1.需求说明

在公司开发的项目中，为了实现云端modbus采集，在其中所学习到的关于mudbus不同数据位及不同寄存器读取的使用心得。

2.Modbus中的寄存器与数据位

Modbus的存储方式：
        大端存储：
                大端存储简单说就是一个int x = 0x12345678.
                小端存储保存为： 78 56 34 12
                大端存储则是： 12 34 56 78  (大端存储不需要倒过来)

Modbus基础格式：
主机读取从机输入寄存器数据格式：

数据格式：
        8位举例：
                modbus传递8位的 00 01 ：这个表示的就是1。
                换算方式可以理解为：2的 01次方就是这个8位数据的值。

16位举例：
                modbus传递16位的 00 01 ：这个表示的就是1。
                换算方式可以理解为：前两位00*256 + 01*1就是这个16位数据的值。
        32位举例：
                modbus传递32位的 00 02 00 01 ：这个表示的就是65538。
                换算方式可以理解为：后两位（00 01）*65536 + （00 02）*1，这里需要倒过来了。
读功能码：
        0x01: 读线圈寄存器
                实际上就可以类比为开关量，每个bit都对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。

0x02: 读离散输入寄存器
他也是每个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取输入的开关信号，是不能够写的。比如我读取外部按键的按下还是松开。所以功能码也简单就一个读的 0x02。

0x03: 读保持寄存器
这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte，也就是可以存放具体的数据量的，并且是可读写的。比如我我设置时间年月日，不但可以写也可以读出来现在的时间。

0x04: 读输入寄存器
这个和保持寄存器类似，但是也是只支持读而不能写。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值。

3、Modbus协议的地址模型

为了简化数据模型与设备存储区的对应关系，引入了一种地址模型。该模型通过编号的方式对不同类型数据进行区分，各数据的地址编号请看下面的表格：

Modbus地址模型的编号从1开始。
由于每一种数据都最大支持65536个元素，因此理论上，
对于线圈型数据来说，其地址范围为：000001~065536；

类似的，
离散量输入，其地址范围为：100001~165536；
输入寄存器，其地址范围为：300001~365536；
保持寄存器，其地址范围为：400001~465536；

由于65536是比较大的数值，实际应用一般不需要这么大的存储区，因此PLC厂家普遍采用的是10000以内的地址范围，即：
线圈地址范围：00001~09999；
离散量输入地址范围：10001~19999；
输入寄存器地址范围：30001~39999；
保持寄存器地址范围：40001~49999；

有了该地址模型，我们就可以从Modbus寄存器的地址判断要访问的区块的类型。比如本文开头提到到地址40001就是保持存储器的第一个值的地址，而10001就是离散量输入的第一个值的地址；要注意的是，保持寄存器和输入寄存器的每个值的大小为16bits(字），而线圈和离散量输入每个值的大小为1bit(位）；

各PLC厂家根据PLC的实际情况，将Modbus的地址模型映射到实际的存储区。一般来说，线圈对应过程输出映像区(Q)；离散量输入对应过程输入映像区(I)；输入寄存器对应模拟量输入(AI)；保持寄存器对应数据块或V存储区或M存储区。以西门子S7-200 SMART为例，其Modbus地址与存储器地址的对应关系如下表所示：

4、Modbus 协议中对浮点数的处理

Step1 首先复习一下对于阶码、尾数

1、对于十进制

-12.5 * 10**0
12.5：就是尾数 0 就是阶码

2、对于二进制

1.1001*2**3
1.1001：就是尾数 3 就是阶码

Step2 什么是浮点数的存储方式

1、理论

地址 +0 +1 +2 +3
内容 SEEE EEEE EMMM MMMM MMMM MMMM MMMM MMMM

这里
        S 代表符号位，1是负，0是正
        E 偏移127的幂，二进制阶码=(EEEEEEEE)-127。
        M 24位的尾数保存在23位中，只存储23位，最高位固定为1。此方法用最较少的位数实现了
较高的有效位数，提高了精度。

