基于RS232modbus協(xié)議的雙機串行通信

目錄一、Modbus協(xié)議分析11.1兩種傳輸方式21.2Modbus消息幀31.3錯誤檢測方法5二、程序設計思想62.1總體設計62.2硬件設計7單片機串行通信功能72.2.2MAX232芯片82.2.3整體電路設計92.3軟件設計10主機系統(tǒng)軟件設計102.3.2從機系統(tǒng)軟件設計12三、程序代碼15基于51單片機的雙機串行通信設計一、Modbus協(xié)議分析Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。

此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結構,而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設備的過程，如何回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。

當在一Modbus網(wǎng)絡上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反響信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉換為在此網(wǎng)絡上使用的幀或包結構。這種轉換也擴展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。

1)在Modbus網(wǎng)絡上轉輸

標準的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由Modem組網(wǎng)。

控制器通信使用主—從技術，即僅一設備〔主設備〕能初始化傳輸〔查詢〕。其它設備〔從設備〕根據(jù)主設備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應反響。典型的主設備：主機和可編程儀表。典型的從設備：可編程控制器。

主設備可單獨和從設備通信，也能以播送方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回一消息作為回應，如果是以播送方式查詢的，那么不作任何回應。Modbus協(xié)議建立了主設備查詢的格式：設備〔或播送〕地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯誤檢測域。

從設備回應消息也由Modbus協(xié)議構成，包括確認要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯誤，或從設備不能執(zhí)行其命令，從設備將建立一錯誤消息并把它作為回應發(fā)送出去。

2)在其它類型網(wǎng)絡上傳輸在其它網(wǎng)絡上，控制器使用對等技術通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。這樣在單獨的通信過程中，控制器既可作為主設備也可作為從設備。提供的多個內(nèi)部通道可允許同時發(fā)生的傳輸進程。在消息位，Modbus協(xié)議仍提供了主—從原那么，盡管網(wǎng)絡通信方法是“對等〞。如果一控制器發(fā)送一消息，它只是作為主設備，并期望從從設備得到回應。同樣，當控制器接收到一消息，它將建立一從設備回應格式并返回給發(fā)送的控制器。

3)查詢—回應周期

〔=1\*romani〕查詢

查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設備讀保持存放器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設備的信息：從何存放器開始讀及要讀的存放器數(shù)量。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。

〔=2\*romanii〕回應

如果從設備產(chǎn)生一正常的回應，在回應消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應。數(shù)據(jù)段包括了從設備收集的數(shù)據(jù)：象存放器值或狀態(tài)。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出回應消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設備確認消息內(nèi)容是否可用。1.1兩種傳輸方式控制器能設置為兩種傳輸模式〔ASCII或RTU〕中的任何一種在標準的Modbus網(wǎng)絡通信。用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)〔波特率、校驗方式等〕，在配置每個控制器的時候，在一個Modbus網(wǎng)絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。

ASCII模式:地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1...數(shù)據(jù)nLRC高字節(jié)LRC低字節(jié)回車換行RTU模式地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1...數(shù)據(jù)nCRC高字節(jié)CRC低字節(jié)所選的ASCII或RTU方式僅適用于標準的Modbus網(wǎng)絡，它定義了在這些網(wǎng)絡上連續(xù)傳輸?shù)南⒍蔚拿恳晃?，以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。在其它網(wǎng)絡上〔像MAP和ModbusPlus〕Modbus消息被轉成與串行傳輸無關的幀。

1)ASCII模式當控制器設為在Modbus網(wǎng)絡上以ASCII〔美國標準信息交換代碼〕模式通信，在消息中的每個8Bit字節(jié)都作為兩個ASCII字符發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可到達1秒而不產(chǎn)生錯誤。

代碼系統(tǒng)十六進制，ASCII字符0...9，A...F，消息中的每個ASCII字符都是一個十六進制字符組成每個字節(jié)的位。

?1個起始位

?7個數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送

?1個奇偶校驗位，無校驗那么無

?1個停止位〔有校驗時〕，2個Bit〔無校驗時〕

錯誤檢測域

?LRC(縱向冗長檢測)

2)RTU模式當控制器設為在Modbus網(wǎng)絡上以RTU〔遠程終端單元〕模式通信，在消息中的每個8Bit字節(jié)包含兩個4Bit的十六進制字符。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。

代碼系統(tǒng)

