大学物理实验示波器的使用（用示波器看透PLC中ModBus通讯的UART物理传输表达方式）

ModBus通信协议

一种串行应用层软件通信协议，由Modicon公司（如今的施耐德电气）在1979年为PLC通信而制定。现已成为工业通讯业界标准，并且也设备间常用的通信协议。

UART / 串口

通用异步收发传输器

Universal

Asynchronous

Receiver/Transmitter

早于ModBus的硬件通讯器，用于并行数据转为串行进行传输，实现增距减线的目的。

同步收发，有时钟线，就像节拍器，打一拍，收发一个数位（0或1），短距离传输还好，长距离传输时钟线就会惹麻烦，这就有了异步收发。

异步收发，没有时钟线，那就得有约定，这个约定就是"UART硬件通讯协议"，本文的主角。

只有看透了UART物理表达，PLC中ModBus通讯才不会"缺一门"。

下面我将通过示波器，让您看透"UART硬件通讯协议"——物理传输表达方式。

ModBus通讯在串行链路上的约定

ModBus协议是一个层级很少的的协议，从应用层直接跨接到数据链路层。

UART是在最底层（第1层）负责用逻辑电平，来把信号，从一端传递到另外一端，并能正确接收。

一个ModBus数据帧是这样约定的，如下图：

UART负责传输的是添加了地址和CRC校验域的串行链路PDU。

每个串行链路PDU，都是由多个字节（8数位组成的最小记录单位）组成，用UART硬件协议格式实施物理传输，如下图：

由于TTL、RS422、RS485、RS232都能表达物理传输的逻辑，为了便于我们识别，我们使用基带信号TTL电平的表达方式来实验。

搭建测试电路 和 程序

1个usb转422通讯接口

1个422转TTL双向接口

1个stc单片机，并编一个echo程序，让收到的信息原样发送出来，同时生成一个波特率脉冲与数据对齐。

RS422实际上是双工的RS485，使用这种接口来下载程序和测试串口，可以使用机载电源，也就是不让usb给系统供电，这是产品化过程中的优化考虑。

下面我们把422通讯线连接起来

接入usb准备下载程序和串口调试

用充电宝，独立给系统供电，与usb供电无关。

接入示波器，通道1观察TXD发送端的TTL波形，通道2，观察程序产生的波特率脉冲，这样有助于我们理解每一个数位是在什么时刻传输的。

示波器解读UART的每一个数位的传送

1、空闲状态

2、发送55H

3、发送56H

4、发送57H

5、发送58H

6、用起始位解读数据位接收的采样过程

所有的UART硬件传输协议，都在上面这些图片里。

8位数据打包成带有校验功能的11位帧进行发送和接收。

ModBus协议规定：

波特率19200bps

偶校验

1位起始位、8位数据位

1位校验位、1位停止位

这样的11位传输格式是必须的，也可以有其他波特率和无校验位（校验位由1填充）的格式也是兼容的。