工业机器人（5）-串口通信技术与MODBUS协议
目錄
1.?基本的通訊方式
擴展資料
串行和并行的區別
2.?串行通訊的兩種方式
3.?根據傳送方向分類
4.?串行通訊接口
5. RS485接口電路
6. 串口MODBUS通訊
7. MODBUS消息報文
8. MODBUS關鍵概念
9. MODBUS主站常用操作
10 示例程序
1.?基本的通訊方式
基本的通訊方式有并行通訊和串行通訊兩種。
在遠程通信和計算機科學中，串行通信（英語：Serial communication）是指在計算機總線或其他數據通道上，每次傳輸一個位元數據，并連續進行以上單次過程的通信方式。與之對應的是并行通信，它在串行端口上通過一次同時傳輸若干位元數據的方式進行通信。
? ? ? 串行通信被用于長距離通信以及大多數計算機網絡，在這些應用場合里，電纜和同步化使并行通信實際應用面臨困難。
? ? ?憑借著其改善的信號完整性和傳播速度，串行通信總線正在變得越來越普遍，甚至在短程距離的應用中，其優越性已經開始超越并行總線不需要串行化元件(serializer)，并解決了諸如時鐘偏移（Clock skew）、互聯密度等缺點。PCI到PCI Express的升級就一個例子。
并行通信：是指數據的各位同時進行傳送的通信方式。
串行通信：是指數據一位一位順序傳送的通信方式。
擴展資料
1. 基本概念：
并發(Concurrency)：以可獨立執行的進程集合的方式編程（進程是出了名的難定義，這里是通常意義上的進程，不是Linux進程）? ? ?
并行(Parallelism)：以可同時執行的（可能相關的）計算指令方式編程。
2.?串行通信和并行通信區別：
? ? ? ?這里說的通信是指數字信號。 數字信號是8位二進制數，可以使用信號線傳輸，一種方案是使用一條數據線按照次序一個位一個位的傳送，每傳送完8位為一個字節，叫串行通信。另一種方法是使用8條數據線分別傳送8位，一次傳送一個字節，叫并行通信。 實際傳輸有可能不是8位數據而是其它，但原理是相同的。 理論上并行速度比較快，但是串行口線間干擾小，稍遠的距離速度不低于并行口。
? ? ? 并行通信傳輸中有多個數據位，同時在兩個設備之間傳輸。發送設備將這些數據位通過對應的數據線傳送給接收設備，還可附加一位數據校驗位。接收設備可同時接收到這些數據，不需要做任何變換就可直接使用。并行方式主要用于近距離通信。計算機內的總線結構就是并行通信的例子。這種方法的優點是傳輸速度快，處理簡單。
? ? ?串行數據傳輸時，數據是一位一位地在通信線上傳輸的，先由具有幾位總線的計算機內的發送設備，將幾位并行數據經并–串轉換硬件轉換成串行方式，再逐位經傳輸線到達接收站的設備中，并在接收端將數據從串行方式重新轉換成并行方式，以供接收方使用。串行數據傳輸的速度要比并行傳輸慢得多，但對于覆蓋面極其廣闊的公用電話系統來說具有更大的現實意義。
串行和并行的區別
1、數據傳送方式不同：串行口傳輸方式為數據排成一行、一位一位送出接收也一樣,并行口傳輸8位數據一次送出.
2、針腳不同：串行口針腳少、并行口針腳多.
