Modbus主程序开发过程中的关键步骤与注意事项解析 (modbus协议)

Modbus主程序开发过程中的关键步骤与注意事项解析（Modbus协议）

一、引言

Modbus是一种串行通信协议，广泛应用于工业控制领域。
在Modbus主程序开发过程中，掌握关键步骤和注意事项对于确保系统稳定、高效运行至关重要。
本文将详细解析Modbus主程序开发过程中的关键步骤及注意事项，帮助开发者更好地理解和应用Modbus协议。

二、Modbus主程序开发关键步骤

1. 了解Modbus协议基础

在开发Modbus主程序之前，首先要了解Modbus协议的基础知识和特点，包括其工作原理、帧结构、数据传输方式等。
这有助于后续的开发工作。

2. 选择合适的开发环境与工具

根据实际需求选择合适的开发环境和工具，如编程软件、串口通信库等。
确保开发环境支持Modbus协议的相关功能。

3. 设计系统架构

根据实际需求设计Modbus主程序的系统架构，包括硬件连接、通信接口、数据处理等部分。
确保系统架构合理、可靠。

4. 编写主程序

根据设计好的系统架构，开始编写Modbus主程序。主程序应包括以下部分：

（1）初始化模块：负责初始化系统，配置相关参数。

（2）通信模块：负责与其他设备通信，实现Modbus协议的收发功能。

（3）数据处理模块：负责对接收到的数据进行处理，执行相应的操作。

（4）控制输出模块：负责根据处理结果控制输出，如控制设备开关状态等。

5. 调试与测试

完成主程序编写后，进行调试与测试。
检查程序是否能够实现预期功能，性能是否稳定。

6. 优化与改进

根据调试与测试结果，对主程序进行优化和改进，提高系统的性能和稳定性。

三、Modbus主程序开发注意事项

1. 遵循Modbus协议规范

在开发过程中，必须严格遵循Modbus协议规范，确保主程序与其他设备之间的通信正确、可靠。

2. 注意数据传输的安全性

Modbus通信过程中，数据的安全性至关重要。
开发者应采取加密、校验等措施，确保数据传输的安全性和完整性。

3. 处理异常情况

在开发过程中，要考虑到可能出现的异常情况，如设备故障、通信中断等。
主程序应具备处理异常情况的能力，保证系统的稳定运行。

4. 合理使用资源

在编写主程序时，要合理利用系统资源，避免资源浪费。
同时，要注意程序的效率和性能，确保系统响应迅速、运行稳定。

5. 便于维护与扩展

在设计系统架构和编写程序时，要考虑系统的可维护性和可扩展性。
这有助于后续的系统升级和维护工作。

6. 多层次测试

在主程序开发过程中，要进行多层次测试，包括单元测试、集成测试、系统测试等。
确保程序在各种环境下都能稳定运行。

四、总结

本文详细解析了Modbus主程序开发过程中的关键步骤及注意事项。
开发者在开发过程中应遵循Modbus协议规范，注意数据传输的安全性，处理异常情况，合理利用资源，便于维护与扩展，并进行多层次测试。
掌握这些关键步骤和注意事项，有助于开发者更好地理解和应用Modbus协议，提高Modbus主程序的开发效率和系统性能。

