Modbus — открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре ведущий-ведомый (master-slave). Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP (Modbus TCP).
Не следует путать MODBUS и MODBUS Plus. MODBUS Plus— проприетарный протокол принадлежащий Schneider Electric. Физический уровень уникальный, похож на Ethernet 10BASE-T,полудуплекс по одной витой паре, скорость 1 Мбит/с.Транспортный протокол—HDLC, поверх которого специфицировано расширение для передачи MODBUS PDU.
В этой статье рассмотрим на примере линии RS-485.
И так, в основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) — его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе «1», то на другом «0» и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при «1» она положительна, при «0» — отрицательна.
Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающего наводки общего («земли»). Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов земель — дополнительный источник искажений. А при дифференциальной передаче искажения не происходит. В самом деле, если два провода пролегают близко друг к другу, да еще перевиты, то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.
Воплощение
Есть несколько вариантов.
— Подешевле на известной MAX-ADM485.
Без изоляции, развязки, изолированного источника питания. Зато стоит не более 25 рублей.
— Подороже, сюда можно отнести монстра ADM2587, ADM2483 и пр.
Разводить пп желательно очень вдумчиво.
Узел RS-485 хорошо вынести подальше от точных и измерительных цепей, узлов и т.п.
На обычную сигнальную линию проложенную вдоль силовых установок и мощных потребителей, воздействует огромное количество наводок и помех.
В некоторых случаях, их потенциал может достигнуть нескольких тысяч вольт!
Так выглядит типичная посылка, от Ведущего — Ведомому.
Так выглядит ответ Ведомого — Ведущему
ID — Адрес ведомого устройства. Он может иметь значения от 1 до 247. Адрес 0 используется для широковещательной передачи, его распознаёт каждое устройство, адреса в диапазоне 248…255 — зарезервированы.
Команда(код функции):
в данном примере одна, на чтение 0x03.
Но в действительности их намного больше.
Все коды функций делятся на:
— Публичные коды, описанные в стандарте MODBUS-IDA. Их список включает уже назначенные и используемые коды, а также коды для будущего использования;
— User-Defined Function Codes (65-72, 100-110) — коды, которые могут использоваться компаниями для собственных функций, и не описаны в спецификации;
— Reserved Function Codes (9, 10, 13, 14, 41, 42, 43, 90, 91, 125, 126 и 127) — зарезервированы коды, которые не доступны для общего использования.
(0x02) — чтение значений из нескольких дискретных входов (Read Discrete Inputs).
(0x03) — чтение значений из нескольких регистров хранения (Read Holding Registers).
(0x04) — чтение значений из нескольких регистров ввода (Read Input Registers).
(0x05) — запись значения одного флага (Force Single Coil).
(0x06) — запись значения в один регистр хранения (Preset Single Register).
(0x07) — Чтение сигналов состояния (Read Exception Status)
(0x0F) — запись значений в несколько регистров флагов (Force Multiple Coils)
(0x10) — запись значений в несколько регистров хранения (Preset Multiple Registers)
(0x16) — запись в один регистр хранения с использованием маски «И» и маски «ИЛИ» (Mask Write Register).
(0x18) — Чтение данных из очереди (Read FIFO Queue)
(0x14) — Чтение из файла (Read File Record)
(0x15) — Запись в файл (Write File Record)
(0x08) — Диагностика (Diagnostic)
(0x0B) — Чтение счетчика событий (Get Com Event Counter)
(0x0C) — Чтение журнала событий (Get Com Event Log)
(0x11) — Чтение информации об устройстве (Report Slave ID)
(0x2B) — Encapsulated Interface Transport
Обработка ошибок
Ведущий отправляет запрос к Ведомому, в котором в поле «код функции» указывает ему на необходимое действие.
Байты данных содержат информацию, необходимую для выполнения данной функции.
Ведомый, в случае удачного выполнения этой функции, повторяет код функции в ответе.
При возникновении ошибки, код функции в ответе модифицируется — старший бит выставляется в 1.
В байтах данных передается причина ошибки. Например при исполнении Ведомым функции 0x0F возникла ошибка, тогда он ответит Ведущему полем функции равным 0x8F.
В дополнении к изменению кода функции, Ведомый размещает в поле данных уникальный код, который указывает на тип и причину ошибки.
