《智能仪器设计基础》课件 第8章 总线与通信接口电路设计1

第8章总线与通信接口电路设计

智能仪器设计基础1CHAPTER08智能仪器中常用的串行接口、现场总线与短距无线通信本章主要内容01总线与数据通信概述并行/串行、同步/异步、差错检测与CRC02同步串行接口I²C总线与SPI总线03异步串行接口RS-232、RS-422、RS-48504Modbus通信协议帧格式、寄存器模型与功能码05USB通用串行总线系统结构、数据格式与传输类型06现场总线与CANCAN总线特点、节点与帧格式07

短距无线传输技术：Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、NB-IoT目录第8章总线与通信接口电路设计 8.1总线与数据通信概述 8.1.1概述 8.1.2串行通信中的差错检测与控制 8.2同步串行通信接口 8.2.1IIC总线 8.2.2SPI总线 8.3异步串行通信接口 8.4Modbus通信协议 8.5USB通用串行总线 8.5.1USB的特点 8.5.2USB接口芯片与电路设计 8.6现场总线 8.6.1现场总线的概述 8.6.2CAN总线 8.6.3工业以太网 8.7短距无线数据传输技术 习题8

38.1总线与数据通信概述4

在计算机中CPU通过总线（BUS）对存储器、输入和输出设备进行访问，对数据进行传输和控制。这些总线按照所传输的信号类别，划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、代码或数据的地址和控制信号。CPU、内存、输入输出设备都是挂接在总线上，通过总线控制器对总线进行管理，以实现信息的传输。智能仪器中的数据传输有时会比较远，常用的通信国际标准有SPI、I2C、RS-232、RS-422/485、USB、CAN、GPIB等。8.1.1概述5

1、并行传输和串行传输总线按数据的传输位数，可分为并行总线和串行总线。并行总线指多个数据位同时传输或接收，可分为不同位数(宽度）的并行总线(如8位、16位等），一般情况下，串行传输比并行传输速度慢，但特殊设计的硬件接口，串行接口速度可以非常高，超过并行传输。8.1.1概述62、同步传输（SynchronousTransmission）和异步传输（AsynchronousTransmission）根据数字信号传输时，收、发双方的时钟是否需要同步，串行通信可分为同步传输和异步传输。同步传输指收、发双方在同一时钟作用下进行数据传输。同步传输中发送方和接收方的时钟为同一个时钟，同步传输除了串行数据线外会附加一个时钟线。8.1.1概述7异步传输是指收、发双方在各自的时钟作用下进行传输。异步传输的字符和字符（一个字符结束到下一个字符开始）之间的时间间隔是可变的，不需要严格限制它们之间的关系。异步传输中，收、发双方有各自的时钟，但它们的频率必须保持一致（可以在一定范围）。异步传输需要收、发双放约定相同的波特率，每个字符传输时都要先进行同步，保证数据传输的正确。8.1.1概述83、单工、半双工与全双工传输（1）单工方式：指数据传输只能单方向传输（2）半双工方式：A和B之间只有一条线路，发送和接收分时使用该线路。（3）全双工方式：A和B之间只有二条线路，分别用于发送和接收，可同时进行数据的发送和接收。8.1.1概述9在串行数据通信中，有时会出现了差错，为了检测数据经传输后是否出现了差错，这些方法称为差错检测。确保传输数据正确的方法和手段，称为差错控制。在数据通信中，最常用的差错检测与控制方法是在数据中加入差错控制编码。要发送的数据称为信息位。在向信道发送信息位之前，先按照某种规则加上一定的冗余位（称为差错控制编码），构成一个码字再发送。接收端收到码字后，检查信息位和冗余位，以及他们之间的关系是否正确，即进行校验。常用的检错码有奇偶校验码、循环冗余校验码等。8.1.2

串行通信中的差错检测与控制10（1）奇偶校验（ParityChecking）与方块校验在原始数据字节的后边增加一个奇偶校验位，使结果中1的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。例如1100010增加偶校验位后为11000101，若接收方收到的字节奇偶校验结果与规则结果不符，表明传输中发生了差错。奇偶校验编码只能检测出奇数个数位出现的差错，无法检测到偶数位同时出现的差错，奇偶校验码常用于较短信息的传输。为了提高检错能力，可以对一组数据进行水平和垂直二个方向进行奇偶校验，称为方块校验，例如4个7位字符的数据，每一个字符进行奇偶校验（水平校验），而所有字符的同一位也进行奇偶校验（垂直校验），垂直方向的校验位构成一个字符数据，与原数据一块发送。8.1.2