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modbus通讯协议是怎么回事？

业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制,如今已进入网络时代,工业控制器连网也为网络管理提供了方便。 Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。 一、 Modbus 协议简介 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。 通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。 它已经成为一通用工业标准。 有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。 此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。 它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如果回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。 它制定了消息域格局和内容的公共格式。 当在一Modbus网络上通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。 如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。 在其它网络上,包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。 这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。 1、在Modbus网络上转输标准的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口,它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。 控制器能直接或经由Modem组网。 控制器通信使用主—从技术,即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。 其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。 典型的主设备：主机和可编程仪表。 典型的从设备：可编程控制器。 主设备可单独和从设备通信,也能以广播方式和所有从设备通信。 如果单独通信,从设备返回一消息作为回应,如果是以广播方式查询的,则不作任何回应。 Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。 从设备回应消息也由Modbus协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。 如果在消息接收过程中发生一错误,或从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。 2、在其它类型网络上转输在其它网络上,控制器使用对等技术通信,故任何控制都能初始和其它控制器的通信。 这样在单独的通信过程中,控制器既可作为主设备也可作为从设备。 提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。 在消息位,Modbus协议仍提供了主—从原则,尽管网络通信方法是“对等”。 如果一控制器发送一消息,它只是作为主设备,并期望从从设备得到回应。 同样,当控制器接收到一消息,它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。 3、查询—回应周期（1）查询查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。 数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。 例如功能代码03是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。 数据段必须包含要告之从设备的信息：从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。 错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。 （2）回应如果从设备产生一正常的回应,在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。 数据段包括了从设备收集的数据：象寄存器值或状态。 如果有错误发生,功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的,同时数据段包含了描述此错误信息的代码。 错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。 二、两种传输方式控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种在标准的Modbus网络通信。 用户选择想要的模式,包括串口通信参数（波特率、校验方式等）,在配置每个控制器的时候,在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。 所选的ASCII或RTU方式仅适用于标准的Modbus网络,它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位,以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。 在其它网络上（象MAP和Modbus Plus）Modbus消息被转成与串行传输无关的帧。 1、ASCII模式当控制器设为在Modbus网络上以ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信,在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。 这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。 代码系统· 十六进制,ASCII字符0...9,A...F · 消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成 每个字节的位· 1个起始位 · 7个数据位,最小的有效位先发送 · 1个奇偶校验位,无校验则无 CRC域是两个字节,包含一16位的二进制值。 它由传输设备计算后加入到消息中。 接收设备重新计算收到消息的CRC,并与接收到的CRC域中的值比较,如果两值不同,则有误。 CRC是先调入一值是全“1”的16位寄存器,然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理。 仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效,起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。 CRC产生过程中,每个8位字符都单独和寄存器内容相或（OR）,结果向最低有效位方向移动,最高有效位以0填充。 LSB被提取出来检测,如果LSB为1,寄存器单独和预置的值或一下,如果LSB为0,则不进行。 整个过程要重复8次。 在最后一位（第8位）完成后,下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或。 最终寄存器中的值,是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。 