工业机器人-串口通信技术与MODBUS协议
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了工业机器人-串口通信技术与MODBUS协议相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
目录
1. 基本的通讯方式
基本的通讯方式有并行通讯和串行通讯两种。
在远程通信和计算机科学中，串行通信（英语：Serial communication）是指在计算机总线或其他数据通道上，每次传输一个位元数据，并连续进行以上单次过程的通信方式。与之对应的是并行通信，它在串行端口上通过一次同时传输若干位元数据的方式进行通信。
串行通信被用于长距离通信以及大多数计算机网络，在这些应用场合里，电缆和同步化使并行通信实际应用面临困难。
凭借着其改善的信号完整性和传播速度，串行通信总线正在变得越来越普遍，甚至在短程距离的应用中，其优越性已经开始超越并行总线不需要串行化元件(serializer)，并解决了诸如时钟偏移（Clock skew）、互联密度等缺点。PCI到PCI Express的升级就一个例子。
并行通信：是指数据的各位同时进行传送的通信方式。
串行通信：是指数据一位一位顺序传送的通信方式。
扩展资料
1. 基本概念：
并发(Concurrency)：以可独立执行的进程集合的方式编程（进程是出了名的难定义，这里是通常意义上的进程，不是Linux进程）
并行(Parallelism)：以可同时执行的（可能相关的）计算指令方式编程。
2. 串行通信和并行通信区别：
这里说的通信是指数字信号。 数字信号是8位二进制数，可以使用信号线传输，一种方案是使用一条数据线按照次序一个位一个位的传送，每传送完8位为一个字节，叫串行通信。另一种方法是使用8条数据线分别传送8位，一次传送一个字节，叫并行通信。 实际传输有可能不是8位数据而是其它，但原理是相同的。 理论上并行速度比较快，但是串行口线间干扰小，稍远的距离速度不低于并行口。
并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。计算机内的总线结构就是并行通信的例子。这种方法的优点是传输速度快，处理简单。
串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并–串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。
串行和并行的区别
1、数据传送方式不同：串行口传输方式为数据排成一行、一位一位送出接收也一样,并行口传输8位数据一次送出.
2、针脚不同：串行口针脚少、并行口针脚多.
3、用途不同：串行口现在只用作控制接口、并行口多用作打印机、扫描仪等接口。
2. 串行通讯的两种方式
串行通信的两种基本形式：同步通信和异步通信。
异步通信所传输的数据帧格式是由1个起始位、1～9个数据位、1～2个停止位组成，依靠起始位和停止位保持同步；
同步通信所传输数据帧格式是由多个字节组成的一个帧，每个帧都有两个（或一个）同步字符作为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据。
3. 根据传送方向分类
根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。 如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A传到另一方B，则称为单工。如果在任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。如果在任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输，则称为全双工。
4. 串行通讯接口
串行通讯物理接口按电气标准及协议来分包括RS-232、RS-422、RS485等，工业界常用RS485接口。
RS-485又名TIA-485-A, ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485。
RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。
在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来，而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，
原因1是共模干扰：RS-485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了，但容易忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7到+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作；当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口；
原因2是EMI的问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。
RS485 通讯线缆结构图
5. RS485接口电路
作为一个经常被应用到的SP485R芯片的示范电路，可以被直接嵌入实际的RS-485应用电路中。微处理器的标准串行口通过RXD 直接连接SP485R 芯片的RO 引脚，通过TXD直接连接SP485R 芯片的DI 引脚。
由微处理器输出的R/D 信号直接控制SP485R 芯片的发送器/接收器使能：R/D 信号为“1”，则SP485R 芯片的发送器有效，接收器禁止，此时微处理器可以向RS-485 总线发送数据字节；R/D 信号为“0”，则SP485R 芯片的发送器禁止，接收器有效，此时微处理器可以接收来自RS-485 总线的数据字节。此电路中，任一时刻SP485R 芯片中的“接收器”和“发送器”只能够有1 个处于工作状态。
连接至A 引脚的上拉电阻R7、连接至B 引脚的下拉电阻R8 用于保证无连接的SP485R芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，以提高RS-485 节点与网络的可靠性。
如果将SP485R 连接至微处理器80C51 芯片的UART 串口，则SP485R 芯片的RO 引脚不需要上拉；否则，需要根据实际情况考虑是否在RO 引脚增加1 个大约10K 的上拉电阻。
参考文献：https://mp.weixin.qq.com/s/qCGk-d1g5Ej7d0s3fz38PQ