?8位二進制，十六進制數(shù)0...9，A...F

?消息中的每個8位域都是一個兩個十六進制字符組成

每個字節(jié)的位

?1個起始位

?8個數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送

?1個奇偶校驗位，無校驗那么無

?1個停止位〔有校驗時〕，2個Bit〔無校驗時〕

錯誤檢測域

?CRC(循環(huán)冗長檢測)1.2Modbus消息幀兩種傳輸模式中〔ASCII或RTU〕，傳輸設備以將Modbus消息幀為有起點和終點的幀，這就允許接收的設備在消息起始處開始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個設備被選中〔播送方式那么傳給所有設備〕，判知何時信息已完成。局部的消息也能偵測到并且錯誤能設置為返回結果。

1)ASCII幀使用ASCII模式，消息以冒號〔:〕字符〔ASCII碼3AH〕開始，以回車換行符結束〔ASCII碼0DH,0AH〕。其它域可以使用的傳輸字符是十六進制的0...9,A...F。網(wǎng)絡上的設備不斷偵測“:〞字符，當有一個冒號接收到時，每個設備都解碼下個域〔地址域〕來判斷是否發(fā)給自己的。消息中字符間發(fā)送的時間間隔最長不能超過1秒，否那么接收的設備將認為傳輸錯誤。一個典型消息幀如下所示：起始位設備地址功能代碼數(shù)據(jù)LRC校驗結束符1個字符2個字符2個字符n個字符2個字符2個字符ASCII消息幀2)RTU幀使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始。在網(wǎng)絡波特率下多樣的字符時間，這是最容易實現(xiàn)的(如下列圖的T1-T2-T3-T4所示)。傳輸?shù)牡谝粋€域是設備地址。可以使用的傳輸字符是十六進制的0...9,A...F。網(wǎng)絡設備不斷偵測網(wǎng)絡總線，包括停頓間隔時間內(nèi)。當?shù)谝粋€域〔地址域〕接收到，每個設備都進行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個傳輸字符之后，一個至少3.5個字符時間的停頓標定了消息的結束。一個新的消息可在此停頓后開始。整個消息幀必須作為一連續(xù)的流轉輸。如果在幀完成之前有超過1.5個字符時間的停頓時間，接收設備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。同樣地，如果一個新消息在小于3.5個字符時間內(nèi)接著前個消息開始，接收的設備將認為它是前一消息的延續(xù)。這將導致一個錯誤，因為在最后的CRC域的值不可能是正確的。一典型的消息幀如下所示：起始位設備地址功能代碼數(shù)據(jù)CRC校驗結束符T1-T2-T3-T48Bit8Bitn個8Bit16BitT1-T2-T3-T4RTU消息幀3)地址域消息幀的地址域包含兩個字符〔ASCII〕或8Bit〔RTU〕?？赡艿膹脑O備地址是0...247(十進制)。單個設備的地址范圍是1...247。主設備通過將要聯(lián)絡的從設備的地址放入消息中的地址域來選通從設備。當從設備發(fā)送回應消息時，它把自己的地址放入回應的地址域中，以便主設備知道是哪一個設備作出回應。地址0是用作播送地址，以使所有的從設備都能認識。當Modbus協(xié)議用于更高水準的網(wǎng)絡，播送可能不允許或以其它方式代替。

4)如何處理功能域消息幀中的功能代碼域包含了兩個字符〔ASCII〕或8Bits〔RTU〕?？赡艿拇a范圍是十進制的1...255。當然，有些代碼是適用于所有控制器，有些是應用于某種控制器，還有些保存以備后用。當消息從主設備發(fā)往從設備時，功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O備需要執(zhí)行哪些行為。例如去讀取輸入的開關狀態(tài)，讀一組存放器的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀從設備的診斷狀態(tài)，允許調(diào)入、記錄、校驗在從設備中的程序等。當從設備回應時，它使用功能代碼域來指示是正?；貞?無誤)還是有某種錯誤發(fā)生〔稱作異議回應〕。對正?；貞?，從設備僅回應相應的功能代碼。對異議回應，從設備返回一等同于正常代碼的代碼，但最重要的位置為邏輯1。主設備應用程序得到異議的回應后，典型的處理過程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)給從設備的消息并報告給操作員。