CRC-16, циклически избыточный код.
Полином:
Для расчета есть два метода:
Простой
rgb(248, 248, 248);">uint16_t GetCRC16(byte*buf, uint8_t len)
{
uint16_t crc;
crc =0xFFFF;
while(len--)
{
crc = crctable[((crc>>8)^*buf++)&0xFF]^(crc<<8);
}
crc ^=0xFFFF;
return crc;
}
и Табличный
const uint8_t auchCRCHi[256]=
{
0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,
0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,
0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,
0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,
0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,
0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,
0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,
0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,
0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,
0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,
0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,
0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,
0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,
0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,
0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,
0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,
0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,
0x40
}; const uint8_t auchCRCLo[256]=
{
0x00,0xC0,0xC1,0x01,0xC3,0x03,0x02,0xC2,0xC6,0x06,0x07,0xC7,0x05,0xC5,0xC4,
0x04,0xCC,0x0C,0x0D,0xCD,0x0F,0xCF,0xCE,0x0E,0x0A,0xCA,0xCB,0x0B,0xC9,0x09,
0x08,0xC8,0xD8,0x18,0x19,0xD9,0x1B,0xDB,0xDA,0x1A,0x1E,0xDE,0xDF,0x1F,0xDD,
0x1D,0x1C,0xDC,0x14,0xD4,0xD5,0x15,0xD7,0x17,0x16,0xD6,0xD2,0x12,0x13,0xD3,
0x11,0xD1,0xD0,0x10,0xF0,0x30,0x31,0xF1,0x33,0xF3,0xF2,0x32,0x36,0xF6,0xF7,
0x37,0xF5,0x35,0x34,0xF4,0x3C,0xFC,0xFD,0x3D,0xFF,0x3F,0x3E,0xFE,0xFA,0x3A,
0x3B,0xFB,0x39,0xF9,0xF8,0x38,0x28,0xE8,0xE9,0x29,0xEB,0x2B,0x2A,0xEA,0xEE,
0x2E,0x2F,0xEF,0x2D,0xED,0xEC,0x2C,0xE4,0x24,0x25,0xE5,0x27,0xE7,0xE6,0x26,
0x22,0xE2,0xE3,0x23,0xE1,0x21,0x20,0xE0,0xA0,0x60,0x61,0xA1,0x63,0xA3,0xA2,
0x62,0x66,0xA6,0xA7,0x67,0xA5,0x65,0x64,0xA4,0x6C,0xAC,0xAD,0x6D,0xAF,0x6F,
0x6E,0xAE,0xAA,0x6A,0x6B,0xAB,0x69,0xA9,0xA8,0x68,0x78,0xB8,0xB9,0x79,0xBB,
0x7B,0x7A,0xBA,0xBE,0x7E,0x7F,0xBF,0x7D,0xBD,0xBC,0x7C,0xB4,0x74,0x75,0xB5,
0x77,0xB7,0xB6,0x76,0x72,0xB2,0xB3,0x73,0xB1,0x71,0x70,0xB0,0x50,0x90,0x91,
0x51,0x93,0x53,0x52,0x92,0x96,0x56,0x57,0x97,0x55,0x95,0x94,0x54,0x9C,0x5C,
0x5D,0x9D,0x5F,0x9F,0x9E,0x5E,0x5A,0x9A,0x9B,0x5B,0x99,0x59,0x58,0x98,0x88,
0x48,0x49,0x89,0x4B,0x8B,0x8A,0x4A,0x4E,0x8E,0x8F,0x4F,0x8D,0x4D,0x4C,0x8C,
0x44,0x84,0x85,0x45,0x87,0x47,0x46,0x86,0x82,0x42,0x43,0x83,0x41,0x81,0x80,
0x40
};
uint16_t CRC16(uint8_t *p, uint16_t len)
{
uint8_t crc_hi;
uint8_t crc_lo;
uint8_t n;
if(len>256U)
{
return(0);
}
n =(uint8_t)len;
crc_hi =0xFF; // high byte of CRC initialized
crc_lo =0xFF; // low byte of CRC initialized
do
{
uint8_t i = crc_hi ^*p++; // will index into CRC lookup table
crc_hi = crc_lo ^(uint8_t)(&auchCRCHi[i]); // calculate the CRC
crc_lo = (uint8_t)(&auchCRCLo[i]);
}
while(--n); // pass through message buffer (max 256 items)
return((crc_hi <<8)| crc_lo);
}
Использование табличной функции
unsigned char mess[3] = {1,108,8};
volatile unsigned short res1 = CRC16(&mess,3);
res1 будет равен 0x0СС6 при подстановке в конце команды менять местами
старший и младший байты не надо. Эта функция при занесении значения в
res1 автоматически меняет местами старший и младший байты.
