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1、电子与通信工程 陈一鸣 计算机集散控制基于单片机的基于单片机的 MODBUSMODBUS 协议实现协议实现 学 生 姓 名： 陈一鸣 学 生 学 号： 12015130484 指导教师： 刘大铭 专业名称： 电子与通信工程 所在学院： 物理电气信息学院 论 文 完 成 日 期： 2016 年 3 月 电子与通信工程 陈一鸣 计算机集散控制目目 录录第 1 章 目的和要求.1第 2 章 总体设计.12.1 MODBUS 协议概述.12.2 MODBUS 数据单元.22.3 MODBUS 通信原理.22.4 ASCII 模式.32.5 ASCII 帧.32.6 地址域与数据域.42.7 字符的连续
2、传输.42.8 错误检测方法.52.8.1 奇偶校验.52.8.2 LRC 检测.52.8.3 CRC 检测.6第 3 章 硬件设计及测试结果.7第 4 章 MODBUS 协议的软件实现.94.1 系统程序流程软件设计.94.2 源代码.9结论与心得.18电子与通信工程 陈一鸣 计算机集散控制0第 1 章 目的和要求现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解 决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及 这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。现场总线具有简单、可 靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算
3、机厂商的高 度重视。课题要求是利用单片来实现 MODBUS 协议，主要以三个 4851 单片机作为 接受方，即 slave.c。用 keil 软件实现代码，形成 HEX 文件，导入 protues 仿真图 中。用 protus 实现布线。然后用串口助手，调试串口编号，设置相应的波特率， 通过串口助手与 protus 相连，在串口助手上输入相应指令，接收的单片机在仿真 图上有相应的接收到的指令显示。仿真应用的异步串口 RS232，RS232 与串口助 手相连。第 2 章 总体设计2.1 MODBUS 协议概述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
4、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。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， 如何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 需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
5、节地址、路由路径及错误检测的方法。 MODBUS 协议包括 ASCII、RTU、TCP 等协议，标准的 MODBUS 采集器使 用 RS232 实现串行通讯。MODBUS 的 ASCII、RTU 协议规定了消息、命令和应 答的方式，数据通讯采用 Master/Slave 方式，Master 端发出数据请求消息，Slave 端接收到正确消息后就可以发送数据到 Master 端以响应请求，Master 端也可以直 接发信息修改 Slave 端的数据，实现双向读写。MODBUS 协议需要对数据进行校 验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII 模式主要采用 LRC 校验，RTU 模式主 要采用 16
6、位 CRC 校验。MODBUS 是 OSI 模型第 7 层上的应用层报文传输协议， 它在连接不同类型网络的设备之间提供数据的通信，如图 2-1 所示。电子与通信工程 陈一鸣 计算机集散控制1主/从其他物理层物理层MODBUS +/HDLCMODBUS应用层EIA/TIA-232 或 EIA/TIA-485MODBUS TCPTCPIPEtherII/802.3Ethernet物理层图图 2-12-1 MODBUSMODBUS 通信线路通信线路 目前，可以通过下列三种方式实现 MODBUS 通信。 (1)以太网上的 TCP/IP。 (2)各种介质上的异步串行传输。 (3)MODBUS PLUS，
7、一种高速令牌传递网络。2.2 MODBUS 数据单元 MODBUS 协议定义了一个与基础层无关的简单协议数据单元（Protocol Data Unit, PDU）,特定总线或网络上的 MODBUS 协议映射能够在应用数据单元 （Additional Data Unit, ADU）上引入一些附加域，通用 MODBUS 帧如图 2-2 所 示。启动 MODBUS 事务处理的客户机创建 MODBUS PDU，其中的功能码向服 务器指示将执行哪种操作，功能码后面是含有请求和响应参数的数据域。附加地址功能码数据差错检验ADUPDU图图 2-22-2 通用通用 MODBUSMODBUS 帧帧 2.3 MO
8、DBUS 通信原理电子与通信工程 陈一鸣 计算机集散控制2MODBUS 是一种简单的仿“客户机/服务器”型应用协议，其实质就是主/从模 式，不过主机是客户机，从机是服务器。其通信遵循以下的过程： （1）客户端准备请求并向服务器发送请求； （2）服务器分析并处理客服端的请求，然后向客户端发送结果； （3）如果出现任何差错，服务器将返回一个异常功能码。 在无差错和异常响应下的通信过程分别如图 2-3 和 2-4 所示。客户机 请求启动服务器执行操作 启动相应客户机接收 响应发送数据返回数据图图 2-32-3 MODBUSMODBUS 事务处理（无差错）事务处理（无差错）客户机 请求启动服务器检测差错 并执行操作客户机 接收异常码发送数据返回异常码图图 2-42-4 MODBUSMODBUS 事务处理（异常响应）事务处理（异常响应）2.4 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 字节都作为一个 ASCII 码（两个十六进制字符）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。 代码系统采取十六进制，ASCII 字符 09,AF，消息中的每个 ASCII 字符 都是一个十六进制字符组成每个字
