【深入浅出Modbus校验位】：初学者的必备指南

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引用

CSDN

1.

https://wenku.csdn.net/column/2g8gmw90s1

Modbus协议作为工业领域内广泛应用的通信协议之一，其重要性在于为不同类型和品牌的设备提供一个统一的通信标准。协议的健壮性和易于理解的特点使其成为连接各种设备的关键纽带。然而，为了确保数据传输的准确性和可靠性，Modbus协议引入了校验位，其中最常用的两种校验方法是循环冗余校验（CRC）和纵向冗余校验（LRC）。

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摘要

本文深入探讨了Modbus协议及其校验机制的核心要素，包括协议的结构、功能码、通信模式以及校验位的作用和计算方法。通过对CRC校验原理的分析和编程实践，本文展示了如何有效实现和验证校验位。同时，文中还讨论了校验位在不同Modbus设备中的应用和故障诊断，以及自定义校验机制的高级应用。最后，本文展望了校验技术的未来趋势，特别关注了物联网环境下校验位的应用和项目中的优化策略。

关键字

Modbus协议；校验位；CRC校验；通信模式；故障诊断；物联网；自定义校验机制

参考资源链接：Modbus校验位计算器工具 - CRC16/LRC计算及故障排查

1. Modbus协议与校验位简介

Modbus协议作为工业领域内广泛应用的通信协议之一，其重要性在于为不同类型和品牌的设备提供一个统一的通信标准。协议的健壮性和易于理解的特点使其成为连接各种设备的关键纽带。然而，为了确保数据传输的准确性和可靠性，Modbus协议引入了校验位，其中最常用的两种校验方法是循环冗余校验（CRC）和纵向冗余校验（LRC）。

1.1 协议概述

Modbus协议最初由Modicon公司（现为施耐德电气的一部分）开发，用于其PLC（可编程逻辑控制器）之间的通信。随着技术的发展，Modbus成为了一个开放的、无版权的协议，并且得到了广泛的工业支持。

1.2 校验位的作用

校验位是数据完整性验证的关键部分。它们通过特定的算法计算出一个或多个字节的数据，附加到信息帧的尾部，用于接收方进行错误检测。校验位能够降低因信号干扰或设备故障导致的错误发生概率，提高通信的可靠性。

1.3 校验位与数据完整性

在数据包传输过程中，发送方计算校验值，并将其嵌入到数据包中。接收方在接收到数据包后，会重新计算校验值并将其与接收到的校验值进行对比。如果两值不符，则表明数据在传输过程中可能遭到了破坏，接收方可以请求重发，确保数据的完整性。

在下一章节，我们将深入了解Modbus协议的基础结构和功能，并详细介绍RTU与ASCII两种通信模式。

2. Modbus协议基础

2.1 Modbus协议的结构与功能

2.1.1 协议帧的组成

Modbus协议帧由设备地址、功能码、数据以及错误检测码四部分组成，每个部分承担着特定的功能。设备地址用于标识网络中具体的设备，功能码指示设备需要执行的操作类型，数据字段则是操作需要的具体信息，而错误检测码则用于确保数据在传输过程中的完整性。

设备地址： Modbus设备地址用于标识网络中的从设备，范围通常从1到247，地址0通常用于广播消息，但不是所有设备都支持广播地址。主设备通过设置特定的地址来指定需要通信的目标从设备。

功能码： 每个功能码都有一个唯一的编号，指示从设备执行特定的服务或操作。例如，功能码0x03用于读取保持寄存器的值。功能码的选择决定了数据字段应包含的参数和返回值。

数据字段： 数据字段的结构依赖于功能码。在读取寄存器的操作中，数据字段可能包含要读取的寄存器数量和起始地址。在写入操作中，它可能包含要写入的数据值。

错误检测码： Modbus协议通常采用CRC（循环冗余校验）作为错误检测码，用于检测帧在传输过程中是否出现错误。CRC确保了数据的完整性和准确性，如果CRC校验失败，则表明传输过程中可能发生了错误。

2.1.2 功能码的作用和分类

功能码是Modbus协议中一个重要的组成部分，它指示了从设备应该执行什么样的操作。功能码可以根据它们所支持的操作被分为几个类别，例如读取和写入操作、诊断功能以及扩展功能。

读取和写入操作： 这类功能码用于在主设备和从设备之间传输数据。读取功能码用于从从设备获取数据，如读取输入寄存器、读取保持寄存器。写入功能码用于将数据写入从设备的寄存器，例如写入单个寄存器、写入多个寄存器。

诊断功能： 诊断功能码用于检查网络和设备的健康状况，以及执行一些特殊的诊断操作。例如，功能码0x08用于响应请求，功能码0x0B用于获取诊断信息。

扩展功能： 扩展功能码超出了标准Modbus功能码的范围，提供了额外的功能。这些功能码由各个设备制造商定义，以支持特定设备的特定操作，如特定的通信协议或设备配置任务。

下表展示了部分常见的Modbus功能码及其功能描述：

2.2 Modbus的通信模式

2.2.1 RTU模式的帧格式和特点

RTU（Remote Terminal Unit）模式是Modbus协议中最常用的通信模式之一，它在串行通信中以二进制形式传输数据。RTU模式的帧格式具有高效率和紧凑性，它特别适合在对带宽有限制的通信通道中使用，例如串行RS-485或RS-232接口。

帧格式：

1. 设备地址：帧的第一个字节，用于标识从设备。

2. 功能码：紧接着设备地址之后的第二个字节，表示请求的操作。

3. 数据：若干字节，根据功能码的不同可能包括寄存器地址、寄存器数量、写入值等。

4. CRC校验：最后两个字节，用于错误检测。

特点：

• 二进制格式： RTU模式使用二进制格式来表示地址、功能码、数据和CRC校验，这使得它比ASCII模式更为紧凑。

• 无间隔时间： 在数据帧之间没有任何间隔时间，确保了通信的高效率。

• 校验： 使用CRC校验来确保数据的完整性和准确性。

• 高效性： RTU模式由于没有文本字符和间隔时间，帧长度相对更短，因此效率较高。

2.2.2 ASCII模式的帧格式和特点

与RTU模式不同，ASCII模式以ASCII字符的形式传输数据。在某些应用中，如旧式的终端或调制解调器可能更适合ASCII模式。ASCII模式在数据传输时包括了数据帧的开始和结束标记，提高了数据的可读性。

帧格式：

1. 开始字符：‘>’ 表示数据帧的开始。

2. 设备地址：随后是ASCII码表示的设备地址。

3. 功能码：紧接着设备地址之后是ASCII码表示的功能