5)數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)域是由兩個十六進制數(shù)集合構成的，范圍00...FF。根據(jù)網(wǎng)絡傳輸模式，這可以是由一對ASCII字符組成或由一RTU字符組成。從主設備發(fā)給從設備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息：從設備必須用于進行執(zhí)行由功能代碼所定義的所為。這包括了象不連續(xù)的存放器地址，要處理項的數(shù)目，域中實際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。

6)錯誤檢測域標準的Modbus網(wǎng)絡有兩種錯誤檢測方法。錯誤檢測域的內(nèi)容視所選的檢測方法而定。

ASCII中選用ASCII模式作字符幀，錯誤檢測域包含兩個ASCII字符。這是使用LRC〔縱向冗長檢測〕方法對消息內(nèi)容計算得出的，不包括開始的冒號符及回車換行符。LRC字符附加在回車換行符前面。

RTU中選用RTU模式作字符幀，錯誤檢測域包含一16Bits值(用兩個8位的字符來實現(xiàn))。錯誤檢測域的內(nèi)容是通過對消息內(nèi)容進行循環(huán)冗長檢測方法得出的。CRC域附加在消息的最后，添加時先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。故CRC的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個字節(jié)。

7)字符的連續(xù)傳輸當消息在標準的Modbus系列網(wǎng)絡傳輸時，每個字符或字節(jié)以如下方式發(fā)送〔從左到右〕：

最低有效位...最高有效位

使用ASCII字符幀時，位的序列是：

有奇偶校驗啟始位1234567奇偶位停止位無奇偶校驗啟始位1234567停止位停止位位順序〔ASCII〕使用RTU字符幀時，位的序列是：

有奇偶校驗啟始位12345678奇偶位停止位無奇偶校驗啟始位12345678停止位停止位位順序〔RTU〕1.3錯誤檢測方法標準的Modbus串行網(wǎng)絡采用兩種錯誤檢測方法。奇偶校驗對每個字符都可用，幀檢測〔LRC或CRC〕應用于整個消息。它們都是在消息發(fā)送前由主設備產(chǎn)生的，從設備在接收過程中檢測每個字符和整個消息幀。用戶要給主設備配置一預先定義的超時時間間隔，這個時間間隔要足夠長，以使任何從設備都能作為正常反響。如果從設備測到一傳輸錯誤，消息將不會接收，也不會向主設備作出回應。這樣超時事件將觸發(fā)主設備來處理錯誤。發(fā)往不存在的從設備的地址也會產(chǎn)生超時。

1〕奇偶校驗用戶可以配置控制器是奇或偶校驗，或無校驗。這將決定了每個字符中的奇偶校驗位是如何設置的。如果指定了奇或偶校驗，“1〞的位數(shù)將算到每個字符的位數(shù)中〔ASCII模式7個數(shù)據(jù)位，RTU中8個數(shù)據(jù)位〕。例如RTU字符幀中包含以下8個數(shù)據(jù)位：11000101，整個“1〞的數(shù)目是4個。如果便用了偶校驗，幀的奇偶校驗位將是0，便得整個“1〞的個數(shù)仍是4個。如果便用了奇校驗，幀的奇偶校驗位將是1，便得整個“1〞的個數(shù)是5個。如果沒有指定奇偶校驗位，傳輸時就沒有校驗位，也不進行校驗檢測。代替一附加的停止位填充至要傳輸?shù)淖址麕小?/p>

2〕LRC檢測使用ASCII模式，消息包括了一基于LRC方法的錯誤檢測域。LRC域檢測了消息域中除開始的冒號及結束的回車換行號外的內(nèi)容。

LRC域是一個包含一個8位二進制值的字節(jié)。LRC值由傳輸設備來計算并放到消息幀中，接收設備在接收消息的過程中計算LRC，并將它和接收到消息中LRC域中的值比擬，如果兩值不等，說明有錯誤。

LRC方法是將消息中的8Bit的字節(jié)連續(xù)累加，丟棄了進位。

3〕CRC檢測使用RTU模式，消息包括了一基于CRC方法的錯誤檢測域。CRC域檢測了整個消息的內(nèi)容。

CRC域是兩個字節(jié)，包含一16位的二進制值。它由傳輸設備計算后參加到消息中。接收設備重新計算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比擬，如果兩值不同，那么有誤。

CRC是先調(diào)入一值是全“1〞的16位存放器，然后調(diào)用一過程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)各當前存放器中的值進行處理。僅每個字符中的8Bit數(shù)據(jù)對CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校驗位均無效。

