基于LabVIEW的Modbus協(xié)議兩種校驗碼的實現(xiàn)方法
Modbus協(xié)議簡介
下面僅討論與本文有關(guān)的Modbus協(xié)議的內(nèi)容。
Modbus協(xié)議定義了兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，即ASCII模式和RTU模式(表1、表2)?？刂破骺梢栽O(shè)置為兩種傳輸方式(ASCII或RTU)中的任何一種，在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信。用戶可選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)(波特率、檢驗方式等)；在配置每個控制器的時候，在一個Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。
兩種傳輸模式中(ASCII或RTU)，傳輸設(shè)備將Modbus消息轉(zhuǎn)為有起點和終點的幀，這就允許接收的設(shè)備在消息起始處開始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個設(shè)備被選中(廣播方式則傳給所有設(shè)備)，判知何時信息已完成。
1.2.1ASCII幀
使用ASCII模式，消息以冒號(：)字符(ASCII碼3AH)開始，以回車換行符結(jié)束(ASCII碼0DH,0AH)。
其他域可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0…9,A…F。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備不斷偵測“：”字符，當(dāng)有一個冒號接收到時，每個設(shè)備都解碼下個域(地址域)來判斷是否發(fā)給自己。
消息中字符間發(fā)送的時間間隔最長不能超過1s，否則接收的設(shè)備將認(rèn)為傳輸錯誤。一個典型消息幀如表3所示。
使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始。傳輸?shù)牡谝粋€域是設(shè)備地址?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M(jìn)制的0…9,A…F。當(dāng)?shù)谝粋€域(地址域)接收到，每個設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己。在最后一個傳輸字符之后，一個至少3.5個字符時間的停頓標(biāo)定消息的結(jié)束。一個新的消息可在此停頓后開始。
整個消息幀必須作為一連續(xù)的流傳輸。如果在幀完成之前有超過1.5個字符時間的停頓，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。同樣地，如果一個新消息在小于3.5個字符時間內(nèi)接著前個消息開始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個錯誤，因為在最后的CRC域的值不可能是正確的。一個典型的消息幀如表4所示。
選用ASCII模式作字符幀，錯誤檢測域包含兩個ASCII字符。這是使用LRC(縱向冗余檢測)方法對消息內(nèi)容計算得出的，不包括開始的冒號符及回車換行符。LRC字符附加在回車換行符前面。
選用RTU模式作字符幀，錯誤檢測域包含一16Bits值(用兩個8位的字符來實現(xiàn))。錯誤檢測域的內(nèi)容是通過對消息內(nèi)容進(jìn)行循環(huán)冗余檢測得出的。CRC域附加在消息的最后，添加時先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。故CRC高字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個字節(jié)。
冗余循環(huán)碼(CRC)包含2個字節(jié)，即16位二進(jìn)制。CRC碼由發(fā)送設(shè)備計算，放置于發(fā)送信息的尾部。接收信息的設(shè)備再重新計算接收到信息的CRC碼，比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯。
在進(jìn)行CRC碼計算時只用8位數(shù)據(jù)位。起始位、停止位、奇偶校驗位都不參與CRC碼計算。
計算CRC碼的步驟為：
?、?預(yù)置16位寄存器為十六進(jìn)制FFFF(即全為1)。稱此寄存器為CRC寄存器。
② 把第一個8位數(shù)據(jù)與16位CRC寄存器的低位相異或運算，把結(jié)果放于CRC寄存器。
?、?把寄存器的內(nèi)容右移一位，用0填補最高位，檢查最低位。
?、?如果最低位為0：重復(fù)第3步，再次右移一位；如果最低位為1：CRC寄存器與多項式A001(1010 0000 0000 0001)進(jìn)行異或運算。
?、?重復(fù)步驟③和④，直到右移8次，這樣整個8位數(shù)據(jù)全部進(jìn)行了處理。
?、?重復(fù)步驟②到⑤，進(jìn)行下個8位數(shù)據(jù)的處理。
⑦ 最后得到的CRC寄存器的值即為CRC碼。
?、?將CRC碼分成高8位和低8位，按低位在先，高位在后，將它們加到傳送數(shù)據(jù)之后。
LRC錯誤校驗用于ASCII模式。這個錯誤校驗碼是一個8位二進(jìn)制數(shù)，可作為2個ASCII十六進(jìn)制字節(jié)傳送。計算LRC碼時，僅設(shè)備地址、功能代碼、數(shù)據(jù)塊字節(jié)參加運算，而冒號(：)、回車符號(CR)、換行字符(LF)不參加運算。具體計算LRC碼的步驟為：
① 需運算的所有字節(jié)相加，所得之和丟棄進(jìn)位。
?、?將上步計算出的8位字節(jié)取反或由FFH減去該8位字節(jié)。
?、?將取反后的值加1即為LRC碼。
接收端判斷接收到的信息是否正確的簡單方法是：將除冒號(：)、回車符號(CR)、換行字符(LF)以外的所有字節(jié)，包括LRC碼相加并丟棄進(jìn)位，若結(jié)果為0，則表明信息傳送正確，否則出錯。
2 LabVIEW中Modbus協(xié)議兩種校驗碼的實現(xiàn)方法
遵照1.4.1節(jié)中計算CRC碼的步驟進(jìn)行軟件設(shè)計如圖1所示。
遵照1.4.2節(jié)中計算LRC碼的步驟進(jìn)行軟件設(shè)計如圖2所示。
LabVIEW是一種圖形化的開發(fā)語言，簡便易懂，開發(fā)效率高，Modbus協(xié)議兩種校驗碼的實現(xiàn)程序很好完成。關(guān)鍵在于搞清CRC碼和LRC碼產(chǎn)生方法。
3 結(jié)論
在LabVIEW中開發(fā)Modbus協(xié)議兩種校驗碼的實現(xiàn)程序簡單方便、效率很高。本文給出的兩個實現(xiàn)程序是在LabVIEW7.1中完成的，完全可在實際基于PC機(jī)的測控程序中加以實際應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
［1］MODICON,Inc..Modbus Protocol Reference Guide［Z］.1996.
［2］楊樂平，李海濤，肖相生.LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2001.
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