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RS485 Modbus主机教程（繁版）

前言​

本文章主要讲解繁版。

繁版和简版区别：

  • 繁版更灵活，使用起来稍微繁琐一点，但能实现更灵活的 Modbus 主机通信功能；
  • 简版使用起来非常简单，但主要专注于最频繁使用的 Modbus 读寄存器/读线圈的操作（例如 01、02、03和04功能码）

一、介绍​

ShineBlink 提供Modbus主机库函数，方便开发者可以很容易实现Modbus主机功能，因此Core可以很容易扮演Modbus通信网络的主机角色，比如通过RS485串口读写从机设备。

Modbus主机库函数非常简单，仅有如下两个函数：

  • LIB_MbRtuMasterSendTrans()：将主机需要下发的命令转换成符合Modbus协议格式的字节流，该字节流以table数组形式返回。
  • LIB_MbRtuMasterRecvTrans()：将从机发来的应答数据字节流转换成更直观的结果，以方便程序后续处理。

目前支持的功能为：01，02，03，04，05，06，0f，10：

功能码功能介绍
01读线圈
02读离散量输入
03读保持寄存器
04读输入寄存器
05写单个线圈
06写单个寄存器
0F写多个线圈
10写多个寄存器

二、功能码案例教程​

基础演示代码框架：

以下代码是一个完整的演示Modbus主机读线圈功能的代码，可以作为后面其他功能码的代码框架，后面每个案例仅展示关键代码，就不占用篇幅了。

--配置Uart1作为485接口,初始默认波特率9600,并且D6作为自动收发切换引脚
LIB_Uart1Rs485Config("BAUDRATE_9600","D6")
--设置开发板上的"BTN1"(占用D10口)按键以低电平有效的方式检测按键动作
LIB_ButtonConfig("BTN1","D10","L")
--开始大循环
while(GC(1) == true)
do 
    --轮询按键事件
    key_value = LIB_ButtonQuery("BTN1")
    --如果开发板上的按键1短按过
    if key_value == 1 then
        --下发读线圈命令(设备地址=0x03,起始地址=1000,个数=3)
        LIB_Uart1BlockSend(LIB_MbRtuMasterSendTrans("01", 0x03, 1000, 3))
        --等待0.2秒的应答时间
        LIB_DelayMs(200)
        --判断刚刚的命令是否收到应答数据
        recv_flag,recv_tab = LIB_Uart1Recv()
        if recv_flag == 1 then
            --解析从机发来的应答数据
            result,content=LIB_MbRtuMasterRecvTrans("01",recv_tab)
            if result > 0 then --打印content数组中的所有结果
                for i, v in ipairs(content) do 
                    print(i, v)
                end
            else
                err_code = -128 - result --转换成实际modbus异常码
                print(string.format("Fail,err_code = %d",err_code))
            end
        end
    end
end

从机可能返回的err_code异常码说明：

err_code = 1非法功能码
err_code = 2非法数据地址
err_code = 3非法数据值
err_code = 4从站设备故障
err_code = 5ACK确认
err_code= 6从站设备忙
err_code= 7未定义ACK
err_code = 8存储奇偶错误
err_code = 9未定义异常
err_code = 10不可用网关路径
err_code = 11不可用网关目标
err_code = 255未知异常

（1）功能码"01"：读线圈(bit)​

首先生成主机需要发送的modbus命令字节流，以table形式返回，以供类似LIB_Uart0Send()这种串口发送函数使用：

--读线圈(设备地址=0x03,起始地址=1000,个数=3)
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("01", 0x03, 1000, 3)

将接收到的从机应答字节流(recv_tab)进行解析，并返回结果：

--解析从机发来的应答字节流
result,content=LIB_MbRtuMasterRecvTrans("01",recv_tab)
if result > 0 then 
    --content将会是一个table类型的数组，例如{0,1,0}，表示返回的3个线圈的值
else
    err_code = -128 - result --转换成实际modbus异常码
    print(string.format("Fail,err_code = %d",err_code))
end

（2）功能码"02"：读离散量输入(bit)​

首先生成主机需要发送的modbus命令字节流，以table形式返回，以供类似LIB_Uart0Send()这种串口发送函数使用：

--读线圈(设备地址=0x03,起始地址=2000,个数=5)
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("02", 0x03, 2000, 5)

然后将接收到的从机应答字节流(recv_tab)进行解析，并返回结果：

--解析从机发来的应答字节流
result,content=LIB_MbRtuMasterRecvTrans("02",recv_tab)
if result > 0 then 
    --content将会是一个table类型的数组，例如{0,1,0,1,1}，表示返回的5个离散输入量的值
else
    err_code = -128 - result --转换成实际modbus异常码
    print(string.format("Fail,err_code = %d",err_code))
end