CRC產(chǎn)生過程中，每個8位字符都單獨和存放器內(nèi)容相或〔OR〕，結果向最低有效位方向移動，最高有效位以0填充。LSB被提取出來檢測，如果LSB為1，存放器單獨和預置的值或一下，如果LSB為0，那么不進行。整個過程要重復8次。在最后一位〔第8位〕完成后，下一個8位字節(jié)又單獨和存放器的當前值相或。最終存放器中的值，是消息中所有的字節(jié)都執(zhí)行之后的CRC值。

CRC添加到消息中時，低字節(jié)先參加，然后高字節(jié)。二、程序設計思想2.1總體設計本文在MODBUS協(xié)議的根底上通過串行端口實現(xiàn)單片機和單片機的通訊，根據(jù)MODBUS協(xié)議，它有兩種數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑篈SCII和RTU方式，由于RTU方式傳輸效率高，采用CRC校驗方法，數(shù)據(jù)傳輸準確，所以本文采用了RTU方式。硬件局部，使用兩片89C4051，通過RS232進行雙機通信。發(fā)送方的數(shù)據(jù)由串行口TXD段輸出，經(jīng)過電平轉換芯片MAX232將TTL電平轉換為RS232電平輸出，經(jīng)過傳輸線將信號傳送到接收端。接收方也使用MAX232芯片進行電平轉換后，信號到達接收方串行口的接收端。每個51從設備增加了一個I2C接口的ADC0831，主機通過協(xié)議來輪詢各個從機的采樣信號，解析后顯示在主機的LCD屏的對應位置上。軟件局部，通過MODBUS協(xié)議進行發(fā)送接收，主機發(fā)送命令幀給從機，等待從機回應，等待超時那么重新發(fā)送。從機收到命令幀后檢查目的地址，確認后計算接收到數(shù)據(jù)的檢驗和，與主機發(fā)送來的檢驗和進行比擬，假設檢驗和相同那么發(fā)送正?；貞獛o主機；否那么發(fā)送錯誤報告幀給主機，告知主機重新發(fā)送命令幀。2.2硬件設計單片機串行通信功能圖2-1AT89C4051計算機與外界的信息交換稱為通信，常用的通信方式有兩種：并行通信和串行通信。51單片機用4個接口與外界進行數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出就是并行通信，并行通信的特點是傳輸信號的速度快，但所用的信號線較多，本錢高，傳輸?shù)木嚯x較近。串行通信的特點是只用兩條信號線〔一條信號線，再加一條地線作為信號回路〕即可完成通信，本錢低，傳輸?shù)木嚯x較遠。51單片機的串行接口是一個全雙工的接口，它可以作為UART〔通用異步接受和發(fā)送器〕用，也可以作為同步移位存放器用。51單片機串行接口的結構如下：〔1〕數(shù)據(jù)緩沖器〔SBUF〕接受或發(fā)送的數(shù)據(jù)都要先送到SBUF緩存。有兩個，一個緩存，另一個接受，用同一直接地址99H,發(fā)送時用指令將數(shù)據(jù)送到SBUF即可啟動發(fā)送；接收時用指令將SBUF中接收到的數(shù)據(jù)取出?！?〕串行控制存放器〔是SCON〕SCON用于串行通信方式的選擇，收發(fā)控制及狀態(tài)指示，各位含義如下：SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0,SM1:串行接口工作方式選擇位，這兩位組合成00，01，10，11對應于工作方式0、1、2、3。串行接口工作方式特點見下表。SM0SM1工作方式功能波特率0008位同步移位存放器〔用于I/O擴展〕fORC/1201110位異步串行通信〔UART〕可變〔T1溢出率*2SMOD/32〕10211位異步串行通信〔UART〕fORC/64或fORC/3211311位異步串行通信〔UART〕可變〔T1溢出率*2SMOD/32〕SM2：多機通信控制位。REN：接收允許控制位。軟件置1允許接收；軟件置0禁止接收。TB8：方式2或3時，TB8為要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置1或清0。RB9：在方式2或3時，RB8位接收到的第9位數(shù)據(jù)，實際為主機發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)TB8，使從機根據(jù)這一位來判斷主機發(fā)送的時呼叫地址還是要傳送的數(shù)據(jù)。TI：發(fā)送中斷標志。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后由硬件自動置位，并申請中斷。必須要軟件清零后才能繼續(xù)發(fā)送。RI：接收中斷標志。接收完一幀數(shù)據(jù)后由硬件自動置位，并申請中斷。必須要軟件清零后才能繼續(xù)接收?！?〕輸入移位存放器接收的數(shù)據(jù)先串行進入輸入移位存放器，8位數(shù)據(jù)全移入后，再并行送入接收SBUF中?！?〕波特率發(fā)生器波特率發(fā)生器用來控制串行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率的，51系列單片機用定時器T1作為波特率發(fā)生器，T1設置在定時方式。波特率時用來表示串行通信數(shù)據(jù)傳輸快慢程度的物理量，定義為每秒鐘傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。