串行通信中的差错检测与控制11（2）循环冗余（CRC）校验循环冗余（CRC,CyclicRedundancyCheck)校验是数据通信中常用的一种差错检测方法，易于编码和解码，对随机和突发错码能够以较低冗余度实施检侧。CRC方法是发送端按照一定的除法规则产生一个循环冗余校验码c，附在信息位串s后面发到接收端，接收端也按照同样的除法规则进行运算，若余式为零，则表示无差错；否则表示出现了差错。CRC生成原理：CRC码由k位原信息码和r位校验码构成，码长n=k+r。（a）若要发送的原报文为k位二进制位串s，可以和一个系数为‘0’和‘1’的多项式P对应，P的变量X的幂与位串的位号一一对应。例如s=1011001，则P=X6+X4+X3+1，k=7；（b）选定生成多项式G，例如取G=X4+X3+1，对应的二进制数用g表示，g=11001，r=4。G为发、收双方约定的多项式，在收发过程中是不变的，常用的生成多项式有以下几种:8.1.2

串行通信中的差错检测与控制12（2）循环冗余（CRC）校验8.1.2

串行通信中的差错检测与控制（c）将信息码的二进制位串s左移r位，相当于对应的信息多项式为P(X)*2r，对应的二进制数为p，如s=10110011，r=4，则p=101100110000；（d）将p用生成多项式对应的二进制数g进行模2除（高位对齐），余数即为校验码c。模2除相当于按位异或，方法是“加法不进位，减法不借位”。将c附加在s后生成串Tcrc进行发送。如对上述的p和g，有p(mod2)g=11010100，余数为0100(取r位，不够时左边补0)，则Tcrc=101100110100；138.1.2

串行通信中的差错检测与控制（e）在接收端，用g对收到的串Rcrc进行模2除，如果余数为0，则表示接收正确，否则表示接收有差错，无差错时去掉串Rcrc后边r位校验码后即为接收到的正确信息码s。例如收到的Rcrc=101100110100，则Rcrc（mod2）g=101100110100（mod2）11001=11010100，余数为0，表示正确。CRC只能检测差错，无法纠错。通信时接收方检测到错误时，需要通知发送方重传，因此效率会下降。有一些编码可以进行纠错，如海明码等，接收方不仅可以检测错误，而且知道错误的位置，从而改正错误，采用纠错码，无需重发，但编码效率低，纠错过程复杂，这里不再介绍。148.2同步串行通信接口IIC和SPI总线接口是常用的同步串行接口，主要用于芯片之间互联，它们都可以挂接多个芯片，连线的数量较少，简化了硬件设计的电路连接，得到了广泛应用。IIC(InterIntegratedCircuit，常称为I²C)总线是Philips公司于20世纪80年代推出的串行通信总线，最初是为了给电视机内的CPU和外围芯片提供更简易的互联方式。

通过串行数据线SDA(SerialData)和串行时钟线SCL(SerialClock)将多个具有I²C总线接口的器件连接到总线上，用来发送和接收数据，使数据在CPU与被控芯片之间、芯片与芯片之间进行双向传递。8.2.1IIC总线158.2.1

IIC总线1、I²C总线特点（1）在硬件上，I²C总线只需要两根线，数据线SDA和时钟线SCL。（2）I²C总线是一个多主机总线，如果两个或多个主机同时初始化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据破坏，每个连接到总线上的器件都有唯一的地址，任何器件既可以作为主机也可以作为从机，但同一时刻只允许有一个主机。数据传输和地址设定由软件设定，非常灵活。总线上的器件增加和删除不影响其他器件正常工作。（3）I²C总线可以通过外部连线进行在线检测，便于系统故障诊断和调试。（4）连接到相同总线上的IC数量只受总线最大电容的限制，串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。（5）总线具有极低的电流消耗，抗高噪声干扰，增加总线驱动器可以使总线电容扩大10倍，传输距离达到15m；168.2.1

