Modbus家族之 ASCII

Posted 2022-03-29 夏沫の浅雨

写在前面：

本文章旨在总结备份、方便以后查询，由于是个人总结，如有不对，欢迎指正；另外，内容大部分来自网络、书籍、和各类手册，如若侵权请告知，马上删帖致歉。

目录

• 描述
• 通讯方式
• • 帧格式
  • 功能码
  • • 功能 01（01H）读线圈
    • 功能 02（02H）读离散输入
    • 功能 03（03H）读保持寄存器
    • 功能 04（04H）读输入寄存器
    • 功能 05（05H）写单线圈
    • 功能 06（06H）写单个保持寄存器
    • 功能 15（0FH）写多个线圈
    • 功能 16（10H）写多个保持寄存器
  • LRC校验

嗨，相信在上一篇经过我的兄弟 RTU的介绍之后，已经对 Modbus有了一定的了解了吧；那么本篇就跟紧我的脚步一起学习新的知识吧。

描述

Modbus在串行设备中通过实现主从模型结构，解决了电子设备之间的数据通讯问题；在采用 Modbus协议时，它有两种主要的原始传输方式 ---- Modbus RTU 和 Modbus ASCII。而 Modbus RTU已经在上一篇介绍了，那么就在本篇中瞅瞅 ASCII吧。

通讯方式

帧格式

Name	Length (bytes)	Description
Start	1	Starts with colon : (ASCII hex value is 3A) （以冒号 : 开头，ASCII十六进制值为 3A）
Address	2	Node address in hex （十六进制节点地址，字符表示）
Function	2	Function code in hex （十六进制功能码，字符表示）
Data	n x 2	n is the number of data bytes, it depends on function （n是数据字节数，它取决于功能码）
LRC	2	Longitudinal redundancy check （LRC校验码）
End	2	CR / LF

注：地址、功能、数据和 LRC都是表示 8位值 (0-255) 的大写十六进制可读字符对；即：在 Modbus ASCII中，每个数据字节被分割成表示十六进制值中的两个 ASCII字符的两个字节。

在 ASCII模式下，消息以冒号 : 字符开头（ASCII表示为 0x3A），以回车换行对 \\r\\n （ASCII表示为 0x0D和 0x0A）结尾；所有其他字段传输的数据所允许的十六进制表示字符为的 0-9、A-F。

START	ADDRESS	FUNCTION	DATA	LRC CHECK	END
1 CHAR :	2 CHARS	2 CHARS	n CHARS	2 CHARS	2 CHARS CRLF

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功能码

ASCII最常用的功能代码跟 RTU的功能代码定义是一样的，这里就不多说了，可以去查看 《Modbus家族之 RTU》篇章的功能码部分，这里只是格式上有所不同而已，下一篇会对这两个原始传输方式进行对比的。 嘛，还是直接合并到本篇，对 RTU和 ASCII进行对比分析吧，顺便回顾一下 RTU协议。

访问地址：address	映射地址	描述	功能	R/W
1 ~ 10000	address-1	Coils	01/05/15	R/W
10001 ~ 20000	address-10001	Discrete Inputs	02	R
30001 ~ 40000	address-30001	Input Registers	04	R
40001 ~ 50000	address-40001	Holding Registers	03/06/16	R/W

在这里，简单的举个 ASCII传输例子：

例如，要读取 VAR1，你需要从地址 0x20C1读取 2个寄存器，所以你需要发送以下 ASCII消息：

:010420C1000218<CRLF>

• 请求：

  Name	Description
  ‘:’	Start of message - 0x3A
  ‘0’ ‘1’	Node address – 0x01
  ‘0’ ‘4’	Function code (Read Input Registers) – 0x04
  ‘2’ ‘0’ ‘C’ ‘1’	Register address for reading VAR1 – 0x20C1
  ‘0’ ‘0’ ‘0’ ‘2’	Length of registers to be read (must be 2) – 0x0002
  ‘1’ ‘8’	LRC
  <CRLF>	End of message, carriage return and line feed – 0x0D0A

此消息的响应如下：

:01040400001234B1<CRLF>

• 响应：

  Name	Description
  ‘:’	Start of message - 0x3A
  ‘0’ ‘1’	Node address – 0x01
  ‘0’ ‘4’	Function code (Read Input Registers) – 0x04
  ‘0’ ‘4’	Read data length (4 bytes) – 0x04
  ‘0’ ‘0’ ‘0’ ‘0’ ‘1’ ‘2’ ‘3’ ‘4’	Value read from VAR1 – 0x00001234
  ‘B’ ‘1’	LRC
  <CRLF>	End of message, carriage return and line feed – 0x0D0A

好了，那么就直入主题吧，常用功能码部分依然是如下几个：

功能 01（01H）读线圈

• 请求

  读取从机中线圈的 ON/OFF 状态。不支持广播。请求消息指定了开始线圈和要读取的线圈数量。

  下面是一个请求读取线圈的例子：19 - 55（Coil 20 to 56），37个线圈，从设备节点 3（注意起始地址是 19或 0x13，比线圈 20小 1）：

  

• 响应

  线圈状态响应消息被打包为数据字段的每比特表示一个线圈。状态表示为：1 = ON，0 = OFF。第一个数据字节的 LSB包含请求中寻址的线圈。其他线圈跟随这个字节的高阶末端，并在随后的字节中从低阶到高阶。