〔5〕電源控制存放器PCON其最高位為SMOD?！?〕波特率計算當定時器T1工作在定時方式的時候，定時器T1溢出率=〔T1計數(shù)率〕/〔產(chǎn)生溢出所需機器周期〕。由于是定時方式，T1計數(shù)率=fORC/12。產(chǎn)生溢出所需機器周期數(shù)=模M-計數(shù)初值X。MAX232芯片用8051串行接口通信，如果兩臺8051單片機之間的距離很近〔不超過1.5m〕，可以采用直接將兩臺8051單片機的串行接口直接相連，利用其自身的TTL電平〔0-5V〕直接傳輸數(shù)據(jù)信息。如果傳輸距離較遠〔超過1.5m〕，由于傳輸線的阻抗與分布電容，會產(chǎn)生電平損耗和波形畸變，以至于檢測不出數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)出錯。此時可利用RS232標準總線接口，將單片機輸出的TTL電平轉換為RS232標準電平〔邏輯1為-15—-5V；邏輯0為+5-—+15V〕。用RS232可將傳輸距離提高到15m，如果想遠距離傳輸，可以采用RS422或者RS485。電平轉換芯片MAX232是美信公司〔MAXIM〕生產(chǎn)，專用于進行將TTL電平轉換為RS232電平的芯片，MAX232內(nèi)部有泵電源，能將+5V電源電壓在芯片內(nèi)提高到RS232電平所需的+10V或者-10V電平。圖2-2電平轉換芯片MAX232整體電路設計最終設計電路如下列圖3所示，發(fā)送方的數(shù)據(jù)由串行口TXD段輸出，經(jīng)過電平轉換芯片MAX232將TTL電平轉換為RS232電平輸出，經(jīng)過傳輸線將信號傳送到接收端。接收方也使用MAX232芯片進行電平轉換后，信號到達接收方串行口的接收端。每個51從設備增加了一個I2C接口的ADC0831，主機通過MODBUS協(xié)議來輪詢各個從機的采樣信號，解析后顯示在主機的LCD屏的對應位置上。主機和從機發(fā)送的數(shù)據(jù)通過VIRTUALTERMINAL顯示。圖2-3串行通信電路2.3軟件設計通過MODBUS協(xié)議進行發(fā)送接收，主機發(fā)送命令幀給從機，等待從機回應，等待超時那么重新發(fā)送。從機收到命令幀后檢查目的地址，確認后計算接收到數(shù)據(jù)的檢驗和，與主機發(fā)送來的檢驗和進行比擬，假設檢驗和相同那么發(fā)送正?；貞獛o主機；否那么發(fā)送錯誤報告幀給主機，告知主機重新發(fā)送命令幀。2.3.1主機系統(tǒng)軟件設計主機要對從機實施控制，首先要實現(xiàn)兩者之間的通訊，按照MODBUS協(xié)議的約定，在通訊中的信息數(shù)據(jù)中設置特定的代碼，在通訊成功后，對信息數(shù)據(jù)進行解析和提取，然后啟動相應的中斷程序進行處理。本設計中，主機的通信過程如下：(1)主程序：開始，翻開串口，然后準備要發(fā)送的信號數(shù)據(jù)，調(diào)用CRC生成程序獲取信號數(shù)據(jù)的CRC校驗碼，組織命令報文，以MODBUS的RTU信息幀方式發(fā)送報文，發(fā)送完畢后進入偵聽階段，偵測幀頭(T1．T2．T3．T4)，通過判斷，假設符合MODBUS協(xié)議規(guī)定四個字符延時等待時間，等待中斷效勞效勞，中斷處理未完畢后返回中斷等待，處理完畢，中斷返回，返回主程序的數(shù)據(jù)準備階段，繼續(xù)進行偵聽；假設超時，進行超時處理，處理完畢返回主程序，進入數(shù)據(jù)準備。(2)中斷程序：響應中斷后，進入中斷效勞程序，接收數(shù)據(jù)，進行CRC校驗，假設命令數(shù)據(jù)正確，進行命令報文解析，根據(jù)協(xié)議約定功能進行數(shù)據(jù)處理，處理完畢進入主程序；否那么，重發(fā)報文，重發(fā)完畢，返回進入主程序。主機軟件設計如主機主程序流程圖2-4和主機中斷效勞子程序流程圖2-5所示。圖2-4主機主程序流程圖圖2-5主機中斷效勞子程序流程圖從機系統(tǒng)軟件設計從機的程序設計要實現(xiàn)五大功能：第一，要實現(xiàn)主機和從機之間的通訊功能(接收報文和回報文)；第二，要完成命令報文的解析和信息提取(設備地址、功能碼，存放器地址和數(shù)據(jù)等)；第三，實現(xiàn)MODBUS協(xié)議規(guī)定的主要的功能(采集模擬量、從存放器中取值、往存放器寫入數(shù)值以及向特定的單片機IO端口下置數(shù)字量)；第四，通訊環(huán)節(jié)中的一些特定的中斷程序的執(zhí)行(接收和發(fā)生的啟動、偵測報文開始位和結束位的啟動中斷等)；第五，在通訊過程中保證信息數(shù)據(jù)的準確是非常重要的，所以從機軟件的設計中要進行錯誤檢測，其方法多種多樣，在本設計中采用循環(huán)冗余檢測(CRC)，其優(yōu)點是檢驗的效率比擬高、準確率也比擬高，實現(xiàn)五大功能程序設計，可以使從機完成MODBUS協(xié)議的相應功能。從機軟件設計如從機主程序流程圖2-6和從機中斷子程序流程圖2-7所示。