3、用途不同：串行口現在只用作控制接口、并行口多用作打印機、掃描儀等接口。
2.?串行通訊的兩種方式
? ? ? 串行通信的兩種基本形式：同步通信和異步通信。
? ? ? 異步通信所傳輸的數據幀格式是由1個起始位、1～9個數據位、1～2個停止位組成，依靠起始位和停止位保持同步；
? ? ? 同步通信所傳輸數據幀格式是由多個字節組成的一個幀，每個幀都有兩個（或一個）同步字符作為起始位以觸發同步時鐘開始發送或接收數據。
3.?根據傳送方向分類
? ? ?根據信息的傳送方向，串行通訊可以進一步分為單工、半雙工和全雙工三種。? 如果在通信過程的任意時刻，信息只能由一方A傳到另一方B，則稱為單工。如果在任意時刻，信息既可由A傳到B，又能由B傳A，但只能由一個方向上的傳輸存在，稱為半雙工傳輸。如果在任意時刻，線路上存在A到B和B到A的雙向信號傳輸，則稱為全雙工。
4.?串行通訊接口
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? ? ? 串行通訊物理接口按電氣標準及協議來分包括RS-232、RS-422、RS485等，工業界常用RS485接口。
RS-485又名TIA-485-A, ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485。
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? ? ?RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少采用，多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓撲結構，在同一總線上最多可以掛接32個節點。
? ? ? 在RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來，而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，
原因1是共模干擾：RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了，但容易忽視了收發器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發器共模電壓范圍為-7到+12V，只有滿足上述條件，整個網絡才能正常工作；當網絡線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩定可靠，甚至損壞接口；
原因2是EMI的問題：發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。
RS485 通訊線纜結構圖
5. RS485接口電路
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作為一個經常被應用到的SP485R芯片的示范電路，可以被直接嵌入實際的RS-485應用電路中。微處理器的標準串行口通過RXD 直接連接SP485R 芯片的RO 引腳，通過TXD直接連接SP485R 芯片的DI 引腳。
? ? ? ? 由微處理器輸出的R/D 信號直接控制SP485R 芯片的發送器/接收器使能：R/D 信號為“1”，則SP485R 芯片的發送器有效，接收器禁止，此時微處理器可以向RS-485 總線發送數據字節；R/D 信號為“0”，則SP485R 芯片的發送器禁止，接收器有效，此時微處理器可以接收來自RS-485 總線的數據字節。此電路中，任一時刻SP485R 芯片中的“接收器”和“發送器”只能夠有1 個處于工作狀態。
? ? ? 連接至A 引腳的上拉電阻R7、連接至B 引腳的下拉電阻R8 用于保證無連接的SP485R芯片處于空閑狀態，提供網絡失效保護，以提高RS-485 節點與網絡的可靠性。
? ? ? ?如果將SP485R 連接至微處理器80C51 芯片的UART 串口，則SP485R 芯片的RO 引腳不需要上拉；否則，需要根據實際情況考慮是否在RO 引腳增加1 個大約10K 的上拉電阻。
參考文獻：https://mp.weixin.qq.com/s/qCGk-d1g5Ej7d0s3fz38PQ
6. 串口MODBUS通訊
Modbus作為工業通信回路中數據交換的規則已經被廣泛地應用在各個領域，使得具有Modbus 通信協議的設備方便通信，例如PLC、變頻器、流量計、溫濕度、上位機組態軟件、各種傳感器儀表等。
Modbus通信協議分為兩種串行通信模式，ASCII 和RTU 通信模式。在使用時，需要先設定通信模式以及串行口RS232、RS485的通信參數(波特率，奇偶校驗，從機地址，數據位，停止位，字節順序)，在Modbus 總線上的所有設備應具有相同的通信模式和串行通信參數：
7. MODBUS消息報文
8. MODBUS關鍵概念
（1）上位機：讀取數據每次間隔時間一般不小于100ms
（2）設備地址：MODBUS從機通訊地址，在一個網絡中不能有兩個相同的地址。
（3）功能碼：MODBUS 協議規定的功能碼
（4）寄存器地址和寄存器數
?主站命令中的參數是從寄存器地址開始的寄存，讀寄存器長度的N個寄存器。
（5）從站響應數據
?從站響應數據是：字節數和N個數字節數據。
9. MODBUS主站常用操作
1）讀優化：對于不連續地址的數據讀取，是否采取打包讀，則系統使用打包讀命令，一次性完成多個地址的讀取。