（3）功能码"03"：读保持寄存器(uint16)​

首先生成主机需要发送的modbus命令字节流，以table形式返回，以供类似LIB_Uart0Send()这种串口发送函数使用：

--读保持寄存器(设备地址=0x03,起始地址=3500,个数=4)
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("03", 0x03, 3500, 4)

然后将接收到的从机应答字节流(recv_tab)进行解析，并返回结果：

--解析从机发来的应答字节流
result,content=LIB_MbRtuMasterRecvTrans("03",recv_tab)
if result > 0 then 
    --content将会是一个table类型的数组，例如{0xffff,0xffec,0x4133,0x3333}，表示返回的4个保持寄存器的值
else
    err_code = -128 - result --转换成实际modbus异常码
    print(string.format("Fail,err_code = %d",err_code))
end

额外重要知识：

Modbus通讯中，寄存器有可能按照各种不同的方式存储（例如LONG AB CD，LONG CD BA， LONG BA CD，FLOAT AB CD，FLOAT CD AB等等），所以如果需将Modbus多个保持寄存器的原始16位数据合成实际数值，可借用功能强大的LIB_BC()函数来实现，这样可避免复杂的Lua代码。LIB_BC()的转换功能很多，详细请在API手册中查阅，下面只介绍其中两种常见的：

  1. 例如上面收到的0xffff,0xffec实际为0xffffffec的拆分，如果按照Modbus种常用的数据格式（LONG AB CD）它实际是 "-20" 的补码形式：
--将0xffff和0xffec转换成-20
val = LIB_BC("BYTE16_I32", content[1], content[2])
print(string.format("val=%d", val))--打印结果:val=-20
  1. 例如上面收到的0x4133,0x3333实际为0x41333333的拆分，如果按照Modbus种常用的数据格式（Float AB CD）它实际是IEEE-754格式浮点数 "11.2" 的形式：
--将0x4133和0x3333转换成11.2
val = LIB_BC("BYTE16_F32", content[3], content[4])
print(string.format("val=%f", val))--打印结果:val=11.2

（4）功能码"04"：读输入寄存器(uint16)​

首先生成主机需要发送的modbus命令字节流，以table形式返回，以供类似LIB_Uart0Send()这种串口发送函数使用：

--读输入寄存器(设备地址=0x03,起始地址=4500,个数=4)
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("04", 0x03, 4500, 4)

然后将接收到的从机应答字节流(recv_tab)进行解析，并返回结果：

--解析从机发来的应答字节流
result,content=LIB_MbRtuMasterRecvTrans("04",recv_tab)
if result > 0 then 
    --content将会是一个table类型的数组，例如{0xffff,0xffec,0x4133,0x3333}，表示返回的4个保持寄存器的值
else
    err_code = -128 - result --转换成实际modbus异常码
    print(string.format("Fail,err_code = %d",err_code))
end

额外重要知识：

Modbus通讯中，寄存器有可能按照各种不同的方式存储（例如LONG AB CD，LONG CD BA， LONG BA CD，FLOAT AB CD，FLOAT CD AB等等），所以如果需将Modbus多个输入寄存器的原始16位数据合成实际数值，可借用功能强大的LIB_BC()函数来实现，这样可避免复杂的Lua代码。LIB_BC()的转换功能很多，详细请在API手册中查阅，下面只介绍其中两种常见的：

  1. 例如上面收到的0xffff,0xffec实际为0xffffffec的拆分，如果按照Modbus种常用的数据格式（LONG AB CD）它实际是 "-20" 的补码形式：
--将0xffff和0xffec转换成-20
val = LIB_BC("BYTE16_I32", content[1], content[2])
print(string.format("val=%d", val))--打印结果:val=-20
  1. 例如上面收到的0x4133,0x3333实际为0x41333333的拆分，如果按照Modbus种常用的数据格式（Float AB CD）它实际是IEEE-754格式浮点数 "11.2" 的形式：
--将0x4133和0x3333转换成11.2
val = LIB_BC("BYTE16_F32", content[3], content[4])
print(string.format("val=%f", val))--打印结果:val=11.2

（5）功能码"05"：写单个线圈(bit)​

首先生成主机需要发送的modbus命令字节流，以table形式返回，以供类似LIB_Uart0Send()这种串口发送函数使用：

--写单个线圈(设备地址=0x03,地址=0x0000的线圈)的值为0
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("05", 0x03, 0x0000, 0)
--写单个线圈(设备地址=0x03,地址=0x0000的线圈)的值为1
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("05", 0x03, 0x0000, 1)