IIC总线2、I2C总线系统结构I²C总线上可以连接若干个单片机和外围器件，每个器件可由唯一的地址确定，I²C总线根据地址识别各器件。因此，器件之间也是通过SDA和SCL两条线进行通信。连接到I²C总线上的器件的输出级必须是集电极或漏极开路的，通过上拉电阻接正电源，以便完成“线与”功能。带有I²C总线的器件与带有I²C接口的单片机相连时，所有I²C器件对应连接到单片机的I²C总线上即可。而对于没有提供I²C接口的单片机如89C52系列，由前面对I²C协议的分析，可以通过软件模拟的方法实现I²C接口功能。178.2.1

IIC总线3、I²C总线数据的传送在I²C总线还未进行数据传送时，SDA和SCL两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高，释放总线，处于空闲状态。(1)开始和停止

在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束。开始和结束信号由主器件产生。开始信号发出以后，总线被认为处于忙态；结束信号发出以后，总线被认为处于闲态。开始信号这样规定，当SCL为高电平、SDA由高电平向低电平跳变，即SDA下降沿；结束信号的规定：当SCL为高电平时、SDA出现上升沿，表示一次通信结束。188.2.1

IIC总线(2)数据传输I²C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化，即：数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好，并在下降沿到来之前必须稳定。198.2.1

IIC总线(3)应答信号当I2C主机发送完8位数据以后会将SDA设置为输入状态，等待I2C从机发过来的应答，也就是等到I2C从机告诉主机它接收到数据了。应答信号是由从机发出的，但需要主机提供应答信号的时钟，主机发送完8位数据以后紧跟着的一个时钟信号就是应答信号使用的。从机通过将SDA拉低来表示发出应答信号（SDA=0），表示通信成功ACK。若应答信号为高电平时（SDA=1），规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。(4)写时序主机通过I2C总线与从机之间进行通信，图8-4为写时序。主机在开始信号后，发送I2C设备地址，每个I2C器件都有一个7位的设备地址。从机有一个设备地址，主机发送了从设备地址后，所有从机会和自己的地址比对，匹配成功的才做出相应。208.2.1

IIC总线主机发送1位的读写位，该位和从机地址一起形成一个字节：0表示主机写入从机的寄存器，1表示主机读从机的寄存器内容。从机发送的ACK应答信号到SDA，主机读取应答ACK。0表示ACK，1表示NACK。主机重新发送开始信号。主机发送要写入数据的寄存器地址。主机发送要写入寄存器的数据。有些器件，数据可以连续写入，寄存器地址会自动加1，从机发送的ACK应答信号，主机发送停止信号。218.2.1

