MODBUS三种通讯模式RTU、ASCII、TCP详解
MODBUS三种通讯模式RTU、ASCII、TCP详解
MODBUS通信协议是工业自动化领域中广泛使用的一种通信协议，主要用于设备之间的数据传输。该协议主要有三种通信模式：RTU模式、ASCII模式和TCP模式。下面将详细介绍这三种模式的特点和使用场景。
RTU模式
RTU（Remote Terminal Unit）模式是MODBUS协议中最常用的一种模式，它使用异步串行传输方式，通常通过RS-232、RS-422或RS-485等物理层进行数据传输。RTU模式的数据帧结构如下：
- 地址码：1字节，用于标识从设备的地址，范围为0到255。其中，0为广播地址，248-255保留。
- 功能码：1字节，用于标识要执行的操作类型。
- 数据：n字节，包含具体的数据内容。
- 校验码：2字节，使用CRC（Cyclic Redundancy Check）校验。
RTU模式支持主从通信，总线上只能有一个主设备，但可以有多个从设备（最多247个）。广播模式下，主设备可以向所有从设备发送写指令，但不要求从设备返回应答。
ASCII模式
ASCII模式使用异步串行传输方式，与RTU模式的主要区别在于数据的表示方式和校验方式。ASCII模式的数据帧结构如下：
- 起始字符：':'
- 地址码：2字节
- 功能码：2字节
- 数据：0到2 * 252字节
- 校验：2字节（LRC校验）
- 结束字符：回车换行（CR,LF）
ASCII模式使用LRC（Longitudinal Redundancy Check）校验，数据传输速率较低，但具有更好的可读性和错误检测能力。
TCP模式
TCP模式基于以太网和TCP/IP协议，适用于网络环境下的设备通信。TCP模式的数据帧由两部分组成：MBAP（Modbus Application Protocol）报文头和PDU（Protocol Data Unit）数据单元。
MBAP报文头
MBAP报文头包含以下字段：
- 事务处理标识：2字节，用于标识报文的序列号
- 协议标识：2字节，固定为00 00表示ModbusTCP协议
- 长度：2字节，表示接下来的数据长度
- 单元标识符：1字节，相当于设备地址
PDU数据单元
PDU由功能码和数据两部分组成，功能码为1字节，数据长度根据具体功能决定。
功能码详解
MODBUS协议定义了多种功能码，用于实现不同的数据读写操作。以下是一些常见的功能码及其用途：
- 0x01：读线圈寄存器（可读可写线圈）
- 0x02：读离散输入寄存器（可读不可写线圈）
- 0x03：读保持寄存器（可读可写寄存器）
- 0x04：读输入寄存器（可读不可写寄存器）
- 0x05：写单个线圈寄存器（可写单个线圈不可读）
- 0x06：写单个保持寄存器（可写单个寄存器不可读）
- 0x0F：写多个线圈寄存器（可写多个线圈不可读）
- 0x10：写多个保持寄存器（可写多个寄存器不可读）
CRC校验
CRC校验是MODBUS协议中常用的错误检测方法，用于确保数据传输的完整性。CRC校验码的计算基于多项式除法，具体算法较为复杂，但其核心思想是通过生成一个校验码来检测数据传输过程中可能发生的错误。
总结
MODBUS协议通过三种不同的通信模式（RTU、ASCII和TCP）满足了不同应用场景下的通信需求。RTU模式适合高速数据传输，ASCII模式适合低速但需要良好可读性的场景，而TCP模式则适用于网络环境下的设备通信。理解这些模式的特点和使用场景，对于工业自动化系统的开发和维护具有重要意义。