然后将接收到的从机应答字节流(recv_tab)进行解析，并返回结果：

--解析从机发来的应答字节流
result,content=LIB_MbRtuMasterRecvTrans("05",recv_tab)
if result > 0 then 
    print("Write single coil ok")
else
    err_code = -128 - result --转换成实际modbus异常码
    print(string.format("Fail,err_code = %d",err_code))
end

（6）功能码"06"：写单个寄存器(uint16)​

首先生成主机需要发送的modbus命令字节流，以table形式返回，以供类似LIB_Uart0Send()这种串口发送函数使用：

--写单个寄存器(设备地址=0x03,地址=0x0000的寄存器)的值为0x1234
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("06", 0x03, 0x0000, 0x1234)

然后将接收到的从机应答字节流(recv_tab)进行解析，并返回结果：

--解析从机发来的应答字节流
result,content=LIB_MbRtuMasterRecvTrans("06",recv_tab)
if result > 0 then 
    print("Write single register ok")
else
    err_code = -128 - result --转换成实际modbus异常码
    print(string.format("Fail,err_code = %d",err_code))
end

（7）功能码"0F"：写多个线圈​

首先生成主机需要发送的modbus命令字节流，以table形式返回，以供类似LIB_Uart0Send()这种串口发送函数使用：

data = {1,0,1,1}
--将data数组中的4个线圈值写入设备地址为0x03，线圈地址为0x0000~0x0003的四个位置中。注：函数中会根据起始地址0x0000，以及data数组中的元素个数，自动计算线圈地址范围为0x0000~0x0003
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("0F", 0x03, 0x0000, data)

然后将接收到的从机应答字节流(recv_tab)进行解析，并返回结果：

--解析从机发来的应答字节流
result,content=LIB_MbRtuMasterRecvTrans("0F",recv_tab)
if result > 0 then 
    print("Write multiple coils ok")
else
    err_code = -128 - result --转换成实际modbus异常码
    print(string.format("Fail,err_code = %d",err_code))
end

（8）功能码"10"：写多个寄存器​

首先生成主机需要发送的modbus命令字节流，以table形式返回，以供类似LIB_Uart0Send()这种串口发送函数使用：

data = {0xffff,0xffec,0x4133,0x3333}
--将data数组中的4个16bit值写入设备地址为0x03，寄存器地址为3500~3503的四个位置中。注：函数中会根据起始地址3500，以及data数组中的元素个数，自动计算寄存器的地址范围为3500~3503
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("10", 0x03, 3500, data))

然后将接收到的从机应答字节流(recv_tab)进行解析，并返回结果：

--解析从机发来的应答字节流
result,content=LIB_MbRtuMasterRecvTrans("10",recv_tab)
if result > 0 then 
    print("Write multiple registers ok")
else
    err_code = -128 - result --转换成实际modbus异常码
    print(string.format("Fail,err_code = %d",err_code))
end

额外重要知识：

Modbus通讯中，寄存器有可能按照各种不同的方式存储（例如LONG AB CD，LONG CD BA， LONG BA CD，FLOAT AB CD，FLOAT CD AB等等），所以开发者在Lua编程中如果需要将某个带符号整型数据或浮点数据拆分成适合Modbus传输的原始16位数据，可借用功能强大的LIB_BC()函数来实现，这样可避免复杂的Lua代码。LIB_BC()的转换功能很多，详细请在API手册中查阅，下面只介绍其中两种常见的：

  • 例如需要将“-20”这个带符号整型数据以(LONG AB CD)形式通过Modbus字节流发送，并写入从机
  • 例如需要将“11.2”这个浮点小数以(FLOAT AB CD)形式通过Modbus字节流发送，并写入从机
data = {} --定义一个空数组，用来缓存下面这些需要写入的16bit寄存器值
aa = -20
--由于-20的(LONG AB CD)形式为32位补码0xffffffec，所以下面的函数会返回val1=0xffff，val2=0xffec
val1, val2 = LIB_BC("I32_BYTE16", aa)
data[1] = val1
data[2] = val2
--由于11.2的(FLOAT AB CD)形式为32位0x41333333，所以下面的函数会返回val1=0x4133，val2=0x3333
ff = 11.2
val1, val2 = LIB_BC("F32_BYTE16", ff)
data[3] = val1
data[4] = val2
--将data数组中的4个16bit值写入设备地址为0x03，寄存器地址为3500~3503的四个位置中。注：函数中会根据起始地址3500，以及data数组中的元素个数，自动计算寄存器的地址范围为3500~3503
tab = LIB_MbRtuMasterSendTrans("10", 0x03, 3500, data)