IIC总线(5)读时序，图8-5为读时序。主机第一步发送从设备地址，第二步是发送要读取的寄存器地址，第三步重新发送从设备地址，最后一步就是I2C从器件输出要读取的寄存器值。228.2.2SPI总线SPI(SerialPeripheralInterface，串行外设接口)总线是Motorola公司提出的一种三线同步串行接口总线（不含片选线），可以全双工、同步方式传输数据，具有较高的传输速度。目前不少微控制器集成有SPI接口，内部带有串、并相互转换的寄存器，在发送和接收过程中，CPU不必进行干预，节约了CPU的处理时间。SPI总线主要应用在EEPROM、Flash存储器、实时时钟(RTC)、A/D转换器、数字信号处理器(DSP)及数字信号解码器之间。SPI总线只占用4个引脚用于控制及数据传输，分别是：设备选择线（CS）、时钟线（SCK）、串行输出数据线（MOSI）、串行输入数据线（MISO），节约了芯片的引脚数目，其简明结构如图8-6所示。238.2.2SPI总线SPI接口具有如下特点。1、采用主从模式(Master-Slave)的控制方式SPI协议规定了两个SPI设备之间的通信必须由主设备(Master)来控制从设备(Slave)。一个主设备可以通过提供时钟(SCK)及从设备片选（CS）来控制多个从设备。SPI协议还规定从设备的时钟由主设备通过SCK引脚提供给从设备，从设备本身不能产生或控制时钟。没有时钟，则从设备不能进行通信。2、采用同步方式传输数据主设备根据将要交换的数据产生相应的时钟脉冲，时钟信号通过时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)控制两个SPI设备间何时进行数据交换以及何时对接收到的数据进行采样，保证数据在两个设备之间同步传输。248.2.2SPI总线3、全双工数据交换SPI设备间的数据传输之所以又被称为数据交换，是因为SPI协议规定一个SPI设备不能在数据通信过程中仅充当一个发送者或接收者。在每个时钟周期内，SPI设备都会发送并接收1位的数据，相当于该设备交换了1位的数据。如图8-6所示，SPI的工作基于移位寄存器，工作过程就像一个环形传送带，由Master逐位将数据放在传送带上（MOSI），并驱动传送带将数据传送到Slave，同时Slave也会同步地有MISO引脚逐位将数据传送给Master。简单的理解：可以认为是数据交换，Master向Slave发送多少bit数据，就可以由Slave收到多少bit数据。SPI只有主模式和从模式之分，没有读和写的说法，外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。258.2.2SPI总线4、SPI的引脚SPI通信都是由主机发起的，主机需要提供通信的时钟信号。主机可以通过SPI线连接多个从设备的结构如图8-7所示，通常SPI通过4个引脚与外部器件相连：（1）MISO：MasterInSlaveOut/SerialDataInput，主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。（2）MOSI：MasterOutSlaveIn/SerialDataOutput，主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。主机的输入引脚MISO与从机的输出引脚MISO连接，同时主机输出硬件MOSI和从机的输入引脚MOSI连接。268.2.2SPI总线（3）SCK：SerialClock串行时钟，和I2C的SCL一样，为SPI通信提供串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入。（4）CS/SS：ChipSelect/SlaveSelect/，从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为“片选引脚”，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。从设备的CS引脚可以由主设备的一个标准I/O引脚来驱动。如图8-7所示，单片机的IO引脚连接若干从设备的CS1、CS2、CS3等，若选择某个设备，只需要拉低该引脚。在主-从结构中，从设备的CS引脚可以直接接地。278.3异步串行通信接口常用的异步串行通信接口，主要包括RS-232、RS-422、RS-485等，这里介绍它们的特点与接口电路设计。1.RS-232接口及电路设计RS-232C是美国电子工业协会(ElectronicIndustryAssociation，EIA)制定的一种串行通信接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232C标准接口的全称是“使用二进制进行交换的数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE)之间的接口”。RS-232C总线标准规定了21个信号和25个引脚，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道。对于一个双工通信，仅需几条信号线就可实现，包括一条发送线、一条接收线和一条地线。288.3异步串行通信接口（1）RS-232C引脚RS-232C标准规定在进行连接时采用一对物理连接器。在实际应用中，有25针和9针两种D型连接器，DB9和DB25。由于9针连接器节省空间，故应用较多，298.3异步串行通信接口（1）RS-232C引脚RS-232C的信号线较多，主要分为状态线（DSR、DTR）、联络线(RTS、CTS)、数据线(TxD、RxD)、地线（SG）以及载波检测(DCD)与振铃信号(RI)等。数据线与地线是最基本的信号线，其它起到辅助作用，可以提高数据传输速率。308.3异步串行通信接口（2）RS-232C连线RS-232C的连接有多种方式，完整的信号连接需要9条线或7线条。典型的应用为利用调制解调器通过电话线进行远距离数据传输，如图8-9所示。318.3异步串行通信接口RS-232C的设备连接最常见的是3线方式：TxD、RxD和GND。328.3异步串行通信接口RS-232C没有时钟线。在设备A和设备B需要用约定的速率进行传输。这个速度即为波特率。波特率有50、75、110、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200bps等，常用9600bps。（3）RS-232C的逻辑电平及与单片机的UART串口连接RS-232C采用负逻辑电平，发送数据时，发送端输出的逻辑“0”电平为（+5～＋15V），输出的逻辑“1”电平为（-5V～-15V）。接收数据时，接收端接收的+3V～+15V高电平表示逻辑“0”，-3V～-15V低电平表示逻辑“1”。。