Modbus RTU通信协议在MCF51QE128上的实现

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        引言

          工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制,如今已进入网络集约制造时代。工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。

          Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通信规约。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其他设备之间可以通信。它已经成为主流的工业标准之一。不同厂商生产的控制设备通过Modbus协议可以连成工业网络,进行集中监控。

          Modbus通信协议

          1 通信传送方式

          每一个数据字节包括:每个字节的位、1个起始位、8个数据位、最小的有效位先发送、1个奇偶校验位(无校验则无)、1个停止位(有校验时)、2个停止位(无校验时)。

          在RTU模式下每个字节的格式(11bit)如下:
          编码系统:8位二进制
          字节组成:1bit起始位、8bit数据位,最低位最先发送、1bit奇偶校验位、1bit停止位(或者没奇偶校验位,就发送一个附加的停止位)。

          2 数据帧结构

          地址码:地址码为通信传送的第一字节。这字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有唯一的地址码,并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址,而从机发送的地址码表明回送的从机地址。

          功能码:通信传送的第二字节。ModBus通信规约定义功能号为1~127。根据实际需要只利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送,通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应,从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样,并表明从机已响应主机进行操作。如果从机发送的功能码的最高位为1,则表明从机没有响应操作或发送出错。

          表1 每一个完整的数据帧构成

          数据区:数据区根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。

          CRC码:二字节的错误检测码。冗余循环码检查(CRC)包含两字节,即16位二进制。CRC码由发送设备计算,放置于发送信息的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的CRC码,比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符,如果两者不相符,则表明出错。CRC码的计算方法是,先预置16位寄存器全为1。再逐步把每8位数据信息进行处理。在进行CRC码计算时只用8位数据位、起始位及停止位,如有奇偶校验位的话也包括奇偶校验位,都不参与CRC码计算。

          在计算CRC码时,8位数据与寄存器的数据相异或,得到的结果向低位移一位,用0填补最高位。再检查最低位,如果最低位为1,把寄存器的内容与预置数相异或,如果最低位为0,不进行异或运算。

          这个过程一直重复8次。第8次移位后,下一个8位再与现在寄存器的内容相异或,这个过程与以上一样重复8次。当所有的数据信息处理完后,最后寄存器的内容即为CRC码值。CRC码中的数据发送、接收时低字节在前。在实际应用中,为了提高运算速度,采用了查表的方法取代计算方法。

          3 Modbus RTU数据帧结构

          在RTU模式下,每一个数据帧之间的间隔至少是3.5个字符位。一个完整的数据帧必须要连续的传送,当一帧消息中两字节间的间距大于1.5字符位时,此数据帧错误,被接受方放弃。

          当通信波特率小于等于19 200b/s。对1.5个字符位/3.5个字符位计算时间有严格要求。当通信波特率大于19 200b/s。1.5个字符位固定为750μs,3.5个字符位固定为1.75ms。官方的Modbus RTU规定标准为3.5个字符长周期,不同的串口设备由于使用环境不同可能在发送中出现5~10字长的间隙。对于Modbus RTU来说比较安全的设置为50ms。

          4 用到的功能代码

          用到的功能代码如表2所示。

          表2 功能代码

          MCF51QE128的主要特性

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Modbus RTU通信协议在MCF51QE128上的实现

工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制,如今已进入网络集约制造时代。工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。 Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通信规约。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其他设备之间可以通信。它已经成为主流的工业标准之一。不同厂商生产的控制设备通过Modbus协议可以连成工业网络,进行集中监控。

基于MCF51QE128的SD卡文件系统设计

摘要:随着嵌入式系统的发展,越来越多的嵌入式设备需要处理大量的数据,使用文件系统将成为这类嵌入式应用的一个必然趋势。本文基于FREESCALE公司MCF51QEl28微控制器和SD卡,结合实验数据深入