现场总线大师解密RS485与Modbus通信的秘密
在工业控制、电力通讯和智能仪表等领域，串口通信一直是数据交换的主要方式。最初，我们使用的是RS232接口，但由于环境中存在大量电磁干扰，这种接口并不适合复杂的工业现场。因此，在1979年，施耐德电气推出了Modbus协议，现在这个协议广泛应用于RS485通信中。
首先，让我们来探讨一下RS485通信。虽然RS232已经存在了很长时间，但是它也有其局限性：信号电平较高，容易损坏芯片，而且与TTL电平不兼容；共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能较弱；传输距离和速率都有限，只能实现两点之间的通信，不支持多机联网。
为了解决这些问题，出现了新的接口标准，如RS485，它具备以下特点：逻辑“1”和“0”的表示方式不同于RS232，更为安全可靠；通信速度快，可以达到10Mbps以上；抗干扰能力大大增强，可支持1200米左右的传输距离（但需要注意速率限制）；可以实现总线式网络，上下行设备数量可达32个或更多。
然而，在实际操作中，如果忽略信号地的连接，这可能会导致共模干扰问题以及EMI问题。这是因为收发器有一个共模电压范围，当超出此范围时会影响稳定性甚至造成设备损坏。此外，由于PC机通常只有RS232接口，我们需要通过转换器或者专用的PCI卡来实现与RS485兼容。
接着，我们来介绍一下Modbus通信协议。这是一种广泛应用于电子设备间通讯的一种通用语言，使得不同厂商生产的控制设备能够相互连接并进行集中监控。Modbus定义了一套消息结构，描述了如何访问、响应及检测错误，以及记录过程中的内容格式。
Modbus具有几个显著特点：标准开放，无需支付许可费用或担心知识产权侵权风险；支持多种物理层，如RS-232、RS-485等，以及不同的介质，如双绞线、光纤和无线等；帧格式简单，便于用户理解和厂商开发。
在使用Modbus时，我们需要了解寄存器类型及其功能码。寄存器包括线圈状态、离散输入状态、保持寄存器以及输入寄存器，而功能码则用于指示读取或写入操作，比如读取或设置单个或多个线圈状态，或读取保持寄存器中的值等。
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