊用的是 C

26、OM4，而 USB轉(zhuǎn) 485 虛擬的是 COM5，通信的時候我們用的是 COM5口，如圖 18-3 所示。 圖 18-3 RS485 串行通信 18.2 Modbus通信協(xié)議介紹 我們前邊學習 UART、I2C、SPI 這些通信協(xié)議，都是最底層的協(xié)議，是“位”級別的協(xié)議。而我們在學習 13 章實用串口通信程序的時候，我們通過串口發(fā)給單片機三條指令，讓單片機做了三件不同 的事情，分別是 "buzz on" 、"buzz off" 、和 "showstr" 。隨著我們系

27、統(tǒng)復(fù)雜性的增加，我們希望可以實現(xiàn)更多的指令。而指令越來越多，帶來的后果就是非常雜亂無章，尤其是這個人喜歡寫成 "buzz on" 、"buzz off" ，而另外一個人喜歡寫成 "on buzz" 、"off buzz" 。導致不同開發(fā)人員寫出來的代碼指令不兼容，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重，就會有聰明人提出更合理的解決方案，提出一些標準來，今后我們的編程必須按照這個標準來，這種標準也是一種通信協(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)級別的，叫做應(yīng)用層通信協(xié)議。在 由 Modicon( 現(xiàn)為施耐

28、德電氣公司的一個品牌 ) 提出了全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場總線的協(xié)議，就是 Modbus協(xié)議。 18.2.1 Modbus協(xié)議特點 Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(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)標準。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)，進行集中監(jiān)控。這種協(xié)議定義了一種控制器能夠認識使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進行通信的。它描述了控制器請求訪問其他設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其他設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤記錄，它制定了通信數(shù)據(jù)的格局和內(nèi)容的公共格式。 在進行多機通

29、信的時候， Modbus協(xié)議規(guī)定每個控制器必須要知道他們的設(shè)備地址，識別按照地址發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，決定是否要產(chǎn)生動作，產(chǎn)生何種動作，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)進行簡單通信，每種設(shè) 備 (PLC、人機界面、控制面板、驅(qū)動程序、輸入輸出設(shè)備 ) 都能使用Modbus協(xié)議來啟動遠程操作，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。

30、 圖 18-4 Modbus 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)實例 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，作為一個入門級別的了解。如果大家要詳細了解，或者使用 Modbus開發(fā)相關(guān)設(shè)備，可以查閱相關(guān)的國標文件再進行深入學習。 1.2.2 RTU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 單片機無法實現(xiàn)，而且應(yīng)用也相對較少，所以這里我們只用 RTU模式。兩

31、種模式相似，會用一種另外一種也就會了。一條典型的 RTU數(shù)據(jù)幀如圖 18-5 所示。 圖 18-5 RTU 數(shù)據(jù)幀 和我們實用串口通信程序類似，我們一次發(fā)送的數(shù)據(jù)幀必須是作為一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流進行傳輸。我們在實用串口通信程序中采用 的方法是定義 30ms，如果接收到的數(shù)據(jù)超過了 30ms還沒有接收到下一個字節(jié)，我們就認為這次的數(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 個字節(jié)通信時間以上。如果在一幀數(shù)據(jù)完成之前有超過 3.5 個字節(jié)時間的停頓，接收設(shè)備將刷新當前的消息并假定下一個字節(jié)是一個新的數(shù)據(jù)

32、幀的開始。同樣的，如果一個新消息在小于 3.5 個字節(jié)時間內(nèi)接著前邊一個數(shù)據(jù)開始的，接收的設(shè)備將會認為它是前一幀數(shù)據(jù)的延續(xù)。這將會導致一個錯誤，因此大家看 RTU數(shù)據(jù)幀最后還有 16bit 的 CRC校驗。 起始位和結(jié)束符：圖 18-5 上代表的是一個數(shù)據(jù)幀，前后都至少 有 3.5 個字節(jié)的時間間隔，起始位和結(jié)束符實際上沒有任何數(shù)據(jù)， T1-T2-T3-T4 代表的是時間間隔 3.5 個字節(jié)以上的時間，而真正有意義的第一個字節(jié)是設(shè)備地址。 設(shè)備地址：很多同學不理解，在多機通信的時候，數(shù)據(jù)那么多，我們依靠什么判斷這個數(shù)據(jù)幀是哪個設(shè)備的呢？沒錯，就是依靠這個設(shè)備地址字節(jié)。每