338.3异步串行通信接口RS-是一种标准接口，与单片机中的UART接口的逻辑电平不一致，当单片机与一个232CRS-232C接口设备连接时，不能直接连接，需要解决电平兼容问题。用于电平转换的芯片种类较多，常用的有MAX232、MAX3232、ST232B、SP3232等。MAX232/MAX232A符合RS-232C串行通信标准的发送和接收一体芯片，可以将TTL和RS-232C电平互换，内部含有＋5V电源转±12V电源的电路（电荷泵电路，见电源设计一章）。一片MAX232芯片可连接两对接收/发送线，外接电容C1～C5（取值为1μF）即可，如图8-11所示MAX232引脚、内部构成与基本连接348.3异步串行通信接口单片机与RS232C的接口电路358.3异步串行通信接口RS-232C存在一定的不足之处：①接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。电平与TTL不兼容，需要电平转换电路才能与TTL电路连接。②传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。③接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰能力较弱。④传输距离有限，最大传输距离只有15米左右。368.3异步串行通信接口2.RS-422接口及电路设计RS-422是EIA在1980年公布的远距离传输标准，有RS-422A和RS-422B等版本。RS-422采用平衡差分传输技术，使用一对信号线A和B传输数据，两条信号线上的电平相反。当发送端两条输出线A和B中的一条线为高（或低）电平时，另一条则必然为低（或高）电平，如图8-13所示。二者的差值为有用信号，接受端接收的是差分电压，规定A线电压高于B线电压200mV以上时为逻辑电平1，反之A线电压低于B线电压，且差值小于-200mV时为逻辑0。一般在对发射端，电压差会高一些，A、B间的电压差在＋2V~＋6V范围表示逻辑1；A、B间电压差在-6V~-2V范围表示逻辑0。378.3异步串行通信接口RS-422通信一般不使用公共地线，会降低收、发双方因地电位不同而产生的共模干扰会，故传输距离和速度都有明显提高。最远传输距离约1200米，最大传输速率10Mbps，传输速率会随传输距离增加而减小，在距离较近时，才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线，最大传输速率为1Mb/s。RS-422通信中，如果存在共模干扰，只要其大小在收、发器的共模电压范围内，就能识别并正确接收，以差分方式发送和接收，这种差分模式使得同速率条件传输距离更远。388.3异步串行通信接口RS-422采用全双工传输方式，两点之间通信时，需要两对差分传输线，共4条线，称为Y、Z的一对线用于发送，称为A、B的一对线用于接收。在高速传送信号时，为使通信线路阻抗匹配，减少反射波，应在传输电缆的最远接收端接终端电阻以吸收反射波，终端电阻的值约等于传输电缆的特性阻抗，习惯上终端电阻取120Ω，当传输距离在300米以内时不需接终端电阻。MAX488/490是常用的RS-422收发器，图8-14中，左图为MAX488/490的引脚图，右图为用MAX488/490组成的RS-422点对点通信连线图。MAX488/490构成的RS-422点对点连接。398.3异步串行通信接口RS-422传输数据时，支持一对多的数据传输，一个主设备（Master）通过驱动器驱动一个总线（4条线构成），在相同传输通道上可连接多个从设备（Salve），即一个驱动器传送，总线上可有多个接收器和发送器，但从设备之间不能通信，即RS-422支持点对多的双向通信。一条总线的传输通道上可以连接的从设备的数量，与驱动器的类型有关，有些可以到32个从设备。408.3异步串行通信接口3.RS-485接口及电路设计在很多应用场合，传输的数据量不大，采用全双工方式传输，需要4条线路，在远距离传输中，成本较高，因此经过改进与简化，在RS-422标准的基础，EIA于1983年制定了RS-485标准。RS-485是RS-422的变形，电气规定与RS-422相近，由4条线路减少为2条。传输距离与速度与RS-422相同。同一总线可以连接多个驱动器和接收器，一条传输总线上最多可以挂载128个收发器；共模电压范围大，允许的最大共模电压可达到-7V~+12V（RS-422标准为-7～＋7V）。418.3异步串行通信接口3.RS-485接口及电路设计RS-485只有一对差分线路A和B，发送和接收端的电平逻辑和RS-422相同。为了防止RS-485总线上的差分电压处于-200mV～+200mV之间不确定的状态，可以利用上拉和下拉电阻来钳位总线上电压差值，A上拉，B下拉。同时为了避免信号反射，当通信线路长度很长时，需要使用RS-485专用电缆，在A和B线之间接120Ω电阻。428.3异步串行通信接口RS-485为半双工传输，发送驱动器D的A、B引脚分别与接收器R的A、B连在一起，每一个时刻A、B线上数据只能沿一个方向，具体是发送还是接收，需要有主机进行控制。每个RS-485的驱动器还有其他引脚，具体功能如下：（1）RO表示接收器R的输出，为TTL逻辑电平，接收到数据由该接口输出，连接主机的串行接收端；（2）RE表示接收器输出使能，低电平有效；（3）DE是驱动器D是输出使能，高电平有效；（4）DI是驱动器的输入端，为TTL逻辑电平，接主机的串行发送端。常用的RS-485驱动芯片有MAX3485、MAX488/490、SP485等。RS-485是半双工方式传输，通过一定的协议，可以实现多对多的连接与传输，每个设备都可以收发，但同一个时刻只能一个设备被使能为发送状态。438.3异步串行通信接口图8-15给出了MAX485的引脚及与单片机机的连接电路，RX和TX分别为单片机的异步串行接口的接收和发送端，驱动器有3.3V和5V之分，需要根据MCU的电压进行选择。图中D1-D3为TVS器件，起到防护作用，可以防止静电、浪涌电流等对接口芯片的损坏。448.4Modbus通信协议上节介绍了常见的串行通信接口，但任何通信除了必要的物理接口与线路外，还必须要有一种双方能够理解的通信协议。通信协议是指通信双方实现通信必须遵循的规则和约定。通信协议包括信号形式、数据的格式、编码，通信内容即数据内容、含义、控制信息等，以及通信的规则如何时通信，通信的顺序、速率匹配等。串行通信协议有很多种，本节介绍工业控制领域常用的的Modbus协议。1.Modbus协议特点Modbus协议是工业控制领域以及智能仪器中常用的串行通信协议，最早（1979年）由Modicon公司为使用PLC通信而制定，目前已成为一种通用的工业标准，不同设备厂家生产的各类控制设备如控制器、检测仪器等可以通过该协议连接为工业控制与数据采集网络，实现集中监控。Modbus协议标准是一种公开、无版权要求，可以免费使用的通信协议。458.4Modbus通信协议Modbus协议是一种应用层报文传输协议，有三种类型，分别为ASIC码、RTU（

