Modbus软件开发实战指南（第2版）

前言如果时间能够回到几年之前，也许人生将会是另外一番际遇吧。
　　当时的我初次接触Modbus通信协议，并且需要基于Modbus完成一个质量高度稳定的工业控制程序，怎么办呢？一开始，面对浩如烟海的资料和设计要求确实一筹莫展。不过现在想想，如果那时遇到了像这样的一本书，我一定会毫不犹豫地买下来。听到这样的话，你心里一定在想：嘿，王婆卖瓜，自卖自夸。好吧，我承认有一些自夸了，人嘛，都是有那么一点点虚荣心的。
　　但是，我可以保证，当你认真阅读过此书之后，一定会有不一样的收获。
　　其实，从初次接触Modbus通信协议起，我就下定决心写一本适合Modbus初学者的入门书籍，使得大家能够快速上手，避免重走不必要的弯路。可是真正写起来才发现，这不是一时半刻就能够完成的工作。一方面是我只能在工作之余的闲暇时间写作；另一方面是软件开发技术上牵扯的方方面面太多，如何有条理地组织各种材料也是一个大难题。就这样，写写停停，甚至写作提纲也是几易其稿。好在没有什么压力，在坚持之下后竟然“凑成”了这本看似不错的Modbus开发入门资料。在提供给周围的一些人阅读后，大家都觉得不错并且值得出版，这也给了我信心。
　　正所谓“闻道有先后，术业有专攻”。我曾经咨询过很多资深的开发人员，他们平日里大多会研究和学习各种新奇的开发技术，不会有太多的时间总结和归纳。据我所知，目前市场上关于Modbus开发的书籍并不太多，以至于至今还没有一本专门介绍Modbus软件开发的书。机缘巧合，我做了个“吃螃蟹”的人。我希望能够通过这本书把我所学习和掌握的一些Modbus软件开发工具和技能介绍给大家，让大家体会到软件开发的乐趣，减轻Modbus开发入门时的迷茫和无助。如果能够实现这个目的，善莫大焉。不仅如此，这本书不仅仅局限于Modbus本身，书中提到的开发技巧和经验对其他开发工作也有借鉴意义。
　　本书大体可划分为三篇: 理论篇、实践篇和提高篇，篇章结构如下所示。理论篇主要介绍Modbus协议本身，便于初学者体会Modbus协议的精髓所在，打好基础。实践篇通过对libmodbus开发库源码的分析以及各种范例程序的演示，助力读者快速入门和上手，掌握各种模式下的开发方法和技巧。提高篇则进一步带领读者开发自己的Modbus调试工具。按照各章节的内容，读者可以循序渐进地阅读本书，逐步完成从入门到精通的过程。　　作为软件开发者，很多人都没有付费购买书籍的习惯。我觉得吧，该付费的时候就别省，也许通过阅读就可以系统地提升自己，让你在同事中脱颖而出，少量投资换来的是成千上百倍的回报。
　　很多人又会说，不用买你的书，我也可以自己通过Google或百度解决问题啊。是的，的确没错，现在互联网这么发达，没有解决不了的问题，但是这要花费你大量的时间和精力，与其这样，还不如快速学习更多的东西，做些更有意义的事情。在互联网时代，重要的是懂得如何站在别人的肩膀上。
本书定位
　　本书是循序渐进地学习Modbus软件开发的书籍，需要你有针对性地阅读。当然，当你遇到问题或者想了解某个知识点时，你可以直接定位到相关章节查看内容。
　　本书以通俗易懂的语言和图片描述Modbus软件的开发技巧，基本上每个操作都会有图片或者实际程序代码演示，便于读者自学。
　　本书以解决Modbus软件开发中的问题为目的，围绕这一点着重讲述如何快速入门并精通Modbus软件开发技术。对于Modbus开发来说，必要的硬件不可缺少，但是为了能迅速入门，减少硬件依赖，本书尽可能使用各种软件工具模拟硬件环境，阅读本书时有一台计算机足矣，这也是本书的一大特色。
目标读者
 如果你初学Modbus通信协议；
 如果你想用C/C  语言开发Modbus通信库；
 如果你想用其他语言（如Visual Basic、Visual C#、Java、Go）开发Modbus应用程序；
 如果你想从事物联网或Modbus测试开发；
 如果你英语不好；
 如果你想节省搜索的时间；
 如果你想提高工作效率。
那么这本书简直就是为你量身定做的。
　　尽管本人已尽力确保本书的准确性和完整性，但因知识和能力有限，书中难免存在疏漏之处，恳请各位读者不吝批评指正，争取将来进一步完善本书，以此回报大家对本书的支持和厚爱。
致谢
　　在本书的写作和出版过程中，得到了很多人的热情帮助和支持，在此一并致谢！
　　首先要感谢创造和发明Modbus通信协议的那些人，正是因为他们创造性的工作才有了如此简洁、优雅并广泛应用的通信协议供大家使用。可以毫不夸张地说，Modbus协议的出现推动了人类工业自动化生产的进步。
　　其次要感谢清华大学的杨开明教授、北京交通大学的杨莉副教授，在本书的写作和出版过程中，各位老师都给出了详细的意见和建议。
　　后，感谢家人的支持和所有阅读本书的读者。如果能够给各位读者带来哪怕一点收获或体会，那将是对我极大的鼓舞，谢谢！

