Modbus_RTU
本文主要记录串口通信，主要记录 modbus 的默认通信协议 modbus_RTU，当然modbus还包含 modbus_TCP（网口）和 modbus_ASCII（串口）。
一、基础知识
串口和网口
串口：串口是一种物理接口，通常用于连接计算机和外部设备，如打印机、鼠标等。它使用一根线缆进行数据传输，常见的接口有RS-232、RS-485等。串口通信是异步的，可以在一根线上同时发送和接收数据。 串口通信适用于需要简单、低成本通信的场景，如打印机、外部存储设备等。它也适用于需要长距离通信的应用，如工业控制系统中的远程监控。 网口：网口主要用于计算机网络连接，如以太网接口（Ethernet Port），通常通过RJ45接口连接，使用双绞线或光纤进行数据传输。网口通信支持网络协议，如TCP/IP，用于在局域网或广域网中进行数据传输。
基本名词
传输TX：TXD（Transmit Data）发送数据，用于数据的双向传输。 接收RX：RXD（Received Data）接收数据 地线GND：GND（Ground）代表地线或0线，公共端的意思，这个地并不是真正意义上的地，是出于应用而假设的地，对于电源来说，它就是一个电源的负极。用于建立电平参考，保证信号的稳定传输。 位：0或1，就是二进制里面的每一个数 字节：8个二进制组成一个字节 字符：一个汉字2个字节，一个英文字母1个字节 数据位：表示每次发送的数据长度，取值5~8 报文格式：起始位+报文（数据位）+停止位，其中0表示起始位，1和2表示结束位 大端序：大位在前，小位在后 波特率：1秒内能传输多少个高低电平，双方必须设置成一致 低电平：0~0.4V 高电平：2.4~5V
RS232
RS232标准：转换高低电平的作用，减少感染，增加传输距离。把高电平位拉高到12V传输，把高电平转换成5V解析。传输距离最大15米，波特率2M，全双工通信（只能1对1）
RS485
RS485标准：通过转换芯片，把外部干扰的高低电平同时升高，大大增加了抗干扰的能力，增加传输距离。传输距离最大1200米，波特率50M，半双工通信（1主多从）
二、modbus
存储区
存储的数据类型分为 ：布尔量 和 16位寄存器 布尔量：位操作。 16位寄存器： 字节操作，长度16位。2个字节，2的16次方。10进制最大值65536，因此值范围0~65535。
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区号 |
名称 |
读写 |
值类型 |
定义范围 |
实际范围 |
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0区 |
输出线圈 Coil Status |
可读写布尔量 |
布尔 |
00001~09999 |
00001~65535 |
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1区 |
输入状态Input Status |
只读布尔量 |
布尔 |
10001~19999 |
100001~165535 |
|
3区 |
输入寄存器Input Register |
只读寄存器 |
2字节无符号 |
30001~39999 |
300001~365535 |
|
4区 |
保持（输出）寄存器 Holding Register |
可读寄存器 |
2字节无符号 |
40001~49999 |
400001~465535 |
功能码
| 功能码 | 寄存器类型 | 读写状态 | PLC地址 | modbus地址 | 操作数据类型 | 操作数量 |
| 01H | 读取线圈状态 | 可读可写 | 00001~09999 | 0000H~FFFFH | 位操作 | 单个或多个 |
| 02H | 读取输入状态 | 只读 | 10001~19999 | 0000H~FFFFH | 位操作 | 单个或多个 |
| 03H | 读取保持寄存器 | 可读可写 | 40001~49999 | 0000H~FFFFH | 字节操作 | 单个或多个 |
| 04H | 读取输入寄存器 | 只读 | 30001~39999 | 0000H~FFFFH | 字节操作 | 单个或多个 |
| 05H | 写入单线圈 | 可读可写 | 00001~09999 | 0000H~FFFFH | 位操作 | 单个 |
| 06H | 写入单寄存器 | 可读可写 | 40001~49999 | 0000H~FFFFH | 字节操作 | 单个 |
| 0FH | 写入多线圈 | 可读可写 | 00001~09999 | 0000H~FFFFH | 位操作 | 单个 |
| 10H | 写入多寄存器 | 可读可写 | 40001~49999 | 0000H~FFFFH | 字节操作 | 多个 |
这里可以总结，输入都是只读，输出可读可写。
CRC
CRC全称循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check， CRC)，是通信领域数据传输技术中常用的检错方法，用于保证数据传输的可靠性。
CRC16算法过程
1 初始化一个16位的寄存器地址 用作初始值 2 遍历数据字节，从最高位到最低位， 3 将数据字节与寄存器异或 4 对寄存器进行8次迭代，每一次迭代将寄存器右移一位 5 如果最低位位1，将寄存器与生成多项式0x8005异或，否则只进行右移操作 6 重复上述步骤直到遍历完所有的字节 7 最终寄存器的值就是crc16校验码 8 crc计算之后高低位进行互换