6. 串口MODBUS通讯
Modbus作为工业通信回路中数据交换的规则已经被广泛地应用在各个领域，使得具有Modbus 通信协议的设备方便通信，例如PLC、变频器、流量计、温湿度、上位机组态软件、各种传感器仪表等。
Modbus通信协议分为两种串行通信模式，ASCII 和RTU 通信模式。在使用时，需要先设定通信模式以及串行口RS232、RS485的通信参数(波特率，奇偶校验，从机地址，数据位，停止位，字节顺序)，在Modbus 总线上的所有设备应具有相同的通信模式和串行通信参数：
7. MODBUS消息报文
8. MODBUS关键概念
（1）上位机：读取数据每次间隔时间一般不小于100ms
（2）设备地址：MODBUS从机通讯地址，在一个网络中不能有两个相同的地址。
（3）功能码：MODBUS 协议规定的功能码
（4）寄存器地址和寄存器数
主站命令中的参数是从寄存器地址开始的寄存，读寄存器长度的N个寄存器。
（5）从站响应数据
从站响应数据是：字节数和N个数字节数据。
9. MODBUS主站常用操作
1）读优化：对于不连续地址的数据读取，是否采取打包读，则系统使用打包读命令，一次性完成多个地址的读取。
2）读优化间隔：读优化时，若地址之间小于此间隔，则会打包到一起，使用多读命令一次读取。
3）最大包长：一次通讯允许的最大数据长度。
4）字节顺序：调整32位双字的解码顺序。
以32位整数为例，说明字节顺序的含义:
1234：表示双字元件不做处理直接解码,。
例如：从串口读到的数据为0000 00 01 表示 1。
2143：表示双字元件高低字不颠倒，但字内高低字节颠倒。
例如：从串口读到的数据为0000 00 01 表示 0x00000100 （即256）。
3412：表示双字元件高低字颠倒，但字内高低字节不颠倒。
例如：从串口读到的数据为0000 00 01 表示 0x00010000 （即65536）。
4321：表示双字元件内4个字节全部颠倒。
例如：从串口读到的数据为00 00 00 01 表示 0x0100 0000 （即1677 721
10 示例程序
(1).CRC16算法：
INT16U CRC16(INT8U *puchMsg, INT16U usDataLen)
{
INT8U uchCRCHi = 0xFF; /* 高CRC字节初始化 */
INT8U uchCRCLo = 0xFF; /* 低CRC 字节初始化 */
INT8U uIndex; /* CRC循环中的索引 */
while (usDataLen--) /* 传输消息缓冲区 */
{
uIndex = uchCRCHi ^*puchMsg++; /* 计算CRC */
uchCRCHi = uchCRCLo ^auchCRCHi[uIndex];
uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex];
}
return (uchCRCHi << 8 |uchCRCLo);
}
（2）发送命令程序
本例程以Mag64为核心CPU
void Read_InPut(INT8U Addr,INT16UStart,INT16U Len)
{
INT16U CRC;
SendBuffer_485[0]=Addr; //设备地址
SendBuffer_485[1]=0x04; //modbus功能码
SendBuffer_485[2]=Start/256; //Start为寄存器地址
SendBuffer_485[3]=Start%256;
SendBuffer_485[4]=Len/256; //Len为读取寄存器长度
SendBuffer_485[5]=Len%256;
CRC=CRC16(SendBuffer_485,6);
SendBuffer_485[6]=CRC/256; //CRC校验高位
SendBuffer_485[7]=CRC%256; //CRC校验低位
R485_OUT; //使能RS485发送
SendLen_485=8;
SendNum_485=0;
CloseINT0(); //关闭串口接受中断
UCSR0B |= BIT(UDRIE0); //打开串口发送中断
}
（3）返回数据解析
数据接收使用串口中断，ReceivedBuffer_485为接收数据组，ReceivedNum_485为接收到数据长度，ReceivedFlag_485接收到数据标志。函数float Datasum(INT8UBYTE1, INT8U BYTE2, INT8U BYTE3, INT8U BYTE4)把浮点数的4个字节转换为1个浮点数。
float Datasum(INT8U FloatByte1, INT8U FloatByte2,INT8U FloatByte3, INT8U FloatByte4)
{
float aa;
union IntTOFP
{
FP32 F32;
INT8U T8[4];
};
union IntTOFPaa;
aa.T8[0] = FloatByte1;
aa.T8[1] = FloatByte2;
aa.T8[2] = FloatByte3;
aa.T8[3] = FloatByte4;
return aa;
}
void Read_Lmag(INT8U Ad)
{
INT8U i,j;
INT8U Num1[10],BIT;
INT16UCRC1,CRC2;
FP32 Flow; //aaa为瞬时流量数值
ReceivedFlag_485=1;
Open_Time1_Ms5(20);
Read_InPut(Ad,0x1010,2); //发送设备地址、寄存器地址、寄存器长度
while(ReceivedFlag_485); //等待接收结束
if((ReceivedNum_485==9)&&(ReceivedBuffer_485[0]==Ad)) // 判断数据是否正确
{
CRC1=CRC16(ReceivedBuffer_485,7);
CRC2=ReceivedBuffer_485[7]*256+ReceivedBuffer_485[8];
if(CRC1==CRC2)
{// 转换数据为浮点数
Flow= Datasum(ReceivedBuffer_485[6], ReceivedBuffer_485[5], ReceivedBuffer_485[4] ,ReceivedBuffer_485[3])；
}
}
}
以上是关于工业机器人-串口通信技术与MODBUS协议的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章