杨更更2021年8月

Modbus是工业自动化领域广泛使用的通信协议之一，随着电子、计算机和通信技术的不断发展，特别是物联网以及“互联网 ”等概念的兴起，Modbus通信技术也从串行总线发展到了Modbus TCP，方兴未艾。为了让广大在校学生、工业控制和自动化工程师及技术人员了解Modbus协议的内涵，掌握Modbus通信技术的软件开发方法,作者从初学者的角度，由浅入深，循循善诱，以文字和图片相结合的方式撰写了本书。 　　本书共13章，首先介绍Modbus协议，特别是功能码消息帧的定义，然后从软件开发的角度详细介绍辅助调试工具、软件开发环境的构筑，重点介绍和解析libmodbus开发库的源代码，以及libmodbus在不同语言环境下的开发技巧。阅读本书可快速入门并精通Modbus软件开发技术。作为软件技术开发指南类书籍，本书不仅仅局限于Modbus通信协议，对其他通信协议的软件开发也有很高的参考价值。 　　本书可作为各大高校、工程设计院、系统集成商和工厂企业的Modbus通信协议开发人员学习软件设计和开发的入门指导书籍，也可作为工业自动化及物联网开发领域工程技术人员的参考书籍，还可供广大自动化与通信专业的教师、学生及物联网开发爱好者阅读。

