基于 c#winform 实现的 ModbusRTU 通信库案例学习
通用读取
用 01H 功能码读取输出线圈（01 Coil Status/0x ）举例
点击读取按钮 btn_Read_Click
开始 if 条件判断，进入 CommonVerify 函数 CommonVerify 函数中会检查是否连接正常和站地址、起始地址、长度格式配置是否符合要求
判断成功 true 后进入 if 语句，
- 首先将站地址、起始地址、长度从对应的文本框中提取出来，去除空格，并转换成对应的
byte和short类型;再将数据类型和存储区、数据格式提取出来，转换成对应Enum类型中的类型 - 进入 swtich 语句，根据对应的数据类型（dataType）进入 case（各种针对不同类型数据的读取方法）。若不支持的则 Addlog
进入这个读取方法，在这个读取方法中，
- 我们首先会创建一个
byte类型的叫做 result 的数组 - 进入 switch 语句通过传来的存储区值判断进入那个 case（针对各种输入输出线圈寄存器的读取和写入的方法）。若不支持的则 Addlog
进入方法
首先创建一个 SendCommand 列表（泛型集合）用来储存的是byte类型的元素；
将功能码、线圈地址、线圈数量、CRC 添加到 SendCommand 列表中
CRC16
private byte[] CRC16(byte[] pucFrame, int usLen)
{
int i = 0;
byte[] res = new byte[2] { 0xFF, 0xFF };
ushort iIndex;
while (i < usLen)
{
iIndex = (ushort)(res[0] ^ pucFrame[i++]);
res[0] = (byte)(res[1] ^ aucCRCHi[iIndex]);
res[1] = aucCRCLo[iIndex];
}
return res;
}
首次进入 CRC16 校验方法中，i=0，再创建一个叫 res 的byte类型的数组[0xFF，0xFF]
每当 i<uslen，
iIndex = (ushort)(res[0] ^ pucFrame[i++]);将res[0]和pucFrame[i++]按位异或 例如：res[0] = 0xFF 和 pucFrame[0] = 0x01 按位异或
res[0] = (byte)(res[1] ^ aucCRCHi[iIndex]);将res[1]和aucCRCHi[iIndex]按位异或
...
首先创建一个叫 receive 的byte类型的数组
再将 length 转换成 byteLength 保存（这里的 length 转换成 byteLength 的意思是，要读取的线圈或者寄存器的长度转换成要来保存的字节长度）
进入 if 语句，判断条件是SendAndReceive函数，传入 SendCommand 列表和刚创建的byte类型的数组
private bool SendAndReceive(byte[] send, ref byte[] receive)
{
//加锁
hybirdLock.Enter();
try
{
//发送报文
this.serialPort.Write(send, 0, send.Length);
//定义一个Buffer
byte[] buffer = new byte[1024];
//定义一个内存
MemoryStream stream = new MemoryStream();
//定义一个开始时间
DateTime start = DateTime.Now;
//这么处理的原因是为了防止一次性读不完整
//循环读取缓冲区的数据，如果大于0，就读出来，放到内存里，如果等于0，说明就读完了
//如果每次都读不到，要设置一个超时时间
while (true)
{
Thread.Sleep(10);
if (this.serialPort.BytesToRead > 0)
{
int count = this.serialPort.Read(buffer, 0, buffer.Length);
stream.Write(buffer, 0, count);
}
else
{
if (stream.Length > 0)
{
break;
}
else if ((DateTime.Now - start).TotalMilliseconds > this.ReceiveTimeOut)
{
return false;
}
}
}
receive = stream.ToArray();
return true;
}
catch (Exception e)
{
return false;
}
finally
{
//解锁
hybirdLock.Leave();
}
}
发送传来的 SendCommand 列表，将数据写入串口的 输出缓冲区，定义一个buffer 作为临时缓冲区大小有 1024 个字节，定义一个内存流，定义一个开始时间
进入 while 循环，让当前线程暂停 10 毫秒后进入 if 循环，
- 判断
this.serialPort.BytesToRead > 0，BytesToRead是串口对象 (SerialPort) 的属性，表示当前 输入缓冲区中未读取的字节数。BytesToRead > 0表示缓冲区中有数据可读。 - 读取数据到
buffer：从串口输入缓冲区中读取最多buffer.Length字节（此处是 1024 字节）到buffer数组中，返回值保存在count中， 是实际读取的字节数 - 将有效数据写入内存流：
buffer是之前创建的临时缓存区，count表示本次读取的实际数据长度，因此只将buffer中前count个字节写入内存流 (MemoryStream)。
当输入缓冲区中没有未读取的字节数进入 else，进入 if 循环，
判断内存流中的数据长度是否大于 0（说明输入缓冲区中的字节数已经读取完），符合则 break 跳出去循环
else if 循环：
- 触发条件：
- 进入
