Modbus_RTU

本文主要记录串口通信，主要记录 modbus 的默认通信协议 modbus_RTU，当然modbus还包含 modbus_TCP（网口）和 modbus_ASCII（串口）。

一、基础知识

串口和网口

串口：串口是一种物理接口，通常用于连接计算机和外部设备，如打印机、鼠标等。它使用一根线缆进行数据传输，常见的接口有RS-232、RS-485等。串口通信是异步的，可以在一根线上同时发送和接收数据。
串口通信适用于需要简单、低成本通信的场景，如打印机、外部存储设备等。它也适用于需要长距离通信的应用，如工业控制系统中的远程监控。

网口：网口主要用于计算机网络连接，如以太网接口（Ethernet Port），通常通过RJ45接口连接，使用双绞线或光纤进行数据传输。网口通信支持网络协议，如TCP/IP，用于在局域网或广域网中进行数据传输。

基本名词

传输TX：TXD（Transmit Data）发送数据，用于数据的双向传输。
接收RX：RXD（Received Data）接收数据
地线GND：GND（Ground）代表地线或0线，公共端的意思，这个地并不是真正意义上的地，是出于应用而假设的地，对于电源来说，它就是一个电源的负极。用于建立电平参考，保证信号的稳定传输。

位：0或1，就是二进制里面的每一个数
字节：8个二进制组成一个字节
字符：一个汉字2个字节，一个英文字母1个字节

数据位：表示每次发送的数据长度，取值5~8
报文格式：起始位+报文（数据位）+停止位，其中0表示起始位，1和2表示结束位
大端序：大位在前，小位在后
波特率：1秒内能传输多少个高低电平，双方必须设置成一致
低电平：0~0.4V 
高电平：2.4~5V

RS232

RS232标准：转换高低电平的作用，减少感染，增加传输距离。把高电平位拉高到12V传输，把高电平转换成5V解析。传输距离最大15米，波特率2M，全双工通信（只能1对1）

RS485

RS485标准：通过转换芯片，把外部干扰的高低电平同时升高，大大增加了抗干扰的能力，增加传输距离。传输距离最大1200米，波特率50M，半双工通信（1主多从）

二、modbus

存储区

存储的数据类型分为 ：布尔量 和 16位寄存器

布尔量：位操作。

16位寄存器： 字节操作，长度16位。2个字节，2的16次方。10进制最大值65536，因此值范围0~65535。

功能码

这里可以总结，输入都是只读，输出可读可写。

CRC

CRC全称循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check， CRC)，是通信领域数据传输技术中常用的检错方法，用于保证数据传输的可靠性。

CRC16算法过程

1 初始化一个16位的寄存器地址 用作初始值
2 遍历数据字节，从最高位到最低位， 
3 将数据字节与寄存器异或
4 对寄存器进行8次迭代，每一次迭代将寄存器右移一位
5 如果最低位位1，将寄存器与生成多项式0x8005异或，否则只进行右移操作
6 重复上述步骤直到遍历完所有的字节
7 最终寄存器的值就是crc16校验码
8 crc计算之后高低位进行互换

CRC16算法

    public static class CRC16
    {
        /// <summary>
        /// CRC校验，参数data为byte数组
        /// </summary>
        /// <param name="data">校验数据，字节数组</param>
        /// <returns>字节0是高8位，字节1是低8位</returns>
        public static byte[] CRCCalc(byte[] data)
        {
            //crc计算赋初始值
            int crc = 0xffff;
            for (int i = 0; i < data.Length; i++)
            {
                crc = crc ^ data[i];
                for (int j = 0; j < 8; j++)
                {
                    int temp;
                    temp = crc & 1;
                    crc = crc >> 1;
                    crc = crc & 0x7fff;
                    if (temp == 1)
                    {
                        crc = crc ^ 0xa001;
                    }
                    crc = crc & 0xffff;
                }
            }
            //CRC寄存器的高低位进行互换
            byte[] crc16 = new byte[2];
            //CRC寄存器的高8位变成低8位，
            crc16[1] = (byte)((crc >> 8) & 0xff);
            //CRC寄存器的低8位变成高8位
            crc16[0] = (byte)(crc & 0xff);
            return crc16;
        }
    
        /// <summary>
        /// CRC校验，参数为空格或逗号间隔的字符串
        /// </summary>
        /// <param name="data">校验数据，逗号或空格间隔的16进制字符串(带有0x或0X也可以),逗号与空格不能混用</param>
        /// <returns>字节0是高8位，字节1是低8位</returns>
        public static byte[] CRCCalc(string data)
        {
            //分隔符是空格还是逗号进行分类，并去除输入字符串中的多余空格
            IEnumerable<string> datac = data.Contains(",") ? data.Replace(" ", "").Replace("0x", "").Replace("0X", "").Trim().Split(',') : data.Replace("0x", "").Replace("0X", "").Split(' ').ToList().Where(u => u != "");
            List<byte> bytedata = new List<byte>();
            foreach (string str in datac)
            {
                bytedata.Add(byte.Parse(str, System.Globalization.NumberStyles.AllowHexSpecifier));
            }
            byte[] crcbuf = bytedata.ToArray();
            //crc计算赋初始值
            return CRCCalc(crcbuf);
        }
    
        /// <summary>
        ///  CRC校验，截取data中的一段进行CRC16校验
        /// </summary>
        /// <param name="data">校验数据，字节数组</param>
        /// <param name="offset">从头开始偏移几个byte</param>
        /// <param name="length">偏移后取几个字节byte</param>
        /// <returns>字节0是高8位，字节1是低8位</returns>
        public static byte[] CRCCalc(byte[] data, int offset, int length)
        {
            byte[] Tdata = data.Skip(offset).Take(length).ToArray();
            return CRCCalc(Tdata);
        }
}

三、modbus_RTU协议

01H 读取线圈状态（多个）

格式：

发送报文：从站地址+功能码+开始线圈地址+线圈数量+CRC

返回报文：从站地址+功能码+字节计数+数据+CRC

02H 读输入状态

格式：

发送报文：从站地址+功能码+起始地址+输入长度+CRC

返回报文：从站地址+功能码+数据长度+数据+CRC

03H读取保持寄存器

格式：

发送报文：从站地址+功能码+开始寄存器地址+寄存器数量+CRC

返回报文：从站地址+功能码+字节计数+数据+CRC

04H读取输入寄存器

格式：

发送报文：从站地址+功能码+开始寄存器地址+寄存器数量+CRC

返回报文：从站地址+功能码+字节计数+数据+CRC

05H写入单线圈

格式：

发送报文：从站地址+功能码+线圈地址+线圈值+CRC

返回报文：从站地址+功能码+线圈地址+线圈值+CRC

06H写入单寄存器

格式：

发送报文：从站地址+功能码+寄存器地址+寄存器值+CRC

返回报文：从站地址+功能码+寄存器地址+寄存器值+CRC

0FH写入多线圈

格式：

发送报文：从站地址+功能码+起始线圈地址+数量+字节技术+数据+CRC

返回报文：从站地址+功能码+起始线圈地址+数量+CRC

10H写入多寄存器

格式：

发送报文：从站地址+功能码+起始寄存器地址+数量+字节计数+数据+CRC

返回报文：从站地址+功能码+起始寄存器地址+数量+CRC