基于单片机的modbus协议转换器设计

基于单片机的modbus协议转换器设计1.modbus协议介绍
1)简介
Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。

Modbus协议是应用于电子控制器的一中通用语言。

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，进行集中控制。

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。

Modbus具有以下几个特点：
（1）标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。

目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品超过600种。

（2）Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。

（3）Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。

用户使用容易，厂商开发简单。

2)传输方式
Modbus定义了两种标准的传输协议，分别是ASCII或RTU。

(1)ASCII模式
当以ASCII模式通信时，在消息中的每个字节都是作为一个ASCII码
发送。

优点是时间间隔达到一秒而不产生错误。

消息中的每个ASCII 字符都是一个十六进制字符组成。

校验方式为LRC（纵向冗长检测）方式。

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1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）
错误检测域
· LRC(纵向冗长检测)
(2)RTU模式
当以RTU方式通信是，在消息中的每个字节包含两个十六进制字符。

这种方式的优点是比ASCII方式传送数据更快。

代码系统
·8位二进制，十六进制数0...9，A...F
·消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成
每个字节的位
·1个起始位
·8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1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）
错误检测域
·CRC(循环冗长检测)
本设计是用RTU通信模式，一下着重介绍一下RTU方式：
1．信息帧结构
地址码：地址码是信息帧的第一字节(8位)，从0到255。

这个字节表明由用户设置地址的从机将接收由主机发送来的信息。

每个从机都必须有唯一的地址码，并且只有符合地址码的从机才能响应回送。

当从机回送信息时，相当的地址码表明该信息来自于何处。

功能码：主机发送的功能码告诉从机执行什么任务。

表1-1列出的功能码都有具体的含义及操作。

数据区：数据区包含需要从机执行什么动作或由从机采集的返送信息。

这些信息可以是数值、参考地址等等。

例如：
请求
响应
请求
响应
（以上例子是常用功能码 03 06 的帧结构）
错误校验码：主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错。

有时，由于电子噪声或其它一些干扰，信息在传输过程中会发生细微的变化，错误校验码保证了主机或从机对在传送过程中出错的信息不起作用。

这样增加了系统的安全和效率。

错误校验采用CRC-16校验方法。

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异或（XOR），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。

注：信息帧的格式都基本相同：地址码、功能码、数据区和错误校验码。

2.单片机介绍
单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄
像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

本设计才用的是STC系列的STC12C5A40S2单片机,1个时钟/机器周期，低功耗，速度快，集成有8路AD转换端口和双串口。

方便和上位机通信，而且采集模拟信号也比较方便。

3.硬件电路
1
4.软件流程。