2003年毕业于清华大学；
先后入中国航天科工集团公司、日本横河电机株式会社等500强企业工作；一直从事软件技术研发工作，了解并精通各现场总线通信协议。

□□章初识Modbus1

1.1背景□

1.□模型3

1.3协议版本4

1.4通信设备5

1.5事务处理6

1.6专业术语7

第□章Modbus开发环境9

□.1虚拟串口软件10

□.1.1什么是虚拟串口软件10

□.1.□使用方法10

□.□Modbus Poll的使用14

□.□.1简介14

□.□.□功能14

□.□.3使用方法15

□.3Modbus Slave的使用18

□.3.1简介18

□.3.□功能18

□.3.3使用方法19

□.4Modbus PollSlave互联互通□0

□.5Visual Studio □015的安装□4

第3章Modbus协议的相关知识□7

3.1协议概要□8

3.□Modbus寄存器□9

3.□.1寄存器种类说明□9

3.□.□寄存器地址分配30

3.3Modbus串行消息帧格式31

3.3.1ASCII消息帧格式31

3.3.□RTU消息帧格式31

3.3.3地址域33

3.3.4功能码域33

3.3.5数据域34

3.4Modbus差错校验34

3.4.1LRC校验34

3.4.□CRC校验35

3.5字节序和大小端4□

3.5.1来历4□

3.5.□为什么会有大小端43

3.5.3什么是“大端”和“小端”43

3.6Modbus TCP消息帧格式45

3.6.1协议描述45

3.6.□查询与响应报文示例48

第4章Modbus功能码详解49

4.1功能码概要50

4.□01（0x01）读取线圈/离散量输出状态51

4.□.1功能说明51

4.□.□查询报文51

4.□.3响应报文5□

4.□.4借助工具软件观察和理解53

4.30□（0x0□）读取离散量输入值59

4.3.1功能说明59

4.3.□查询报文60

4.3.3响应报文60

4.403（0x03）读取保持寄存器值61

4.4.1功能说明61

4.4.□查询报文61

4.4.3响应报文6□

4.504（0x04）读取输入寄存器值63

4.5.1功能说明63

4.5.□查询报文63

4.5.3响应报文64

4.605（0x05）写单个线圈或单个离散输出65

4.6.1功能说明65

4.6.□查询报文65

4.6.3响应报文66

4.706（0x06）写单个保持寄存器67

4.7.1功能说明67

4.7.□查询报文67

4.7.3响应报文68

4.808（0x08）诊断功能68

4.8.1功能说明68

4.8.□查询报文68

4.8.3响应报文69

4.8.4诊断子功能码70

4.911（0x0B）获取通信事件计数器73

4.9.1功能说明73

4.9.□查询报文73

4.9.3响应报文74

4.101□（0x0C）获取通信事件记录74

4.10.1功能说明74

4.10.□查询报文75

4.10.3响应报文75

4.1115（0x0F）写多个线圈76

4.11.1功能说明76

4.11.□查询报文76

4.11.3响应报文77

4.1□16（0x10）写多个保持寄存器78

4.1□.1功能说明78

4.1□.□查询报文78

4.1□.3响应报文79

4.1317（0x11）报告从站ID(仅用于串行链路)80

4.13.1功能说明80

4.13.□查询报文81

4.13.3响应报文81

4.14Modbus异常响应8□

第5章libmodbus开发库85

5.1功能概要86

5.□源码获取与编译86

5.3与应用程序的关系9□

第6章libmodbus源代码解析93

6.1类型与结构定义94

6.1.1精细类型定义94

6.1.□常量定义96

6.1.3核心结构体定义之一97

6.1.4核心结构体定义之二101

6.□常用接口函数10□

6.□.1各类辅助接口函数10□

6.□.□各类Modbus功能接口函数106

6.□.3数据处理的相关函数或宏定义110

6.3RTU/TCP关联接口函数111

6.3.1RTU模式关联函数111

6.3.□TCP模式关联函数11□

6.4部分内部函数详解113

6.4.1函数read_io_status()113

6.4.□函数read_registers()118

6.4.3函数write_single()1□1

6.4.4函数modbus_mapping_new_start_address()1□3

6.5开发应用程序基本流程1□6

第7章完整RTU模式开发范例1□9

7.1开发RTU Master端130

7.1.1新建工程130

7.1.□添加开发库13□

7.1.3添加应用源代码133

7.1.4代码调试141

7.□开发RTU Slave端143

7.□.1新建工程并添加开发库143

7.□.□添加应用源代码143

第8章完整TCP模式开发范例147

8.1开发TCP Client端148

8.1.1新建工程148

8.1.□添加开发库148

8.1.3添加应用源代码150

8.1.4代码调试159

8.□开发TCP Server端160

8.□.1新建工程并添加开发库160

8.□.□添加应用源代码161

第9章Visual Basic中使用libmodbus165

9.1函数调用约定与修饰名166

9.1.1函数调用约定166

9.1.□函数修饰名167

9.1.3调用约定的使用169

9.□模块定义文件170

9.3对libmodbus开发库的改造171

9.3.1添加__stdcall调用符171

9.3.□添加DEF模块定义文件17□

9.4开发Visual Basic程序175

9.4.1创建新项目175

9.4.□添加函数描述文件177

9.4.3调用libmodbus库函数18□

□□0章Visual C#中使用libmodbus187

10.1开发Visual C#程序188

10.1.1创建新项目188

10.1.□添加函数描述文件190

10.1.3调用libmodbus库函数195

10.□基于C#的NModbus类库199

10.□.1什么是NModbus类库199

10.□.□NModbus类库用法□00

□□1章打造自己的Modbus调试工具□05

11.1开发自己的Modbus Poll□06

11.1.1软件需求分析□06

11.1.□命令行解析功能□07

11.1.3创建应用程序并调试□1□

11.□开发自己的Modbus Slave□34

11.□.1软件需求分析□34

11.□.□创建应用程序并调试□36

□□□章Java语言开发Modbus应用程序□47

1□.1开发环境的构建□48

1□.1.1安装Java开发环境□48

1□.1.□Java图形化开发工具□5□

1□.□开发Modbus RTU程序□54

1□.□.1准备工作□54

1□.□.□代码编写和调试□60

1□.3开发Modbus TCP程序□71

□□3章Go语言开发Modbus应用程序□81

13.1开发环境的构建□8□

13.1.1安装Go语言开发环境□8□

13.1.□Go语言图形化开发工具□85

13.□开发Modbus应用程序□93

13.□.1准备工作□93

13.□.□代码编写和调试□93

参考文献□98

Modbus是工业自动化领域广泛使用的通信协议之一，随着电子、计算机和通信技术的不断发展，特别是物联网以及“互联网 ”等概念的兴起，Modbus通信技术也从串行总线发展到了Modbus TCP，方兴未艾。为了让广大在校学生、工业控制和自动化工程师及技术人员了解Modbus协议的内涵，掌握Modbus通信技术的软件开发方法,作者从初学者的角度，由浅入深，循循善诱，以文字和图片相结合的方式撰写了本书。 　　本书共13章，首先介绍Modbus协议，特别是功能码消息帧的定义，然后从软件开发的角度详细介绍辅助调试工具、软件开发环境的构筑，重点介绍和解析libmodbus开发库的源代码，以及libmodbus在不同语言环境下的开发技巧。阅读本书可快速入门并精通Modbus软件开发技术。作为软件技术开发指南类书籍，本书不仅仅局限于Modbus通信协议，对其他通信协议的软件开发也有很高的参考价值。 　　本书可作为各大高校、工程设计院、系统集成商和工厂企业的Modbus通信协议开发人员学习软件设计和开发的入门指导书籍，也可作为工业自动化及物联网开发领域工程技术人员的参考书籍，还可供广大自动化与通信专业的教师、学生及物联网开发爱好者阅读。

2003年毕业于清华大学；
先后入中国航天科工集团公司、日本横河电机株式会社等500强企业工作；一直从事软件技术研发工作，了解并精通各现场总线通信协议。