33、個設(shè)備都有一個自己的地址，當設(shè)備接收到一幀數(shù)據(jù)后，程序首先對設(shè)備地址字節(jié)進行判斷比較，如果與自己的地址不同，則對這幀數(shù)據(jù)直接不予理會，如果如果與自己的地 址相同，就要對這幀數(shù)據(jù)進行解析，按照之后的功能碼執(zhí)行相應(yīng)的功能。如果地址是 0x00，則認為是一個廣播命令，就是所有的從機設(shè)備都要執(zhí)行的指令。 功能代碼：在第二個字節(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，直到你有用到的那天再過來查這個表格即可，如表 18-1 所示。 功能碼 

34、 表 18-1 Modbus 功能碼 名稱 作用 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14  讀取線圈狀態(tài) 讀取輸入狀態(tài) 讀取保持寄存 器 讀取輸入寄存 器 強置單線圈 預(yù)置單寄存器 讀取異常狀態(tài) 回送診斷校驗 編程 (只用于

35、484) 控詢 (只用于 484) 讀取事件計數(shù) 讀取通信事件 記錄 編程 (184/384 484 584 ) 探詢 (184/384 484 584)  取得一組邏輯線圈的當前狀態(tài) (ON/OFF) 取得一組開關(guān)輸入的當前狀態(tài) (ON/OFF) 在一個或多個保持寄存器中取得當前的二進制值 在一個或多個輸入寄存器中取得當前的二進制值 強置一個邏輯線圈的通斷狀態(tài) 把具體二進值裝入一個保持寄存器 取得 8 個內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài)，這 8 個線圈的地

36、址由控制器 決定，用戶邏輯可以將這些線圈定義，以說明從機狀態(tài)，短報文適宜于迅速讀取狀態(tài) 把診斷校驗報文送從機，以對通信處理進行評鑒 使主機模擬編程器作用，修改 PC 從機邏輯 可使主機與一臺正在執(zhí)行長程序任務(wù)從機通信，探詢該從機是 否已完成其操作任務(wù)，僅在含有功能碼 9 的報文發(fā)送后，本功能碼才發(fā)送 可使主機發(fā)出單詢問，并隨即判定操作是否成功，尤其是該命令或其他應(yīng)答產(chǎn)生通信錯誤時 可是主機檢索每臺從機的 ModBus 事務(wù)處理通信事件記錄。如果某項事務(wù)處理完成，記錄會給出有關(guān)錯誤 可使主機模擬編程器功能修改 PC 從機邏輯

37、 可使主機與正在執(zhí)行任務(wù)的從機通信，定期控詢該從機是否已 完成其程序操作，僅在含有功能 13 的報文發(fā)送后，本功能碼才得發(fā)送 15 16 17  強置多線圈 強置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷 預(yù)置多寄存器 把具體的二進制值裝入一串連續(xù)的保持寄存器 報告從機標識 可使主機判斷編址從機的類型及該從機運行指示燈的狀態(tài) 18 884 和 MICRO 可使主機模擬編程功能，修改 PC 狀態(tài)邏輯 84 19 重置通信鏈路 發(fā)生非可修改錯誤后，是從機復(fù)位于已知狀態(tài)，可重置順序字 節(jié)

