AVR单片机Modbus通信实战：掌握Modbus通信协议及编程

# 1. Modbus通信协议简介**

Modbus是一种工业通信协议，广泛应用于自动化控制系统中。它是一种主从式协议，由一个主机（Master）和多个从机（Slave）组成。主机负责发送请求，从机负责响应请求并提供数据。

Modbus通信协议采用RTU（远程终端单元）或TCP（传输控制协议）作为传输层协议。RTU模式使用串行接口，适用于短距离通信；TCP模式使用以太网接口，适用于长距离通信。

Modbus协议定义了多种功能码，用于读取、写入和操作从机的数据。常见的功能码包括：

- **读取线圈状态（0x01）**：读取从机指定地址的线圈状态。
- **读取输入寄存器（0x04）**：读取从机指定地址的输入寄存器值。
- **写入单个线圈（0x05）**：写入从机指定地址的线圈状态。
- **写入单个寄存器（0x06）**：写入从机指定地址的寄存器值。

# 2. AVR单片机Modbus通信编程基础

### 2.1 AVR单片机Modbus通信硬件接口

Modbus通信在AVR单片机上通常通过UART接口实现，其硬件连接方式如下：

- **UART Tx (发送)**：AVR单片机的UART发送引脚连接到Modbus从机或主机的UART接收引脚。
- **UART Rx (接收)**：AVR单片机的UART接收引脚连接到Modbus从机或主机的UART发送引脚。

UART通信参数需要与Modbus通信参数相匹配，包括波特率、数据位、停止位和校验位。

### 2.2 Modbus通信协议报文解析

Modbus通信报文由以下部分组成：

- **设备地址 (1字节)**：标识Modbus从机设备的地址。
- **功能码 (1字节)**：指定Modbus操作类型，如读寄存器、写线圈等。
- **数据 (可变长度)**：根据功能码不同，包含要读取或写入的数据。
- **CRC校验 (2字节)**：用于检测报文传输中的错误。

### 2.3 Modbus通信协议功能码

Modbus通信协议定义了多种功能码，用于执行不同的操作：

| 功能码 | 操作 |
|---|---|
| 0x01 | 读线圈 |
| 0x02 | 读输入寄存器 |
| 0x03 | 读保持寄存器 |
| 0x04 | 读输入寄存器 (32位) |
| 0x05 | 写线圈 |
| 0x06 | 写保持寄存器 |
| 0x07 | 读异常状态寄存器 |
| 0x08 | 写多个线圈 |
| 0x09 | 写多个保持寄存器 |
| 0x0A | 读文件记录 |
| 0x0B | 写文件记录 |
| 0x0C | 掩码写保持寄存器 |
| 0x0D | 读/写多个寄存器 |
| 0x0E | 获取通信事件计数器 |
| 0x0F | 获取通信事件日志 |
| 0x10 | 报告从机标识 |
| 0x11 | 读设备信息 |
| 0x12 | 写设备属性 |
| 0x13 | 读设备变量 |
| 0x14 | 写设备变量 |
| 0x15 | 诊断 |
| 0x16 | 获取设备诊断信息 |
| 0x17 | 设置设备时钟 |
| 0x18 | 获取设备时钟 |

### 代码块：Modbus报文解析函数

uint8_t modbus_parse_request(uint8_t *buffer, uint8_t length)
{
    // 检查报文长度
    if (length < 6) {
        return MODBUS_ERROR_INVALID_LENGTH;
    }

    // 获取设备地址
    uint8_t device_address = buffer[0];

    // 获取功能码
    uint8_t function_code = buffer[1];

    // 根据功能码解析数据
    switch (function_code) {
        case MODBUS_FUNCTION_READ_COILS:
            // 解析读线圈请求
            return modbus_parse_read_coils_request(buffer, length);
        case MODBUS_FUNCTION_READ_INPUT_REGISTERS:
            // 解析读输入寄存器请求
            return modbus_parse_read_input_r