宋國清 劉 暢

基于BTF340開發(fā)板的Modbus從機(jī)協(xié)議實(shí)現(xiàn)

宋國清 劉 暢

借助BTF340開發(fā)版的串口，按照GB/Z 19582.2—2004的規(guī)范，編寫了Modbus的下位機(jī)通訊協(xié)議。介紹了通訊協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過程，并且結(jié)合JCBus串口調(diào)試助手的Modbus調(diào)試功能，驗(yàn)證了程序的正確性。

Modbus；國家標(biāo)準(zhǔn)；程序流程

一 Modbus通訊協(xié)議簡介

Modbus是目前國內(nèi)外應(yīng)用最普遍的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議，結(jié)構(gòu)上屬于主從協(xié)議。系統(tǒng)通訊時，主站按照預(yù)先特定的格式向從站發(fā)送指令，從站接受到指令后按照該格式解析該指令的含義，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理或采集。然后按照規(guī)定格式將處理結(jié)果發(fā)回主機(jī)。并且從站在沒有接到主站指令前，不向主機(jī)和其它從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。具體格式規(guī)定可以參考GB/Z 19582.2—2004的第2部分：Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)指南。由于該協(xié)議通訊效率高，實(shí)現(xiàn)簡單，各大知名廠家的PLC、DCS和多數(shù)的智能儀表都嵌入了Modbus從機(jī)協(xié)議，同時組態(tài)王等工控軟件可以支持上述符合Modbus規(guī)范的設(shè)備，這樣很容易對工業(yè)控制變量的狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控。

二 JCBus串口調(diào)試助手簡介

JCBus串口調(diào)試助手是上海集成儀器儀表研究所有限公司開發(fā)的軟件，它可以自動添加CRC16校驗(yàn)碼，按需存儲8條調(diào)試消息，軟件關(guān)閉后自動存儲，收發(fā)對應(yīng)且時間戳精確1毫秒，易于查找等。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)其它的串口調(diào)試工具，比如：ModBusTest-CSEC通訊測試軟件，ModbusRTU，ModbusSim11等都存在不同程度的缺陷，像不能進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，不能進(jìn)行CRC16校驗(yàn)等問題，相比之下JCBus串口調(diào)試助手顯示了較強(qiáng)的通訊和測試能力，因此測試過程主要是在該軟件下完成的。軟件界面如圖1所示。

圖1

三 BTF340開發(fā)版簡介

BTF340開發(fā)板是針對C8051F340單片機(jī)片上資源及功能特點(diǎn),而推出的一款開發(fā)、評估板。可通過開發(fā)板上的各種經(jīng)典電路的實(shí)際操作及附帶光盤提供的完整的范例程序，可迅速地進(jìn)行程序代碼的編寫，達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的目的，程序主要是在該開發(fā)板上完成的，并開始進(jìn)入電機(jī)軟啟動控制儀器測試階段。

四 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

圖2

在硬件方面按照圖2進(jìn)行連接，一路，采用BTF340開發(fā)版的DB9接口經(jīng)過串口線和PC的RS232接口相連，用來檢查是否實(shí)現(xiàn)了Modbus的正常通訊功能，另外一路，采用BTF340開發(fā)版的JTAG接口連接上仿真器U-EC5，然后經(jīng)USB線與電腦的USB相連，用來調(diào)試編寫的代碼。在軟件方面采用應(yīng)用廣泛的keil 公司的開發(fā)環(huán)境uvision 3開發(fā)環(huán)境，針對BTF340開發(fā)板，要安裝SiC8051F_uv2、SiC8051F_uv3、U—PDC、U-EC5等程序，這樣就可以進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試，借助JCBus串口調(diào)試助手檢查程序正確性。下面簡述程序的實(shí)現(xiàn)步驟：

圖3

1.當(dāng)PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，從機(jī)C8051F340的串口產(chǎn)生中斷對發(fā)來的數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)和存儲。與此同時，定時器3中的“虛擬時鐘”啟動，當(dāng)時鐘發(fā)現(xiàn)有3.5個字符的時間沒有接收到數(shù)據(jù)時，認(rèn)為一幀數(shù)據(jù)接收完畢，馬上對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行功能代碼識別，并做出標(biāo)記。

2.主程序檢測到該標(biāo)記后，對剛剛接收完畢的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC16校驗(yàn)，如果不成功就丟掉該數(shù)據(jù)，校驗(yàn)成功后才調(diào)用功能解析子函數(shù)。

3.解析子函數(shù)分析數(shù)據(jù)接收的功能代碼范圍、數(shù)據(jù)長度是否正確，不正確，發(fā)送對應(yīng)的錯誤代碼；正確后進(jìn)行處理或采集，然后發(fā)回對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

圖3是程序主要部分的流程圖，詳細(xì)介紹了程序的思想和實(shí)現(xiàn)方法。左邊是定時器中斷程序，右邊是串口中斷程序。

流程圖中的字母說明：

在定時器中定一個167um的周期。并將該周期設(shè)置為虛擬時鐘A。

定義以下時件：時間超過傳輸1.5個字符所用時間為B；時間超過傳輸3個字符所用時間為C；檢查從傳輸1.5個字符～3個字符的時間間隔內(nèi)接收到的數(shù)據(jù)變化與否為D；檢測接受過程中有無奇偶校驗(yàn)錯誤出現(xiàn)E。流程圖如圖3所示。

五 結(jié)語

本通訊協(xié)議經(jīng)過測試后可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，并正確回傳處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了常用的功能，功能代碼是GB中定義的：3、4、5、6。希望協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，能為進(jìn)一步簡化協(xié)議的軟件編寫過程提供參考。

[1]Modbus通訊協(xié)議國家標(biāo)準(zhǔn)，GB/Z 19582.2—2004[S]，GB/Z 19582.1—2004[S].

[2]400/420/430/530控制器通信協(xié)議[Z]，深圳市達(dá)英行電器有限公司.

[3]崔鵬.基于Modbus協(xié)議的單片機(jī)智能電爐溫度采集系統(tǒng)[D],昆明理工大學(xué)，2008.

[4]李娜.基于Modbus協(xié)議的智能儀表的設(shè)計(jì)[D].北京郵電大學(xué)，2008.

[5]代航陽,等.基于ModbusRTU通訊的組態(tài)王與ADAM5510通訊[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005.

ClassNo.:TP393.04DocumentMark:A

(責(zé)任編輯：孔祥春 鄭英玲)

OnImplementationofSubordinatedComputerProtocolBasedonBTF340developingProgram

Song Guoqing Liu Chang

In accordance with GB/Z 19582.2—2004 specification and with the help of the serial port of BTF340 ,the modbus communication protocol running in the subordinate computer has been developed . The implementation process is described in this paper and the testing of the program has been done to prove be correctness by using JCBus serial debugging assistant test .

Modbus ；National Standards；program flow

宋國清，碩士，助教，齊齊哈爾高等師范?？茖W(xué)校，黑龍江·齊齊哈爾。郵政編碼：161005

劉暢，碩士，講師，齊齊哈爾高等師范?？茖W(xué)校，黑龍江·齊齊哈爾。郵政編碼：161005

1672-6758(2011)01-0044-2

TP393.04

A