【Modbus通讯RTU协议的源代码程序实例】在工业自动化领域，Modbus协议因其简单、可靠和广泛支持的特点，被广泛应用于设备之间的数据通信。其中，Modbus RTU（Remote Terminal Unit）是基于串行链路的一种协议版本，适用于RS-232或RS-485等物理层接口。本文将提供一个基于C语言实现的Modbus RTU协议的源代码示例，帮助开发者快速理解并实现该协议的基本功能。
一、Modbus RTU协议简介
Modbus RTU是一种二进制协议，采用主从结构，通常用于工业控制设备之间进行数据交换。它通过串行通信方式传输数据，具有较高的数据传输效率和较低的通信开销。
Modbus RTU的数据帧结构包括以下几个部分：
- 地址域（Address Field）：标识从站设备的地址，范围为1~247。
- 功能码（Function Code）：表示请求的操作类型，如读取寄存器（0x03）、写入单个寄存器（0x06）等。
- 数据域（Data Field）：包含具体的数据内容。
- 校验码（CRC）：用于检测数据传输过程中的错误。
二、开发环境与工具
本示例使用C语言编写，运行环境为Windows系统，开发工具为Visual Studio 2019。为了实现串口通信，需要引入`windows.h`头文件，并使用`CreateFile`、`ReadFile`、`WriteFile`等函数进行串口操作。
三、源代码实现
以下是一个简单的Modbus RTU主站程序示例，用于向从站发送读取寄存器的请求，并接收响应数据。
```c
include
include
include
// 定义串口参数
define PORT_NAME "COM3"
define BAUD_RATE 9600
define PARITY_NONE 'N'
define DATA_BITS 8
define STOP_BITS 1
// CRC计算函数
unsigned short CRC16(unsigned char data, int length) {
unsigned short crc = 0xFFFF;
for (int i = 0; i < length; i++) {
crc ^= (unsigned short)data[i];
for (int j = 0; j < 8; j++) {
if (crc & 0x0001) {
crc = (unsigned short)((crc >> 1) ^ 0xA001);
} else {
crc >>= 1;
}
}
}
return crc;
}
// 发送Modbus RTU请求帧
void send_modbus_request(HANDLE hCom, unsigned char slave_id, unsigned char function_code, unsigned short start_address, unsigned short quantity) {
unsigned char request[6] = {0};
request[0] = slave_id;
request[1] = function_code;
request[2] = (start_address >> 8) & 0xFF;
request[3] = start_address & 0xFF;
request[4] = (quantity >> 8) & 0xFF;
request[5] = quantity & 0xFF;
unsigned short crc = CRC16(request, 5);
request[5] = (crc >> 8) & 0xFF;
request[6] = crc & 0xFF;
DWORD bytesWritten;
WriteFile(hCom, request, 7, &bytesWritten, NULL);
}
// 接收Modbus RTU响应帧
void receive_modbus_response(HANDLE hCom, unsigned char response, int response_length) {
unsigned char buffer[256];
DWORD bytesRead;
while (true) {
ReadFile(hCom, buffer, sizeof(buffer), &bytesRead, NULL);
if (bytesRead > 0) {
memcpy(response, buffer, bytesRead);
response_length = bytesRead;
break;
}
}
}
int main() {
HANDLE hCom = CreateFile(
PORT_NAME,
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0,
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL
);
if (hCom == INVALID_HANDLE_VALUE) {
printf("无法打开串口 %s\n", PORT_NAME);
return 1;
}
DCB dcb;
memset(&dcb, 0, sizeof(dcb));
dcb.DCBlength = sizeof(dcb);
if (!GetCommState(hCom, &dcb)) {
printf("获取串口状态失败\n");
CloseHandle(hCom);
return 1;
}
dcb.BaudRate = BAUD_RATE;
dcb.ByteSize = DATA_BITS;
dcb.Parity = PARITY_NONE;
dcb.StopBits = STOP_BITS;
if (!SetCommState(hCom, &dcb)) {
printf("设置串口参数失败\n");
CloseHandle(hCom);
return 1;
}
// 发送读取寄存器请求
send_modbus_request(hCom, 1, 0x03, 0x0000, 0x0001);
// 接收响应
unsigned char response[256];
int response_len = 0;
receive_modbus_response(hCom, response, &response_len);
// 解析响应
if (response_len >= 5) {
printf("接收到响应数据:\n");
for (int i = 0; i < response_len; i++) {
printf("%02X ", response[i]);
}
printf("\n");
} else {
printf("响应数据不完整\n");
}
CloseHandle(hCom);
return 0;
}
```
四、注意事项
- 在实际应用中，需根据具体的硬件配置调整串口号、波特率、数据位、停止位和校验方式。
- CRC校验是Modbus RTU协议的重要组成部分，确保数据完整性。
- 示例代码仅实现了读取单个寄存器的功能，可根据需求扩展其他功能码。
五、总结
Modbus RTU协议因其简洁性和高效性，在工业控制中占据重要地位。通过上述源代码示例，开发者可以快速了解如何在C语言环境下实现Modbus RTU通信。在实际项目中，建议结合具体设备的通信协议文档进行更详细的开发与调试。
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如需进一步扩展功能，例如支持多字节寄存器读写、异常处理、超时机制等，可在此基础上进行优化和增强。