38、 20 讀取通用參數(shù) 顯示擴展存儲器文件中的數(shù)據(jù)信息 (584L) 21 寫入通用參數(shù) 把通用參數(shù)寫入擴展存儲文件，或修改 (584L) 22~64 保留作擴展功 能備用 65~72 保留以備用戶 留作用戶功能的擴展編碼 功能所用 73~119 非法功能 120~127 保留 留作內(nèi)部作用 128~255 保留 用于異常應(yīng)答 我們程序?qū)δ艽a的處理，就是程序來檢測這個字節(jié)的數(shù)值

39、，然后根據(jù)其數(shù)值來做相應(yīng)的功能處理。 數(shù)據(jù)：跟在功能代碼后邊的是 n 個 8bit 的數(shù)據(jù)。這個 n 值的到底是多少，是功能代碼來確定的，不同的功能代碼后邊跟的數(shù)據(jù)數(shù) 量不同。舉個例子，如果功能碼是 0x03，也就是讀保持寄存器，那么主機發(fā)送數(shù)據(jù) n 的組成部分就是： 2 個字節(jié)的寄存器起始地址，加 2 個字節(jié)的寄存器數(shù)量 N*。從機數(shù)據(jù) n 的組成部分是： 1 個字節(jié)的字節(jié)數(shù)，因為我們回復(fù)的寄存器的值是 2 個字節(jié)，所以這個字節(jié)數(shù)也就是 2N*個，再加上 2N*個寄存器的值，如圖 18-6 所示。

40、 圖 18-6 讀保持寄存器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) CRC校驗： CRC校驗是一種數(shù)據(jù)算法，是用來校驗數(shù)據(jù)對錯的。 CRC校驗函數(shù)把一幀數(shù)據(jù)除最后兩個字節(jié)外，前邊所有的字節(jié)進行 特定的算法計算，計算完后生成了一個 16bit 的數(shù)據(jù)，作為 CRC校驗碼，添加在一幀數(shù)據(jù)的最后。接收方接收到數(shù)據(jù)后，同樣會把前 邊的字節(jié)進行 CRC計算，計算完了再和發(fā)過來的 CRC的 16bit 的數(shù)據(jù)進行比較，如果相同則認為數(shù)據(jù)正常，沒有出錯，如果比較不相 同，則說明數(shù)據(jù)在傳輸中發(fā)生了錯誤，這幀數(shù)據(jù)將被丟棄，就像沒收到一樣，而發(fā)送方會在得不到回應(yīng)后做相應(yīng)的處理錯誤處理。

41、 RTU模式的每個字節(jié)的位是這樣分布的： 1 個起始位、 8 個數(shù)據(jù)位，最小有效位先發(fā)送、 1 個奇偶校驗位 ( 如果無校驗則沒有這一位) 、1 位停止位 ( 有校驗位時 ) 或者 2 個停止位 ( 無校驗位時 ) 。 18.3 Modbus多機通信例程 給從機下發(fā)不同的指令，從機去執(zhí)行不同的操作，這個就是判斷一下功能碼即可，和我們前邊學的實用串口例程是類似的。多機通信，無非就是添加了一個設(shè)備地址判斷而已，難度也不是很大。 我們找了一個 Modbus調(diào)試精靈，通過設(shè)置設(shè)備地址，讀寫寄存器的 地址以及數(shù)值數(shù)量等參數(shù)，可以直接替代串口調(diào)試助手，比較方便 的下發(fā)多個字

42、節(jié)的數(shù)據(jù)，如圖 18-7 所示。我們先來就圖中的設(shè)置和 數(shù)據(jù)來對 Modbus做進一步的分析，圖中的數(shù)據(jù)來自于調(diào)試精靈與我 們接下來要講的例程之間的交互。 圖 18-7 Modbus 調(diào)試精靈 如圖：我們的 USB轉(zhuǎn) 485 模塊虛擬出的是 COM5，波特率 9600， 無校驗位，數(shù)據(jù)位是 8 位， 1 位停止位，設(shè)備地址假設(shè)為 1。 寫寄存器的時候，如果我們要把 01 寫到一個