圖2-6從機主程序流程圖圖2-7從機中斷子程序流程圖三、程序代碼/*******************************主機********************************/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineUint16unsignedint#defineUint32unsignedlong#defineucharunsignedchar#defineLCD_DataP1#defineBusy0x80//用于檢測LCD狀態(tài)字中的Busy標識sbitreving=P3^5;//發(fā)送或接收指示燈，1：發(fā)送0：接收sbitLCD_RS=P3^2;//定義引腳sbitLCD_RW=P3^3;sbitLCD_E=P3^4;bitnodeok;//標志位bitcrcok;//校驗標志位，1：校驗正確0：校驗錯誤ucharasknode;//輪詢的當前節(jié)點ucharasknode_save;//保存輪詢的當前節(jié)點ucharmtx[8],mrx[10];ucharsend101[]={0x01,0x04,0x00,0x00,0x00,0x03};uchartimercnt;//定時ucharrevptr;Uint16delaycnt;voidInitUART(void);voidSendOneByte(unsigned);voidmdproc(uchar);Uint16Crc16(Uint16*puchMsg,Uint16usDataLen);voidWriteDataLCD(unsignedcharWDLCD);voidWriteCommandLCD(unsignedcharWCLCD,BuysC);unsignedcharReadDataLCD(void);unsignedcharReadStatusLCD(void);voidLCDInit(void);voidDisplayOneChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData);voidDisplayListChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedchar*DData);voidDelay5Ms(void);voidDelay400Ms(void);/*CRC高位字節(jié)值表*/constUint16codeauchCRCHi[]={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};/*CRC低位字節(jié)值表*/constUint16codeauchCRCLo[]={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};voidmain(void){ unsignedchartemp8; Uint16temp16,temp16_1,temp16_2; unsignedcharcoderow1[]={"MODBUSFUNC:04H"}; unsignedcharcoderow2[]={"NOWGETSTART"};ucharrow3[]={"V1V2V3"};ucharrow4[]={"..."}; inti; reving=0; nodeok=0; timercnt=0x00; asknode=0x00; temp16_2=250; for(i=0;i<10;i++){mrx[i]=0x00;} for(i=0;i<8;i++){mtx[i]=0x00;}Delay400Ms();//啟動等待，等LCD講入工作狀態(tài) LCDInit();//LCD初始化 Delay5Ms();//延時片刻(可不要) DisplayListChar(1,0,row1); DisplayListChar(2,1,row2); ReadDataLCD();//測試用句無意義 delaycnt=0xffff; while(delaycnt--){} delaycnt=0xffff; while(delaycnt--){} DisplayListChar(0,0,row3); InitUART(); crcok=1; while(1) { if(crcok==1) { temp16_1=mrx[3]; temp16_1*=temp16_2; temp16_1>>=7; switch(mrx[0]) { case0x01:{row4[1]=(temp16_1/100)+0x30;row4[3]=((temp16_1%100)/10)+0x30;row4[4]=(temp16_1%10)+0x30;break;} case0x02:{row4[6]=(temp16_1/100)+0x30;row4[8]=((temp16_1%100)/10)+0x30;row4[9]=(temp16_1%10)+0x30;break;} case0x03:{row4[11]=(temp16_1/100)+0x30;row4[13]=((temp16_1%100)/10)+0x30;row4[14]=(temp16_1%10)+0x30;break;} default:{break;} } DisplayListChar(0,1,row4);//在指定位置顯示從機發(fā)送來的數(shù)據(jù) delaycnt=0x3ff;//顯示延遲 while(delaycnt--){} reving=1; send101[0]=(asknode++)+0x01;//打包主機發(fā)送幀 