Использование табличной функции
unsigned char mess[3] = {1,108,8};
volatile unsigned short res1 = CRC16(&mess,3);
res1 будет равен 0x0СС6 при подстановке в конце команды менять местами
старший и младший байты не надо. Эта функция при занесении значения в
res1 автоматически меняет местами старший и младший байты.
Как указано в даташите на ADM485, для работы на прием выводы RE-DE-DI должны быть в 0,
тогда на выводе RO появляются принятые данные.
Для работы на передачу — все противоположно, но данные следует слать на DI.
Простая функция приема
http://we.easyelectronics.ru/templates/skin/new-jquery/images/code.gif) rgb(248, 248, 248);">
void USART1_IRQHandler(void)
{ uint16_t temp;
if((Modbus_Progress_Status == M_STAT_REC_ON)||(Modbus_Progress_Status == M_STAT_CLEAR))
{
Modbus_Data[Modbus_Count_Byte]= USART1->DR;
Modbus_Count_Byte ++;
if(Modbus_Count_Byte >= LENGTH_PACK)
{
if(Modbus_Data[0]== MY_ID)
{
temp = Modbus_Data[7];
temp = temp<<8;
temp |= Modbus_Data[6];
if(CRC_calc(Modbus_Data,9)==temp)
{
Modbus_Progress_Status = M_STAT_TRAN_ON;
Modbus_Count_Byte =0;
USART1->CR1 &=~ USART_CR1_RE;
USART1->CR1 &=~ USART_CR1_RXNEIE;
Modbus_Send();
};
}}}}
Ответ выглядит примерно так
http://we.easyelectronics.ru/templates/skin/new-jquery/images/code.gif) rgb(248, 248, 248);">
void Modbus_Send(void)
{
uint16_t crc;
uint8_t i;
USART1->CR1 &=~ USART_CR1_RE;
USART1->CR1 &=~ USART_CR1_RXNEIE;
Modbus_DataTX[0]= ID;
Modbus_DataTX[1]= COMMAND_READ;
Modbus_DataTX[2]= LENGTH_REDE;
Modbus_DataTX[3]= Param1L;
Modbus_DataTX[4]= Param1H;
Modbus_DataTX[5]= Param2L;
Modbus_DataTX[6]= Param1H;
....
Modbus_DataTX[21]= Param21L;
Modbus_DataTX[22]= Param21H;
crc = CRC(Modbus_DataTX,23);
Modbus_DataTX[23]=(crc &0x00FF);
Modbus_DataTX[24]=(crc >>8);
Modbus_Transmit_Select();
for(i=0; i<LENGTH_PACK_REDE; i++)
{
USART_Transmit(Modbus_DataTX[i]);
}
USART1->CR1 &=~ USART_CR1_TE;
Modbus_Receive_Select();
// Тут очищаем флаги если есть
Modbus_Data_TransLength =0;
Modbus_Progress_Status = M_STAT_CLEAR;
Modbus_Progress_Status =0;
Modbus_Count_Byte =0;
Modbus_Count_TransByte =0;
USART1->CR1 |= USART_CR1_RE;
USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE;
}
Все интервалы организованы на прерываниях.
Сообщение должно начинаться и заканчиваться интервалом тишины, длительностью не менее 3,5 символов.
Во время передачи сообщения не должно быть пауз длительностью более 1,5 символов.
Для скоростей более 19200 бод допускается использовать интервалы 1,75 и 0,75 мс, соответственно.
Для отладки удобно использовать что-то вроде Modbus_Poll.
К сожалению он не бесплатный, триальная версия работает 25 дней, ограничивает работу 10 минутами и всячески достает сообщениями…
Файл логанализатора, с общением по Modbus Яндекс диск
Рекомендуется к прочтению:
Спецификация Modbus Link
RS-485 для чайников — Link
Modbus в Википедии Link
Modbus протокол Link