43、地址是 0000 的寄 存器地址里，點一下“寫入”，就會出現(xiàn)發(fā)送指令： 01 06 00 00 00 01 48 0A 。我們來分析一下這幀數(shù)據(jù)，其中 01 是設(shè)備地址， 06 是功能碼，代表寫寄存器這個功能，后邊跟 00 00 表示的是要寫入的寄存器的地址， 00 01 就是要寫入的數(shù)據(jù)， 48 0A 就是 CRC校驗碼，這是軟件自動算出來了。而根據(jù) Modbus協(xié)議，當寫寄存器的時候，從機成功完成該指令的操作后，會把主機發(fā)送的指令直接返 回，我們的調(diào)試精靈會接收到這樣一幀數(shù)據(jù)： 48 0A。  01 06 00 00 00

44、01 假如我們現(xiàn)在要從寄存器地址  0002 開始讀取寄存器，并且讀取 的數(shù)量是 2 個。點一下“讀出”，就會出現(xiàn)發(fā)送指令： 01 03 00 02 00 02 65 CB 。其中 01 是設(shè)備地址， 03 是功能碼，代表寫寄存器這個功能， 00 02 就是讀寄存器的起始地址，后一個 00 02 就是要讀 取 2 個寄存器的數(shù)值， 65 CB 就是 CRC校驗。而接收到的數(shù)據(jù)是： 01 03 04 00 00 00 00 FA 33 。其中 01 是設(shè)備地址， 03 是功能 碼， 04 代表的是后邊讀到的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是 4 個， 00 00 0

45、0 00 分別 是地址為 00 02 和 00 03 的寄存器內(nèi)部的數(shù)據(jù)，而 FA 33 就是 CRC 校驗了。 似乎越來越明朗了，所謂的 Modbus這種通信協(xié)議，無非就是主 機下發(fā)了不同的指令，從機根據(jù)指令的判斷來執(zhí)行不同的操作而 已。由于我們的開發(fā)板沒有 Modbus功能碼那么多相應(yīng)的功能，我們 在程序中定義了一個數(shù)組 regGroup[5] ，相當于 5 個寄存器，此外 又定義了第 6 個寄存器，控制蜂鳴器，通過下發(fā)不同的指令我們改 變寄存器組的數(shù)據(jù)或者改變蜂鳴器的開關(guān)狀態(tài)。在 Modbus協(xié)議里寄 存器的地址和數(shù)值都是 16 位的

46、，即 2 個字節(jié)，我們默認高字節(jié)是 0x00，低字節(jié)就是數(shù)組 regGroup 對應(yīng)的值。其中地址 0x0000 到 0x0004 對應(yīng)的就是 regGroup 數(shù)組中的元素，我們寫入的同時把數(shù)字又顯示到我們的 LCD1602液晶上，而 0x0005 這個地址，寫入0x00，蜂鳴器就不響，寫入任何其他數(shù)字，蜂鳴器就報警。我們單片機的主要工作也就是解析串口接收的數(shù)據(jù)執(zhí)行不同操作，也就是主要在 RS485.C這個文件中了 /***********************RS485.c 文件程序源代碼 *************************/ #include <

47、reg52.h> #include sbit RS485_DIR = P1^7; //RS485  方向選擇引腳 bit flagOnceTxd = 0; // 單次發(fā)送完成標志，即發(fā)送完一個字節(jié) bit cmdArrived = 0; // 命令到達標志，即接收到上位機下發(fā)的命令 unsigned char cntRxd = 0; unsigned char pdata bufRxd[40]; // 串口接收緩沖區(qū) unsigned char regGroup[5]; //Modbus 寄存器組，地址

48、為 0x00 ～0x04 extern bit flagBuzzOn; extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str); extern unsigned int GetCRC16(unsigned char *ptr, unsigned char len); void ConfigUART(unsigned int baud) //  串口配置函數(shù)，  baud 

49、 為波特率 { 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; // 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 T1 