asknode_save=asknode-1; asknode%=3; temp16=Crc16(send101,6);//產(chǎn)生16位CRC校驗碼 for(i=0;i<6;i++){mtx[i]=send101[i];} mtx[6]=(temp16>>8)&0x00ff; mtx[7]=temp16&0x00ff; delaycnt=0x3ff;while(delaycnt--){} for(i=0;i<8;i++) { temp8=mtx[i]; SendOneByte(temp8); } crcok=0; delaycnt=0x3ff; while(delaycnt--){} timercnt=0; reving=0;//發(fā)送完畢關閉LED，等待接收 } }}//定時100ms,重新發(fā)送數(shù)據(jù)voidTimer0Interrupt(void)interrupt1{TH0=0x3C;TL0=0x0B0; if(++timercnt==5) { crcok=1; asknode=asknode_save; timercnt=0; }}//接收從機數(shù)據(jù)voidUARTInterrupt(void)interrupt4{ ucharbyterev;if(RI){RI=0;byterev=SBUF; mdproc(byterev);}elseTI=0;}voidmdproc(ucharb){ Uint16temp16_1,temp16_2; if(nodeok==0) { if(b==send101[0])//地址是否正確 { nodeok=1; revptr=1; mrx[0]=b; } } elseif(revptr<11)//是否發(fā)送完畢 { mrx[revptr++]=b; } else { revptr=0; nodeok=0; temp16_1=Crc16(mrx,9); temp16_2=mrx[9]; temp16_2<<=8; temp16_2|=mrx[10]; if(temp16_1==temp16_2)//CRC校驗是否正確 { if(mrx[1]==0x54){asknode=asknode_save;crcok=1;} elsecrcok=1; } else { asknode=asknode_save; crcok=1; } }}voidSendOneByte(unsignedcharc){SBUF=c;while(!TI);TI=0;}//初始化串口通信〔波特率設置為9600〕voidInitUART(void){TMOD=0x20;SCON=0x50;TH1=0xFD;TL1=TH1;PCON=0x00;EA=1;ES=1;TR1=1; TMOD|=0x01;TH0=0x3C;TL0=0xB0;//timersetsat20msET0=1;TR0=1;}//產(chǎn)生16位CRC校驗碼Uint16Crc16(uchar*puchMsg,Uint16usDataLen){ Uint16uchCRCHi=0xFF;/*高CRC字節(jié)初始化*/ Uint16uchCRCLo=0xFF;/*低CRC字節(jié)初始化*/ Uint16temp16; Uint32uIndex;/*CRC循環(huán)中的索引*/ while(usDataLen--)/*傳輸消息緩沖區(qū)*/ { temp16=*puchMsg++; uIndex=uchCRCHi^temp16;/*計算CRC*/ uchCRCHi=uchCRCLo^auchCRCHi[uIndex]; uchCRCLo=auchCRCLo[uIndex]; } return(uchCRCHi<<8|uchCRCLo);}//寫數(shù)據(jù)voidWriteDataLCD(unsignedcharWDLCD){ReadStatusLCD();//檢測忙LCD_Data=WDLCD;LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_E=0;//假設晶振速度太高可以在這后加小的延時LCD_E=0;//延時LCD_E=0;LCD_E=1;}//寫指令voidWriteCommandLCD(unsignedcharWCLCD,BuysC)//BuysC為0時忽略忙檢測{ if(BuysC)ReadStatusLCD();//根據(jù)需要檢測忙 LCD_Data=WCLCD; LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_E=0; LCD_E=0; LCD_E=1;}//讀數(shù)據(jù)unsignedcharReadDataLCD(void){ LCD_RS=1; LCD_RW=1; LCD_E=0; LCD_E=0; LCD_E=1; return(LCD_Data);}//讀狀態(tài)unsignedcharReadStatusLCD(void){ LCD_Data=0xFF; LCD_RS=0; LCD_RW=1; LCD_E=0; LCD_E=0; LCD_E=1; while(LCD_Data&Busy);//檢測忙信號 return(LCD_Data);}//LCD初始化voidLCDInit(void){ LCD_Data=0; WriteCommandLCD(0x38,0);//三次顯示模式設置，不檢測忙信號 