2）讀優化間隔：讀優化時，若地址之間小于此間隔，則會打包到一起，使用多讀命令一次讀取。
3）最大包長：一次通訊允許的最大數據長度。
4）字節順序：調整32位雙字的解碼順序。
以32位整數為例，說明字節順序的含義:
1234：表示雙字元件不做處理直接解碼,。
例如：從串口讀到的數據為0000 00 01 表示 1。
2143：表示雙字元件高低字不顛倒，但字內高低字節顛倒。
例如：從串口讀到的數據為0000 00 01 表示 0x00000100 （即256）。
3412：表示雙字元件高低字顛倒，但字內高低字節不顛倒。
例如：從串口讀到的數據為0000 00 01 表示 0x00010000 （即65536）。
4321：表示雙字元件內4個字節全部顛倒。
例如：從串口讀到的數據為00 00 00 01 表示 0x0100 0000 （即1677 721
10 示例程序
(1).CRC16算法：INT16U CRC16(INT8U *puchMsg, INT16U usDataLen){INT8U uchCRCHi = 0xFF; /* 高CRC字節初始化 */INT8U uchCRCLo = 0xFF; /* 低CRC 字節初始化 */INT8U uIndex; /* CRC循環中的索引 */while (usDataLen--) /* 傳輸消息緩沖區 */{uIndex = uchCRCHi ^*puchMsg++; /* 計算CRC */uchCRCHi = uchCRCLo ^auchCRCHi[uIndex];uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex];}return (uchCRCHi << 8 |uchCRCLo);}（2）發送命令程序本例程以Mag64為核心CPUvoid Read_InPut(INT8U Addr,INT16UStart,INT16U Len){INT16U CRC;SendBuffer_485[0]=Addr; //設備地址SendBuffer_485[1]=0x04; //modbus功能碼SendBuffer_485[2]=Start/256; //Start為寄存器地址SendBuffer_485[3]=Start%256;SendBuffer_485[4]=Len/256; //Len為讀取寄存器長度SendBuffer_485[5]=Len%256;CRC=CRC16(SendBuffer_485,6);SendBuffer_485[6]=CRC/256; //CRC校驗高位SendBuffer_485[7]=CRC%256; //CRC校驗低位R485_OUT; //使能RS485發送SendLen_485=8;SendNum_485=0;CloseINT0(); //關閉串口接受中斷UCSR0B |= BIT(UDRIE0); //打開串口發送中斷}（3）返回數據解析數據接收使用串口中斷，ReceivedBuffer_485為接收數據組，ReceivedNum_485為接收到數據長度，ReceivedFlag_485接收到數據標志。函數float Datasum(INT8UBYTE1, INT8U BYTE2, INT8U BYTE3, INT8U BYTE4)把浮點數的4個字節轉換為1個浮點數。float Datasum(INT8U FloatByte1, INT8U FloatByte2,INT8U FloatByte3, INT8U FloatByte4){ float aa;union IntTOFP{ FP32 F32;INT8U T8[4];};union IntTOFPaa;aa.T8[0] = FloatByte1; aa.T8[1] = FloatByte2;aa.T8[2] = FloatByte3;aa.T8[3] = FloatByte4;return aa;}void Read_Lmag(INT8U Ad){INT8U i,j;INT8U Num1[10],BIT;INT16UCRC1,CRC2;FP32 Flow; //aaa為瞬時流量數值ReceivedFlag_485=1;Open_Time1_Ms5(20);Read_InPut(Ad,0x1010,2); //發送設備地址、寄存器地址、寄存器長度while(ReceivedFlag_485); //等待接收結束if((ReceivedNum_485==9)&&(ReceivedBuffer_485[0]==Ad)) // 判斷數據是否正確{CRC1=CRC16(ReceivedBuffer_485,7); CRC2=ReceivedBuffer_485[7]*256+ReceivedBuffer_485[8];if(CRC1==CRC2){// 轉換數據為浮點數Flow= Datasum(ReceivedBuffer_485[6], ReceivedBuffer_485[5], ReceivedBuffer_485[4] ,ReceivedBuffer_485[3])；}}}?
總結
以上是生活随笔為你收集整理的工业机器人（5）-串口通信技术与MODBUS协议的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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