CRC添加到消息中时,低字节先加入,然后高字节。 CRC简单函数如下： unsigned short CRC16(puchMsg, usDataLen) unsigned char *puchMsg ; /* 要进行CRC校验的消息 */ unsigned short usDataLen ; /* 消息中字节数 */ { unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* 高CRC字节初始化 */ unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* 低CRC 字节初始化 */ unsigned uIndex ; /* CRC循环中的索引 */ while (usDataLen--) /* 传输消息缓冲区 */ { uIndex = uchCRCHi ^ *puchMsgg++ ; /* 计算CRC */ uchCRCHi = uchCRCLo ^ auchCRCHi[uIndex} ; uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex] ; } return (uchCRCHi << 8 uchCRCLo) ; } /* CRC 高位字节值表 */ static unsigned char auchCRCHi[] = { 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40 } ; /* CRC低位字节值表*/ static char auchCRCLo[] = { 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40 } ;ModBus网络是一个工业通信系统,由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。 其系统结构既包括硬件、亦包括软件。 它可应用于各种数据采集和过程监控。 下表1是ModBus的功能码定义。 表1 ModBus功能码 01 READ COIL STATUS02 READ INPUT STATUS03 READ HOLDING REGISTER04 READ INPUT REGISTER05 WRITE SINGLE COIL06 WRITE SINGLE REGISTER15 WRITE MULTIPLE COIL16 WRITE MULTIPLE REGISTER ModBus网络只是一个主机,所有通信都由他发出。 网络可支持247个之多的远程从属控制器,但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。 采用这个系统,各PC可以和中心主机交换信息而不影响各PC执行本身的控制任务。 （1）ModBus的传输方式 在ModBus系统中有2种传输模式可选择。 这2种传输模式与从机PC通信的能力是同等的。 选择时应视所用ModBus主机而定,每个ModBus系统只能使用一种模式,不允许2种模式混用。 一种模式是ASCII（美国信息交换码）,另一种模式是RTU（远程终端设备）这两种模式的定义见表3 表3 ASCII和RTU传输模式的特性 ASCII可打印字符便于故障检测,而且对于用高级语言（如Fortan）编程的主计算机及主PC很适宜。 RTU则适用于机器语言编程的计算机和PC主机。 用RTU模式传输的数据是8位二进制字符。 如欲转换为ASCII模式,则每个RTU字符首先应分为高位和低位两部分,这两部分各含4位,然后转换成十六进制等量值。 用以构成报文的ASCII字符都是十六进制字符。 ASCII模式使用的字符虽是RTU模式的两倍,但ASCII数据的译玛和处理更为容易一些,此外,用RTU模式时报文字符必须以连续数据流的形式传送,用ASCII模式,字符之间可产生长达1s的间隔,以适应速度较快的机器。 （2）ModBus的数据校验方式 CRC-16（循环冗余错误校验） CRC-16错误校验程序如下：报文（此处只涉及数据位,不指起始位、停止位和任选的奇偶校验位）被看作是一个连续的二进制,其最高有效位（MSB）首选发送。 报文先与X↑16相乘（左移16位）,然后看X↑16+X↑15+X↑2+1除,X↑16+X↑15+X↑2+1可以表示为二进制数。 整数商位忽略不记,16位余数加入该报文（MSB先发送）,成为2个CRC校验字节。 余数中的1全部初始化,以免所有的零成为一条报文被接收。 经上述处理而含有CRC字节的报文,若无错误,到接收设备后再被同一多项式（X↑16+X↑15+X↑2+1）除,会得到一个零余数（接收设备核验这个CRC字节,并将其与被传送的CRC比较）。 全部运算以2为模（无进位）。 习惯于成串发送数据的设备会首选送出字符的最右位（LSB-最低有效位）。 而在生成CRC情况下,发送首位应是被除数的最高有效位MSB。 由于在运算中不用进位,为便于操作起见,计算CRC时设MSB在最右位。 生成多项式的位序也必须反过来,以保持一致。 多项式的MSB略去不记,因其只对商有影响而不影响余数。 生成CRC-16校验字节的步骤如下： ①装如一个16位寄存器,所有数位均为1。 ②该16位寄存器的高位字节与开始8位字节进行“异或”运算。 运算结果放入这个16位寄存器。 ③把这个16寄存器向右移一位。 ④若向右（标记位）移出的数位是1,则生成多项和这个寄存器进行“异或”运算;若向右移出的数位是0,则返回③。 ⑤重复③和④,直至移出8位。 ⑥另外8位与该十六位寄存器进行“异或”运算。 ⑦重复③~⑥,直至该报文所有字节均与16位寄存器进行“异或”运算,并移位8次。 ⑧这个16位寄存器的内容即2字节CRC错误校验,被加到报文的最高有效位。 另外,在某些非ModBus通信协议中也经常使用CRC16作为校验手段,而且产生了一些CRC16的变种,他们是使用CRC16多项式X↑16+X↑15+X↑2+1,单首次装入的16位寄存器为0000;使用CRC16的反序X↑16+X↑14+X↑1+1,首次装入寄存器值为0000或FFFFH。 LRC（纵向冗余错误校验） LRC错误校验用于ASCII模式。 这个错误校验是一个8位二进制数,可作为2个ASCII十六进制字节传送。 把十六进制字符转换成二进制,加上无循环进位的二进制字符和二进制补码结果生成LRC错误校验（参见图）。 这个LRC在接收设备进行核验,并与被传送的LRC进行比较,冒号（：）、回车符号（CR）、换行字符（LF）和置入的其他任何非ASCII十六进制字符在运算时忽略不计。

手把手教你利用CP340编写Modbus协议？

Modbus 是一种常用于工业自动化领域的通信协议，而 CP340 是西门子公司推出的 Modbus 通信模块。下面是利用 CP340 编写 Modbus 协议的步骤：

modbus通讯协议详解

modbus协议是一种串行通信协议，该协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，包括ASCII、RTU、TCP等。 Modbus协议是一个master slave架构的协议。 其中，有一个节点是master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点均为slave节点，且每一个slave设备都有一个唯一的地址。 在串行和MB加网络中，只有被指定为主节点的节点才可以启动一个命令。

一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。 所有设备都会收到命令，但只有指定位置的设备会执行及回应指令。 所有的Modbus命令包含了检查码，以确定到达的命令没有被破坏。 基本的ModBus命令能指令一个RTU改变它的寄存器的某个值，控制或者读取一个IO端口，以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。