一、前言

在工業控制、電力通訊、智能儀表等領域，通常情況下是采用串口通信的方式進行數據交換。最初采用的方式是RS232接口，由于工業現場比較復雜，各種電氣設備會在環境中產生比較多的電磁干擾，會導致信號傳輸錯誤。

1979年施耐德電氣制定了一個用于工業現場的總線協議Modbus協議，現在工業中使用RS485通信場合很多都采用Modbus協議，所以今天我們來了解下RS485通信和Modbus通信協議。

二、RS485通信

1、實際上在RS485之前RS232就已經誕生，但是RS232也有不足：

1）接口的信號電平值較高，達到十幾V，容易損壞接口電路的芯片，而且和TTL電平不兼容，因此和單片機電路接起來的話必須加轉換電路。

2）接口使用的信號線與其他設備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產生干擾，并且抗干擾性能也比較弱。

3）傳輸距離、速率都有限，最多只能通信幾十米；只能兩點之間進行通信，不能夠實現多機聯網通信。

2、針對RS232接口以上不足，出現了RS485等新的接口標準，RS485具備以下的特點：

1）邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。接口信號電平比RS232降低了，不易損壞電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。

2）RS485通信速度快，數據最高傳輸速率為10Mbps以上；其內部的物理結構，采用的是平衡驅動器和查分接收器的組合，抗干擾能力大大增加。

3）傳輸距離最遠可達到1200米左右，但傳輸速率和傳輸距離是成反比的，只有在100KB/s以下的傳輸速率，才能達到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠距離可以使用中繼。

4）可以在總線上進行聯網實現多機通信，總線上允許掛多個收發器，從現有的RS485芯片來看，有可以掛32、64、128、256等不同個設備的驅動器。

3、RS485有兩線制和四線制，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少采用。兩線制這種接線方式為總線式拓樸結構，在同一總線上最多可以掛接32個結點。在RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。

4、很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有兩個原因：

1）共模干擾問題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個網絡才能正常工作。當網絡線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩定可靠，甚至損壞接口。

2）EMI問題：發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。

5、由于PC機默認的只帶有RS232接口，以下方法可以得到PC上位機的RS485電路：

1）通過RS232/RS485轉換電路將PC機串口RS232信號轉換成RS485信號，對于情況比較復雜的工業環境最好是選用防浪涌帶隔離的產品。

2）通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴展卡。

三、Modbus 通信協議

Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。

此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，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容的公共格式。

1、Modbus具有以下幾個特點:

1）標準、開放，用戶可以免費、放心地使用Modbus協議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產權。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產品超過600種。

2）Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。

3）Modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發簡單。

2、Modbus 寄存器種類說明

1） 線圈狀態：輸出端口，可設定端口的輸出狀態，也可以讀取該位的輸出狀態；

2）離散輸入狀態：輸入端口，通過外部設定改變輸入狀態，可讀但不可寫；

3）保持寄存器：控制器運行時被設定的某些參數，可讀可寫；

4）輸入寄存器：控制器運行時從外部設備獲得的某些參數，可讀不可寫。

3、Modbus 通訊數據格式

1）單個寫入：

2）多個寫入：

3）讀取：

4、Modbus 功能碼簡述

功能碼可以分為位操作和字節操作，位操作的最小單位是Bit，字節操作的最小單位為2個字節(Byte)。

（1）位操作指令：讀線圈狀態01H、讀離散輸入狀態02H、寫單個線圈05H、寫多個線圈0FH。

（2）字節操作指令：讀保存寄存器03H、讀輸入寄存器04H、寫單個保存寄存器06H、寫多個保存寄存器10H。

5、Modbus功能碼