MODBUS基本通信原理

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1、3MODBUS基本通信原理3.1串行通信本設(shè)計(jì)中，上位計(jì)算機(jī)與下位TDM508儀表所連接的接口用的是RS-485接口。下面將具體討論RS-232C和RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)。3.1.1RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)RS-485是由RS-232C發(fā)展而來的。而RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA推薦的標(biāo)準(zhǔn)接口，原本是用于串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)通信設(shè)備和數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的標(biāo)準(zhǔn)接口，是目前最常用的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C的信號(hào)線是單方向的，兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳輸線共用一個(gè)地線，接口電路采用雙極性電源供電。使用的最高傳輸速率為幾十Kbps，最大傳輸距離為15m。RS-232C采用全雙工方式。(1)數(shù)據(jù)終端

2、設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE是產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)的數(shù)據(jù)源，也是接收數(shù)據(jù)的目的地，一般可以認(rèn)為DTE就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE是一個(gè)使傳輸信號(hào)符合線路要求，或者滿足DTE要求的信號(hào)匹配器。DCE是提供DTE與通信線路之間通信的建立、維持和終止連接等功能的設(shè)備。調(diào)制解調(diào)器Modem就是一個(gè)典型的DCE。RS-232C是一種為DTE和DCE之間通信而定義的接口標(biāo)準(zhǔn)，在微機(jī)系統(tǒng)中主要用于主機(jī)與調(diào)制解調(diào)器Modem之間的通信?，F(xiàn)在RS-232C也已經(jīng)廣泛地運(yùn)用于微機(jī)系統(tǒng)之間的通信，即DTE和DCE之間的通信，成為一種被普遍接受的通信接口標(biāo)準(zhǔn)。(2)RS-232C的電氣性能RS-2

3、32C標(biāo)準(zhǔn)中的信號(hào)電平是按負(fù)邏輯定義的。邏輯“1”（標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)識(shí)為MARK）的電平標(biāo)準(zhǔn)為-3V~-25V；邏輯“0”（標(biāo)識(shí)為SPACE）的電平標(biāo)準(zhǔn)為+3V~+25V。控制信號(hào)的接通狀態(tài)ON規(guī)定為SPACE；斷開狀態(tài)OFF規(guī)定為MARK。噪聲容限為±（3V~5V）。輸入端開路時(shí)，終端定義為MARK。RS-232C規(guī)定的邏輯電平與TTL電平、MOS電平均不一樣，在應(yīng)用中需要進(jìn)行RS-232C電平同其他信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。MC1488與MC1489是實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-232C電平轉(zhuǎn)換的專用集成芯片。(3)RS-232C接口功能RS-232C標(biāo)準(zhǔn)定義了25個(gè)接口信號(hào)，使用25芯的D型插座。在微機(jī)的串行通

4、信中最常用的信號(hào)有10個(gè)，如表3-1所示。這些信號(hào)可以分為二類，一類是基本的數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)，有TxD、RxD和GND，這三個(gè)信號(hào)可以構(gòu)成最簡單的連接方式。另一類是傳輸控制信號(hào)，包括DTR、RTS、DSR、CTS、DCD等。PGND是保護(hù)地，一般與設(shè)備的機(jī)架相連或接電纜的屏蔽層。表3-1常用的RS-232C接口信號(hào)引腳符號(hào)方向功能1PGND屏蔽地，保護(hù)地2TxDO發(fā)送數(shù)據(jù)3RxDI接收數(shù)據(jù)4RTSO請(qǐng)求發(fā)送5CTSI允許發(fā)送6DSRI數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好7GND信號(hào)地8DCDI載波檢測20DTRO數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好22RII振鈴信號(hào)3.1.2RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)RS-485標(biāo)準(zhǔn)是一種差分平衡的電氣接口，即采

5、用一對(duì)平衡差分信號(hào)線，可以實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)的通信。RS-485是半雙工的電氣接口，由使能信號(hào)EN控制發(fā)送或接收，接口功能示意圖3-1所示。SN75176就是一種典型的RS-485電氣接口。RS-485采用平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收，接收器輸入電壓的范圍為-7V~+12V，接收器輸入靈敏度為±200mV。傳輸?shù)淖畲笏俾试诰嚯x為12m處時(shí)為10Mbps；120m時(shí)為1Mbps；1200m時(shí)為100Kbps。圖3-1RS-485電氣接口與互連RS-485標(biāo)準(zhǔn)可以看作是RS-422標(biāo)準(zhǔn)的一種變形，主要區(qū)別在于RS-422是全雙工的接口。RS-485標(biāo)準(zhǔn)克服或改善了RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的許多不足，特別是在提高抗干擾能力

6、方面RS-485大大地優(yōu)于RS-232C，因而在許多場合得到廣泛的應(yīng)用。RS-485需要2個(gè)終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在近距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300m以下不要終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端。3.2MODBUS通訊協(xié)議3.2.1MODBUS協(xié)議簡述MODBUS協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。本設(shè)計(jì)所用到的TDM508系列儀表使用的就是MODBUS-RTU通訊協(xié)議。MODBUS協(xié)議詳細(xì)定義了校驗(yàn)碼、數(shù)據(jù)序列等，這些都是特定數(shù)據(jù)交換的必要內(nèi)容。MODBUS協(xié)議在一根通訊線上使用主從應(yīng)答式連接（半雙工），這意味著在一根單獨(dú)的通訊線上信號(hào)沿著相反的兩個(gè)方向傳

7、輸。首先，主計(jì)算機(jī)的信號(hào)尋址到一臺(tái)唯一的終端設(shè)備（從機(jī)），然后，終端設(shè)備發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)以相反的方向傳輸給主機(jī)。MODBUS協(xié)議只允許在主機(jī)（PC、PLC等）和終端設(shè)備之間通訊，而不允許獨(dú)立的終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，這樣各終端設(shè)備不會(huì)在它們初始化時(shí)占據(jù)通訊線路，而僅限于響應(yīng)到達(dá)本機(jī)的查詢信號(hào)。當(dāng)數(shù)據(jù)幀到達(dá)終端設(shè)備時(shí)，它通過一個(gè)簡單的“端口”進(jìn)入被尋址到的設(shè)備，該設(shè)備去掉數(shù)據(jù)幀的“信封”（數(shù)據(jù)頭），讀