50、計算 T1 重載值 } unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len) // 據(jù)接收指針 buf ，讀取數(shù)據(jù)長度 len ，返回值為實際讀取到的數(shù)據(jù)長度  串口數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，數(shù) { unsigned char i; if (len > cntRxd) // 讀取長度大于接收到的數(shù)據(jù)長度時， { len = cntRxd; // 讀取長度設(shè)置為實際接收到的數(shù)據(jù)長度 } for (i=0; i

51、的數(shù)據(jù) { *buf = bufRxd[ i]; buf++; } cntRxd = 0; // 清零接收計數(shù)器 return len; // 返回實際讀取長度 } void DelayX10us(unsigned char t) // 軟件延時函數(shù)，延時時間 (t*10)us { do { _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } while (--t);

52、} void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len) // 函數(shù)，待發(fā)送數(shù)據(jù)指針 buf ，數(shù)據(jù)長度 len {  串口數(shù)據(jù)寫入函數(shù)，即串口發(fā)送 RS485_DIR = 1; //RS485  設(shè)置為發(fā)送 while (len--) //發(fā)送數(shù)據(jù) { flagOnceTxd = 0; SBUF = *buf; buf++; while (!flagOnceTxd); } DelayX10us(5); /

53、/ 等待最后的停止位完成，延時時間由波特率決定 RS485_DIR = 0; //RS485 設(shè)置為接收 } void UartDriver() // 串口驅(qū)動函數(shù)，檢測接收到的命令并執(zhí)行相應(yīng)動作 { unsigned char i; unsigned char cnt; unsigned char len; unsigned char buf[30]; unsigned char str[4]; unsigned int crc; unsigned char crch, crcl; if (cmdArrived) //

54、有命令到達時，讀取處理該命令 { cmdArrived = 0; len = UartRead(buf, sizeof(buf)); // 將接收到的命令讀取到緩沖區(qū)中 if (buf[0] == 0x01) // 核對地址以決定是否響應(yīng)命令，本例本機地址為 {  0x01 crc = GetCRC16(buf, len-2); // 計算 CRC校驗值 crch = crc >> 8; crcl = crc & 0xFF; if ((buf[len-2] == crch) && (buf[len-1] =

55、= crcl)) // {  判斷  CRC校驗是否正確 switch (buf[1]) // {  按功能碼執(zhí)行操作 case 0x03: // 讀取一個或連續(xù)的寄存器 if ((buf[2] == 0x00) && (buf[3] <= 0x05)) //  寄存器地址支持  0x0000  ～ 0x0005 { if (buf[3] <= 0x04) { i = buf[3]; cnt =

56、 buf[5];  // 提取寄存器地址 //提取待讀取的寄存器數(shù)量 buf[2] = cnt*2; // 讀取數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，為寄存器數(shù) *2 ，因 Modbus 定義的寄存器為 16 位 len = 3; while (cnt--) { buf[len++] = 0x00; // 寄存器高字節(jié)補 0 buf[len++] = regGroup[ i++]; // 低字節(jié) } } else // 地址 0x05 為蜂鳴器狀態(tài) { buf[2] = 2; // 讀取數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) bu

57、f[3] = 0x00; buf[4] = flagBuzzOn; len = 5; } break; } else // 寄存器地址不被支持時，返回錯誤碼 { buf[1] = 0x83; buf[2] = 0x02;  // //  功能碼最高位置設(shè)置異常碼為  1 02-  無效地址 len = 3; break; } case 0x06: // 寫入單個寄存器 if ((buf[2] == 0x00) && (buf[3]

58、<= 0x05)) //寄存器地址支持 0x0000 ～ 0x0005 { if (buf[3] <= 0x04) { i = buf[3]; regGroup[ i] = buf[5];  // 提取寄存器地址 //保存寄存器數(shù)據(jù) cnt = regGroup[ i] >> 4; // 顯示到液晶上 if (cnt >= 0xA) str[0] = cnt - 0xA + A; else str[0] = cnt + 0; cnt = regGroup[ i] & 0x0F; if (cn