CRC16算法
public static class CRC16 { /// <summary> /// CRC校验，参数data为byte数组 /// </summary> /// <param name="data">校验数据，字节数组</param> /// <returns>字节0是高8位，字节1是低8位</returns> public static byte[] CRCCalc(byte[] data) { //crc计算赋初始值 int crc = 0xffff; for (int i = 0; i < data.Length; i++) { crc = crc ^ data[i]; for (int j = 0; j < 8; j++) { int temp; temp = crc & 1; crc = crc >> 1; crc = crc & 0x7fff; if (temp == 1) { crc = crc ^ 0xa001; } crc = crc & 0xffff; } } //CRC寄存器的高低位进行互换 byte[] crc16 = new byte[2]; //CRC寄存器的高8位变成低8位， crc16[1] = (byte)((crc >> 8) & 0xff); //CRC寄存器的低8位变成高8位 crc16[0] = (byte)(crc & 0xff); return crc16; } /// <summary> /// CRC校验，参数为空格或逗号间隔的字符串 /// </summary> /// <param name="data">校验数据，逗号或空格间隔的16进制字符串(带有0x或0X也可以),逗号与空格不能混用</param> /// <returns>字节0是高8位，字节1是低8位</returns> public static byte[] CRCCalc(string data) { //分隔符是空格还是逗号进行分类，并去除输入字符串中的多余空格 IEnumerable<string> datac = data.Contains(",") ? data.Replace(" ", "").Replace("0x", "").Replace("0X", "").Trim().Split(',') : data.Replace("0x", "").Replace("0X", "").Split(' ').ToList().Where(u => u != ""); List<byte> bytedata = new List<byte>(); foreach (string str in datac) { bytedata.Add(byte.Parse(str, System.Globalization.NumberStyles.AllowHexSpecifier)); } byte[] crcbuf = bytedata.ToArray(); //crc计算赋初始值 return CRCCalc(crcbuf); } /// <summary> /// CRC校验，截取data中的一段进行CRC16校验 /// </summary> /// <param name="data">校验数据，字节数组</param> /// <param name="offset">从头开始偏移几个byte</param> /// <param name="length">偏移后取几个字节byte</param> /// <returns>字节0是高8位，字节1是低8位</returns> public static byte[] CRCCalc(byte[] data, int offset, int length) { byte[] Tdata = data.Skip(offset).Take(length).ToArray(); return CRCCalc(Tdata); } }
三、modbus_RTU协议
01H 读取线圈状态（多个）
格式：
发送报文：从站地址+功能码+开始线圈地址+线圈数量+CRC
返回报文：从站地址+功能码+字节计数+数据+CRC
02H 读输入状态
格式：
发送报文：从站地址+功能码+起始地址+输入长度+CRC
返回报文：从站地址+功能码+数据长度+数据+CRC
03H读取保持寄存器
格式：
发送报文：从站地址+功能码+开始寄存器地址+寄存器数量+CRC
返回报文：从站地址+功能码+字节计数+数据+CRC
04H读取输入寄存器
格式：
发送报文：从站地址+功能码+开始寄存器地址+寄存器数量+CRC
返回报文：从站地址+功能码+字节计数+数据+CRC
05H写入单线圈
格式：
发送报文：从站地址+功能码+线圈地址+线圈值+CRC
返回报文：从站地址+功能码+线圈地址+线圈值+CRC
06H写入单寄存器
格式：
发送报文：从站地址+功能码+寄存器地址+寄存器值+CRC
返回报文：从站地址+功能码+寄存器地址+寄存器值+CRC
0FH写入多线圈
格式：
发送报文：从站地址+功能码+起始线圈地址+数量+字节技术+数据+CRC
返回报文：从站地址+功能码+起始线圈地址+数量+CRC
10H写入多寄存器
格式：
发送报文：从站地址+功能码+起始寄存器地址+数量+字节计数+数据+CRC
返回报文：从站地址+功能码+起始寄存器地址+数量+CRC