  例如，当线圈 20 - 27的状态显示 ON - ON - OFF - OFF - ON - OFF - ON - OFF - ON - OFF 时，以字节值二进制 0101 0011 (0x53) 表示。一个字节包含八个线圈的状态。如果返回的线圈数量不是 8的倍数，则最终数据字节中的剩余位将用 0填充(朝向字节的高阶末端)；字节计数字段指定数据的完整字节数。

  Figure 6 shows an example of a response to the query shown in Figure 5：

  

功能 02（02H）读离散输入

• 请求

  读取从机中离散输入的 ON/OFF 状态。不支持广播。请求消息指定起始输入和要读取的输入数量。

  下面是一个从从设备节点 3读取离散输入 10101 - 10120，总共 20个输入的例子（注意起始地址是 100或 0x64，比输入 10101小 10001）：

  

• 响应

  离散输入状态响应消息的构造与线圈状态(01H) 操作相同。

  Figure 8 shows an example of a response to the query shown in Figure 7：

  

功能 03（03H）读保持寄存器

• 请求

  读取从机中保持寄存器的二进制内容。不支持广播。请求消息指定起始寄存器和要读取的寄存器数量。

  下面是一个从从设备节点 7读取保持寄存器 40201 - 40203，总共 3个寄存器的请求的例子（注意起始地址是 200或 0xC8，比寄存器 40201小 40001）：

  

• 响应

  响应消息中的保持寄存器数据在每个寄存器中打包为两个字节，二进制内容在每个字节中右对齐；对于每个寄存器，第一个字节包含高阶位，第二个字节包含低阶位。

  Figure 10 shows an example of a response to the query shown in Figure 9：

  

功能 04（04H）读输入寄存器

• 请求

  读取从机中保持寄存器的二进制内容。不支持广播。请求消息指定起始寄存器和要读取的寄存器数量。

  下面是一个从从设备节点 7读取输入寄存器 30301 - 30303，总共 3个寄存器的请求的例子（注意起始地址是300或0x12C，比寄存器 30301小 30001）：

  

• 响应

  读输入寄存器数据的响应消息的构造与读取保持寄存器(03H) 操作相同。

  Figure 12 shows an example of a response to the query shown in Figure 11：

  

功能 05（05H）写单线圈

• 请求

  将单个线圈写入 ON或 OFF。当广播时，该函数强制所有附加的从机使用相同的线圈引用。请求消息指定要写入的线圈引用（启动线圈和状态）。

  FF 00 的值要求线圈打开，值为 00 00 的请求为关闭，所有其他值都是非法的，不会影响线圈。

  下面是一个在从设备节点 3中请求打开线圈 150的例子（注意起始地址是 149或 0x95，比线圈 150小 1）：

  

• 响应

  正常的响应是请求的回显，在写入线圈状态之后返回。

  Figure 14 shows an example of a response to the query shown in Figure 13：

  

功能 06（06H）写单个保持寄存器

• 请求

  将一个值写入单个保持寄存器中。当广播时，该函数在所有附加的从机上设置相同的寄存器引用。请求消息指定要写入的寄存器引用（指定地址和数值）。

  下面是一个请求从从设备节点 3中的保持寄存器 40150写入 1000数值的例子（注意起始地址为 149或 0x95，比寄存器 40150小 40001）：

  

• 响应

  正常的响应是请求的回显，在写入保持寄存器内容之后返回。

  Figure 16 shows an example of a response to the query shown in Figure 15：

  

功能 15（0FH）写多个线圈

• 请求

  将一个线圈序列中的每个线圈写入 ON或 OFF。当广播时，该函数强制所有附加的从机使用相同的线圈引用。请求消息指定要写入的线圈引用（起始线圈和状态）。

  下面的示例显示了从设备节点 5中的线圈 20开始写入一系列 10个线圈状态的请求。二进制位与线圈的对应方式如下（注意起始地址是 19或 0x13，比线圈 20小 1）：

  Bit	1	1	0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	1
  Coil	27	26	25	24	23	22	21	20	…	…	…	…	…	30	29	28

  

• 响应

  正常响应返回从地址、功能代码、起始地址和写入的线圈数量，不包括字节数和对应写入的状态。

  Figure 24 shows an example of a response to the query shown in Figure 23：

  

功能 16（10H）写多个保持寄存器

• 请求

  将值写入到一个保持寄存器序列中。当广播时，该函数在所有附加的从机上设置相同的寄存器引用。请求消息指定要写入的寄存器引用（起始寄存器和数值）。

  下面是一个请求从从设备节点 5中的保持寄存器 40020到 40022写入以下数据的示例（注意起始地址是 19或 0x13，比寄存器 40020小 40001）：

  address	data
  40020	0x0164
  40021	0x0165
  40022	0x0166

  

• 响应

  正常响应返回从地址、功能代码、起始地址和写入的寄存器数量，不包括字节数和对应写入的数据。

  Figure 26 shows an example of a response to the query shown in Figure 25：

  

LRC校验

unsigned char
ucMBLRC( unsigned char * pucFrame, unsigned short usLen )

    unsigned char ucLRC = 0;  /* LRC char initialized */

    while( usLen-- )
    
        ucLRC += *pucFrame++;   /* Add buffer byte without carry */
    

    /* Return twos complement */
    ucLRC = ( UCHAR ) ( -( ( CHAR ) ucLRC ) );
    return ucLRC;

校验原理可看 常用校验算法-LRC章节