59、t >= 0xA) str[1] = cnt - 0xA + A; else str[1] = cnt + 0; str[2] = \0; LcdShowStr(i*3, 0, str); } else // 地址 0x05 為蜂鳴器狀態(tài) { flagBuzzOn = (bit)buf[5]; // 寄存器值轉(zhuǎn)換為蜂鳴器的開關(guān) } len -= 2; // 長度 -2 以重新計算 CRC并返回原幀 break; } else // 寄存器地址不被支持時，返回錯誤碼 { bu

60、f[1] = 0x86; // buf[2] = 0x02; //  功能碼最高位置設(shè)置異常碼為  1 02-  無效地址 len = 3; break; } default: // 其它不支持的功能碼 buf[1] |= 0x80; // 功能碼最高位置 buf[2] = 0x01; //設(shè)置異常碼為 len = 3;  1 01-  無效功能 break; } crc = GetCR

61、C16(buf, len); // 計算 CRC校驗值 buf[len++] = crc >> 8; //CRC 高字節(jié) buf[len++] = crc & 0xFF; //CRC 低字節(jié) UartWrite(buf, len); // 發(fā)送響應(yīng)幀 } } } } void UartRxMonitor(unsigned char ms) // 串口接收監(jiān)控函數(shù) { static unsigned char cntbkp = 0; static unsigned char idletmr = 0; if (cntRxd

62、 > 0) // 接收計數(shù)器大于零時，監(jiān)控總線空閑時間 { if (cntbkp != cntRxd) // 接收計數(shù)器改變，即剛接收到數(shù)據(jù)時，清零空閑計時 { cntbkp = cntRxd; idletmr = 0; } else { if (idletmr < 5) // 接收計數(shù)器未改變，即總線空閑時，累積空閑時間 { idletmr += ms; if (idletmr >= 5) // 空閑時間超過 4 個字節(jié)傳輸時間即認為一幀命令接收完畢 { cmdArrived = 1; /

63、/ 設(shè)置命令到達標志 } } } } else { cntbkp = 0; } } void InterruptUART() interrupt 4 //UART  中斷服務(wù)函數(shù) { if (RI) // 接收到字節(jié) { RI = 0; //手動清零接收中斷標志位 if (cntRxd < sizeof(bufRxd)) // 接收緩沖區(qū)尚未用完時， { bufRxd[cntRxd++] = SBUF; // 保存接收字節(jié)，并遞增計數(shù)器 } } if

64、 (TI) // 字節(jié)發(fā)送完畢 { TI = 0; //手動清零發(fā)送中斷標志位 flagOnceTxd = 1; // 設(shè)置單次發(fā)送完成標志 } } /***********************lcd1602.c 文件程序源代碼 *************************/ #include #define LCD1602_DB P0 sbit LCD1602_RS = P1^0; sbit LCD1602_RW = P1^1; sbit LCD1602_E = P1^5; void Lcd

65、WaitReady() // 等待液晶準備好 { unsigned char sta; LCD1602_DB = 0xFF; LCD1602_RS = 0; LCD1602_RW = 1; do { LCD1602_E = 1; sta = LCD1602_DB; //  讀取狀態(tài)字 LCD1602_E = 0; } while (sta & 0x80); //bit7  等于  1 表示液晶正忙，重復(fù)檢測直到其等于  0 為止 }

66、void LcdWriteCmd(unsigned char cmd) // 寫入命令函數(shù) { LcdWaitReady(); LCD1602_RS = 0; LCD1602_RW = 0; LCD1602_DB = cmd; LCD1602_E = 1; LCD1602_E = 0; } void LcdWriteDat(unsigned char dat) // 寫入數(shù)據(jù)函數(shù) { LcdWaitReady(); LCD1602_RS = 1; LCD1602_RW = 0; LCD1602_DB = dat; LCD1602_E = 1; LCD1602_E = 0; } void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str) // 顯示字符串，屏幕起始坐標 (x,y) ，字符串指針 str { unsigned char addr;