零是一个特定值，幂是0 尾数也是0。

Step3 Modbus 中浮点数的标准存储实例

2、实例

浮点数-12.5作为一个十六进制数0xC1480000保存在存储区中，这个值如下：

地址 +0 +1 +2 +3
内容0xC1 0x48 0x00 0x00

浮点数和十六进制等效保存值之间的转换相当简单。下面的例子说明上面的值-12.5如何转
换。
浮点保存值不是一个直接的格式，要转换为一个浮点数，位必须按上面的浮点数保存格式表
所列的那样分开，例如：

地址 +0 +1 +2 +3
格式 SEEE EEEE EMMM MMMM MMMM MMMM MMMM MMMM
二进制 11000001 01001000 00000000 00000000
十六进制 C1 48 00 00

从这个例子可以得到下面的信息：
符号位是1 表示一个负数
幂是二进制10000010或十进制130，130减去127是3，就是实际的幂。
尾数是后面的二进制数10010000000000000000000

在尾数的左边有一个省略的小数点和1,这个1在浮点数的保存中经常省略,加上一个1和小数
点到尾数的开头,得到尾数值如下:
1.10010000000000000000000

接着,根据指数调整尾数.一个负的指数向左移动小数点.一个正的指数向右移动小数点.因为
指数是3,尾数调整如下:
1100.10000000000000000000

结果是一个二进制浮点数，小数点左边的二进制数代表所处位置的2的幂，例如：1100表示
(1*2^3)+(1*2^2)+(0*2^1)+(0*2^0)=12。
小数点的右边也代表所处位置的2的幂，只是幂是负的。例如：.100...表示(1*2^(-1))+
(0*2^(-2))+(0*2^(-2))...=0.5。
这些值的和是12.5。因为设置的符号位表示这数是负的，因此十六进制值0xC1480000表示-
12.5。

Step3 更多的例子

这个是一个转换所用的一个在线的计算器，大家可以通过这个来计算看看与自己的想的是否符合

http://www.styb.cn/cms/ieee_754.php

下面这个是我举得例子：

5、Modbus通信协议之四字节转浮点数

一、Modbus协议0x10功能码

0x10功能码：写多个寄存器

例：请求在从机设备 17 中的 2 个寄存器中放入预置值，起始寄存器为 40002 ，预置值为 00 0AH 和 01 02H。

Modbus主机查询

Modbus从机回复

二、数据在内存中存储方式

要想把字节正确组合成浮点数，首先要了解数据在内存中是怎么存储的。存储方式有两种：

大端模式
大端模式是指数据的高字节保存在内存的低地址单元中，而数据的低字节保存在内存的高地址单元中，这样的存储模式有点类似于把数据当作字符串顺序处理：地址由小向大增加，而数据从高位往低位放；这和我们的阅读习惯一致。

小端模式
小端模式是指数据的高字节保存在内存的高地址单元中，而数据的低字节保存在内存的低地址单元中。

我使用的是STM32F4芯片，STM32的存储方式是小端模式，数据的低字节存在内存的低地址单元中，高字节存在内存的高地址单元中。如下图所示：

三、从机处理接收到的数据

我的Modbus主站是触摸屏，Modbus从站是STM32。主机输入浮点数之后，我的从机收到如下数据：

41 BC 00 00这四个字节就是我想提取的浮点数，根据Modbus协议可知，41是高字节，00是低字节。因为STM32是小端模式，所以高字节要存放在内存中的高地址。从机把四个字节存储好之后，我再把这个存储区域的首地址强制转换为float指针类型，这样就可以提取出这个浮点数了。

另外一种方式就是定义一个float变量，然后定义u8类型指针数组指向float变量地址，Modbus协议解析的时候只管向地址指向的存储单元填充数据，需要用浮点数的时候直接拿过来用就可以了。
这段过程可以在VS中模拟，主要分了两步实现。
仿真代码：

结果图：

注：在整个项目过程中可能查阅了很多资料，在整理本次文档的过程中，也有部分图片和内容是引用的其他作者或者一下文献的，如遇到侵权等问题，请联系本人修改或删除，本文仅作为个人开发经验总结，不含有任何商业价值。

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