Modbus ASCII 是在Modbus协议下的一种通信模式，主要用于设备间的通信。相较于Modbus RTU，Modbus ASCII采用了字符编码方式进行数据传输。以下将详细分析Modbus ASCII的字符编码方式、帧结构与LRC校验，并提供相关示例，以及与Modbus RTU的对比。

字符编码方式

在Modbus ASCII模式下，通信的数据由ASCII字符构成。每个8位字节被拆分为两个ASCII字符进行发送。例如：

• 十六进制的0xAB（1010 1011）被发送为“AB”。
• 十六进制的0x1F（0001 1111）则被发送为“1F”。

这种做法便于人类读取与调试，但降低了传输效率。发送消息时，如果字符间的时间间隔超过1秒，接收设备将会认为发生了传输错误。

示例

假设主机要发送命令以读取从机的寄存器:

text
:01 03 00 00 00 02  

这里，01是从机地址，03为功能码（读取保持寄存器），接下来的00 00指明寄存器的起始地址和数量。发送时，每个字节都转换为ASCII字符。

帧结构与LRC校验

Modbus ASCII协议的帧结构如下：

开始字符	地址	功能码	数据	LRC校验	结束字符
1 byte (:)	2 byte	2 byte	N byte	2 byte	CR, LF

各部分说明

• 开始字符: 每个消息以冒号（:）开始，其ASCII码为0x3A。
• 地址: 用于指定目标从机的唯一地址，采用2个字符表示。
• 功能码: 指示需要执行的操作，通常占用2个字符。
• 数据: 根据功能码决定，其内容和长度，使用N字节表示。
• LRC校验: 在发送之前，将所有的字符相加并取反，再以十六进制形式附加至消息末尾。这种校验方式能够有效检测数据在传输过程中是否有错误。
• 结束字符: 每条消息以回车换行（CR, LF）结束，其ASCII码分别为0x0D和0x0A。

LRC校验示例

假设要发送的完整数据帧为01 03 00 00 00 02，首先计算LRC值。

1. 先将各字节相加：01 + 03 + 00 + 00 + 00 + 02 = 06
2. 然后取反：LRC = ~06 = FA

最终发送的帧为：

text
:01 03 00 00 00 02 FA  

与RTU对比分析

在Modbus协议中，Modbus ASCII与Modbus RTU主要有以下区别：

项目	Modbus ASCII	Modbus RTU
数据格式	采用ASCII格式，每字节分为两个字符	采用二进制格式，数据更紧凑
传输效率	低效率，ASCII字符较大	高效率，数据紧凑减少带宽消耗
校验方式	LRC校验	CRC校验
错误检测能力	较低，LRC简单	较高，CRC复杂，能检测更多错误
调试与可读性	易于调试，可读性强	较难，可读性差
应用场景	用于小范围、需频繁调试的场合	广泛用于高要求的工业控制系统

实际应用示例

假设有一个主机需要从从机读取寄存器值。使用Modbus ASCII时，主机会发送类似下面的命令：

text
:01 03 00 01 00 01 48  

• 其中01是从机地址；
• 03是读取寄存器的功能码；
• 00 01表示从地址1读取1个寄存器；
• 48是计算得出的LRC值。

在接收到该请求后，从机将返回格式为：

text
:01 03 02 00 0A 3E  

• 其中02表示数据长度；
• 00 0A为寄存器的值；
• 3E是本帧LRC值。

总结

Modbus ASCII协议通过字符编码，虽然可读性强，但其传输效率和错误检测相对较低。相对而言，Modbus RTU在工业自动化中更为普及。因此，在选择通讯协议时，应该根据具体的应用场景与需求进行评估。对于小范围且需频繁调试的环境，Modbus ASCII显得非常合适，而对于要求高效率和高可靠性的工业控制场合，Modbus RTU无疑是更好的选择。