前情回顾
在之前的ModBus RTU教程中，我们已经介绍了ModBus RTU的相关定义与通讯协议说明，本期将会介绍ModBus ASCII，本期内容在汇川PLC的串口通讯上使用不到，但Socket部分可能涉及，大家根据工作需要进行学习即可。
什么是Modbus ASCII？
前面我们提到，在Modbus出现的早期变体当中，其中有一个就是ModBus ASCII，相比较于RTU的2进制传输，ASCII使用的是文本传输，整个数据包都是可打印字符。如何理解所谓的文本传输呢？首先我们需要理解什么是ASCII？
ASCII
ASCII是一种字符编码标准，用于在计算机中表示文本字符。ASCII（美国信息交换标准代码）使用7位二进制数来表示128个字符，包括英文字母、数字、标点符号和一些特殊字符。ASCII编码最初由美国国家标准学会于1963年制定，1967年第一次发布，最后一次更新是在1986年，它包含了33个控制字符（具有某些特殊功能但是无法显示的字符）和95个可显示字符;
ASCII码 是 American Standard Code for Information Interchange 的缩写，而不是ASCⅡ(罗马数字2)，有很多人在这个地方产生误解;
ASCII码表
了解了什么是ASCII码，那么就清楚了文本传输，也就是Modbus ASCII传输的内容是ASCII码，也就是二进制编码以后的内容。Modbus ASCII 使用可读的 ASCII 字符来表示消息，这使得它与二进制格式的 Modbus RTU（Remote Terminal Unit）相比，具有某些特定的优点和缺点。
特点
消息格式：
- Modbus ASCII 的每条消息以冒号
：开头，并以换行符CRLF结尾。 - 每个字节的数据以两个 ASCII 字符的十六进制形式表示。
- 例如，一个字节的数据
0x5A在 Modbus ASCII 中表示为5A。（代表大写字母 Z）
- Modbus ASCII 的每条消息以冒号
通信速度：
- Modbus ASCII 的通信速度通常比 Modbus RTU 慢，因为每个字节需要两个 ASCII 字符来表示。
- 由于其字符表示形式，它在传输过程中需要更多的带宽。
易于调试：
- 由于 Modbus ASCII 消息是人类可读的，它们比 Modbus RTU 更容易调试和分析。
应用场景：
- Modbus ASCII 常用于需要通过电话线或无线电进行通信的系统，这些系统可能会受益于其易读性和错误检测能力。
消息结构
Modbus ASCII 消息包括以下几个部分：
- 起始字符：每条消息以冒号
：开头。 - 地址域：表示目标设备的地址，通常为 2 个 ASCII 字符的十六进制值。
- 功能码：表示请求的操作类型，通常为 2 个 ASCII 字符的十六进制值。
- 数据域：包含与请求或响应相关的数据，长度可变，每个字节用 2 个 ASCII 字符表示。
- 校验和 (LRC, Longitudinal Redundancy Check)：用于错误检测，通常为 2 个 ASCII 字符的十六进制值。
- 结束字符：每条消息以回车符和换行符 (CRLF) 结尾。
LRC校验
LRC（Longitudinal Redundancy Check）校验是一种用于检测数据传输错误的校验方法。它在 Modbus ASCII 通信协议中使用，用于确保消息在传输过程中没有被篡改或损坏。
LRC 校验的工作原理
LRC 校验通过对消息中的每个字节进行累加，然后取结果的二进制补码（即取反加一），得到一个校验和字节。这个校验和字节会附加到消息的末尾，接收方在收到消息后会进行同样的计算，以验证消息的完整性。
计算 LRC 校验的步骤
初始化 LRC 值：
- 将 LRC 值初始化为 0。
累加消息的每个字节：
- 对消息的每个字节进行累加（这里指的是消息的地址域、功能码和数据域，不包括起始字符冒号和结束字符 CRLF）。
取二进制补码：
- 将累加结果取二进制补码，即对结果取反加一（也可以通过将结果从 256 中减去来实现）。
计算示例
假设一条 Modbus ASCII 消息为 :010300010001FB\r\n，我们需要计算其中的 LRC 校验值。步骤如下：
去掉起始和结束字符：仅考虑
010300010001部分。将每对 ASCII 字符转换为十六进制值：
01-> 0x0103-> 0x0300-> 0x0001-> 0x0100-> 0x0001-> 0x01
累加这些值：
- 累加结果：0x01 + 0x03 + 0x00 + 0x01 + 0x00 + 0x01 = 0x06
取反加一（计算补码）：
- 0x06 的反码是 0xF9（取反），加一得到 0xFA。
LRC 校验值：
- 计算得到的 LRC 校验值是 0xFA。
因此，整个消息的 LRC 校验和是 FA。完整的 Modbus ASCII 消息在计算校验时包括 LRC 字节：
:010300010001FA\r\n
验证 LRC 校验
接收方接收到消息后，会进行以下步骤：
- 从接收到的消息中提取数据部分（地址、功能码和数据），并包括接收到的 LRC 字节。
- 对这些字节进行累加，然后取反加一。
- 如果结果为零，说明消息未被篡改，校验通过；否则，校验失败。
原消息中是 FB，它正确吗？
肯定是不对的，因为
0x01 + 0x03 + 0x00 + 0x01 + 0x00 + 0x01 + 0xFB = 0x102
最低字节 0x02，不为 0，说明 FB 不满足 LRC 校验和的正确性。因此，正确的校验和应为 FA。
总结
LRC 校验是一种简单但有效的错误检测方法，通过累加消息中的每个字节并计算其补码，可以检测出在传输过程中发生的错误。Modbus ASCII 协议使用 LRC 校验来确保数据的完整性和可靠性。
例子
假设一个 Modbus 主站向地址为 01 的从站发送一个读保持寄存器的请求，读取寄存器地址为 0001，数量为 0001。这条 Modbus ASCII 消息可能看起来像这样：
:010300010001FA\r\n
:- 起始字符01- 目标从站地址03- 功能码，表示读保持寄存器0001- 起始寄存器地址0001- 读取的寄存器数量FA- 校验和\r\n- 回车和换行符
如果全部用16进制表达：
3A010300010001FA0D0A
总之，Modbus ASCII 是一种通过使用 ASCII 字符进行数据传输的 Modbus 协议版本，适用于某些特定的应用场景，特别是需要在长距离或噪声环境中通信时。