Delay5Ms(); WriteCommandLCD(0x38,0); Delay5Ms(); WriteCommandLCD(0x38,0); Delay5Ms(); WriteCommandLCD(0x38,1);//顯示模式設置,開始要求每次檢測忙信號 WriteCommandLCD(0x08,1);//關閉顯示 WriteCommandLCD(0x01,1);//顯示清屏 WriteCommandLCD(0x06,1);//顯示光標移動設置 WriteCommandLCD(0x0C,1);//顯示開及光標設置}//按指定位置顯示一個字符voidDisplayOneChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData){ Y&=0x1; X&=0xF;//限制X不能大于15，Y不能大于1 if(Y)X|=0x40;//當要顯示第二行時地址碼+0x40; X|=0x80;//算出指令碼 WriteCommandLCD(X,0);//這里不檢測忙信號，發(fā)送地址碼 WriteDataLCD(DData);}//按指定位置顯示一串字符voidDisplayListChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedchar*DData){ unsignedcharListLength; ListLength=0; Y&=0x1; X&=0xF;//限制X不能大于15，Y不能大于1 while(DData[ListLength]>=0x20)//假設到達字串尾那么退出 { if(X<=0xF)//X坐標應小于0xF { DisplayOneChar(X,Y,DData[ListLength]);//顯示單個字符 ListLength++; X++; } }}//5ms延時voidDelay5Ms(void){ unsignedintTempCyc=5552; while(TempCyc--);}//400ms延時voidDelay400Ms(void){ unsignedcharTempCycA=5; unsignedintTempCycB; while(TempCycA--) { TempCycB=7269; while(TempCycB--); }}/******************************從機*********************************/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineUint16unsignedint#defineUint32unsignedlong#defineucharunsignedcharsbitnodesel0=P3^2;sbitnodesel1=P3^3;sbitreving=P1^6;sbitSCL2=P1^1; //SCL2定義為P1口的第3位腳，連接ADC0831SCL腳sbitSDA2=P1^2; //SDA2定義為P1口的第4位腳，連接ADC0831SDA腳sbitCS2=P1^0; //CS2定義為P1口的第4位腳，連接ADC0831CS腳bitnodeok;bitcrcok;bitprocok;ucharnode;ucharmtx[11],mrx[10];ucharsend101[9]={0x00,0x04,0x06,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};uchartimercnt;ucharbyterev;//接收字符ucharrevptr;Uint16delaycnt;voidInitUART(void);voidSendOneByte(unsigned);voidmdproc(uchar);unsignedcharad0831read(void); //定義該函數(shù)為讀取ADC0831的數(shù)據(jù)Uint16Crc16(Uint16*puchMsg,Uint16usDataLen);voidsend_error_report();//CRC校驗出錯，發(fā)送錯誤報告/*CRC高位字節(jié)值表*/constUint16codeauchCRCHi[]={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};/*CRC低位字節(jié)值表*/constUint16codeauchCRCLo[]={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};voidmain(void){ unsignedchartemp8; Uint16temp16;inti; reving=0; crcok=0; nodeok=0; timercnt=0x00; for(i=0;i<10;i++){mrx[i]=0x00;} for(i=0;i<11;i++){mtx[i]=0x00;} node=!nodesel1; node<<=1; node|=!nodesel0; send101[0]=node;//從節(jié)點地址 InitUART(); while(1) { if(crcok==1) { reving=1; send101[3]=ad0831read();//得到采樣數(shù)據(jù) for(i=0;i<9;i++) { mtx[i]=sen