RemoteTerminalUnit）、TCP/IP。协议本身并没有规定物理层，只是定义了控制器能够识别的消息结构，而与所使用的网络无关。但Modbus协议常用的物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网等，采用主、从方式通信。Modbus协议帧格式简单、紧凑，易于用户理解和使用，开发和集成方便，容易组成工业控制网络。RTU模式采用二进制表示信息，数据比较紧凑，ASCII模式采用可读的较长的ASCII码表示，RTU模式使用循环冗余校验，ASCII模式采用纵向冗余校验（LRC，LongitudinalRedundancyCheck），RTU节点不能与ASCII节点通信。而通过TCP/IP物理层的连接，存在多个变种，不需要校验和计算。三种通信模式，数据模型和功能调用都是相同的，只是传输报文的封装方式不同。468.4Modbus通信协议Modbus是一个主-从协议，通信网络中有一个节点是主（Master）节点，其他参与通信的节点为从节点(Slave），每一个从节点都有唯一的地址，最大从节点数量为247。在串行网络中，只有主节点可以启动一个Modbus事务命令，从节点之间不能相互通信。在以太网上传输时，任何一个设备都能发送一个命令，但通常也只有一个主节点设备用以引导指令。主节点有两种模式向从站发出Modbus请求，分别为单播模式和广播模式。单播模式是主节点寻址单个从节点，从节点接收并处理完请求之后，向主节点返回一个报文（一个应答）。在这种模式下，一个Modbus事务处理包含2个报文：一个是主节点的请求，另一个是从节点的应答。线路上所有设备都会收到命令，但只有指定地址的设备会执行并回应指令，在广播模式下，所有收到指令的设备都会运行且不回应指令。每个从节点有唯一的一个地址，地址为1-247，可以被主站独立地寻址，248-255为保留地址。广播请求必须是写命令，所有设备必须能够接收写功能的广播，地址0为用于识别广播通信。所有从站必须识别广播地址。Modbus主站没有特定地址，只有从站有一个地址。478.4Modbus通信协议Modbus协议规定了必要的功能码，数据格式等、通信双方按照规定的功能码进行请求与提供服务。主机与从机之间通过Modbus协议通信，可以采用的通信方式有：以太网上TCP/IP通信，这里不深入介绍，可以参考GB/T19582.3；各种串行通信接口如EIA-RS232C、EIA-RS485、EIA-RS422等，可以是光纤、有线或无线等。Modbus协议可用于对各种网络设备的通信，如PLC、HMI(HumanMachineInterface

，人机界面)、控制面板、驱动器、各种IO控制设备等。488.4Modbus通信协议2.Modbus协议格式（1）Modbus的请求与应答：当需要传输数据时，主节点发送请求报文，内容包括从设备地址、功能码、传输的数据以及差错检测字段。消息中的功能码指示被选择设备要执行何种功能，数据段包含了从设备要执行功能的附加信息，差错检验域为从设备提