else分支：表示当前串口缓冲区 没有数据可读（BytesToRead == 0）。 - 进一步检查 是否已超时：从开始等待到当前时刻的时间差超过
ReceiveTimeOut。 - 结果：若超时，直接返回
false，表示接收失败。
最后将写入到内存流的数据转换成数组保存在 receive 中
catch (Exception e) { return false; } 捕获所有异常：无论代码中抛出何种异常（如串口断开、数据格式错误等），都会被此 catch 块捕获。返回 false：发生异常时，方法直接返回 false，表示操作失败。
finally { hybirdLock.Leave(); } 始终执行：无论是否发生异常，finally 块中的代码 一定会执行。
进入 if 循环，判断返回来的 receive 中的 CRC 是否正确，并且 receive 的长度是否等于 5+ byteLength（）（为什么是 5？假如接收报文的格式是从站地址+功能码+字节计数+数据+CRC，那 CRC 占 2 个，站地址+功能码+字节计数三个，数据就是 byteLength 的长度）
private bool CheckCRC(byte[] value)
{
if(value == null) return false;
if(value.Length <= 2) return false;
int length = value.Length;
byte[] buf = new byte[length - 2];
Array.Copy(value, 0, buf, 0, buf.Length);
byte[] CRCbuf = CRC16(buf, buf.Length);
if (CRCbuf[0] == value[length - 2] && CRCbuf[1] == value[length - 1])
{
return true;
}
return false;
}
简单的来说，这 CheckCRC 的方法就是把 receive 中的 CRC 重新验算了一遍，并判断是否正确
...
进入 if 循环，判断 receive 数组中的第 1 个是否是站地址，第 2 个是否是功能码，第 3 个是否是字节计数，
创建一个叫 result 的字节类型数组，大小为 byteLength，
并将 receive 中的数组开始索引为 3 拷贝长度为 byteLength 个长度到 result 中，成功后返回
进入 if 循环，如果返回的 result 不为 null 则
AddLog（AddLog 中拼接字符串时用的转换方法是把字节数组转换成布尔数组，再把各种类型数组转换成字符串），
private void AddLog(int level, string info)
{
ListViewItem lst = new ListViewItem(" " + DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"),level);
lst.SubItems.Add(info);
//让最新的数据在最上面
this.lst_Info.Items.Insert(0, lst);
}
这个 AddLog 方法简单来说就是将 imageList 中的图片和时间拼接出来放在 ListView 控件中
最后跳出 switc case 循环
通用写入
用 05H 功能码预置单线圈（01 Coil Status/0x ）举例
跟通用读取对比，大致的思路相同，只记录不同之处
switch (storeArea)
{
case StoreArea.输出线圈0x:
bool[] values = BitLib.GetBitArrayFromBitArrayString(setValue);
if (values.Length == 1)
{
result = modbus.PreSetSingleCoil(devId, start, values[0]);
}
else
{
result = modbus.PreSetMultiCoils(devId, start, values);
}
break;
case StoreArea.输入线圈1x:
case StoreArea.输出寄存器4x:
case StoreArea.输入寄存器3x:
AddLog(1,"写入失败，不支持该存储区");
return;
}
在写入布尔的方法中BitLib.GetBitArrayFromBitArrayString(setValue)会将字符串按照指定的分隔符转换成布尔数组，将要写入的值转换成布尔值，如果要写入的值是一个就用写入单个线圈的方法，多个则用写入多个线圈的方法
进入PreSetSingleCoil的方法中，SendCommand.Add(value?(byte)0xFF:(byte)0x00);表示传进来的值如果是 true 就 0xFF 0x00 代表置位，如果不是就 0x00 0x00 代表复位
接下来是验证报文步骤里会有个ByteArrayEquals字节数组的对比方法
private bool ByteArrayEquals(byte[] b1, byte[] b2)
{
if(b1 == null || b2 == null) return false;
if (b1.Length != b2.Length) return false;
for (int i = 0; i < b1.Length; i++)
{
if (b1[i] != b2[i])
{
return false;
}
}
return true;
}
因为 05H 功能码预置单线圈中发送报文格式和接收报文的格式是相同的，所以我们要对比发送的报文和接收到的报文是否相同
通用写入-0FH 预置多线圈
预置多线圈说明需要写入多个值，所以使用PreSetMultiCoils预置多个线圈的方法
拼接报文的时候会用到GetByteArrayFromBoolArray这个方法将布尔数组转换成字节数组
private byte[] GetByteArrayFromBoolArray(bool[] value)
{
int byteLength = value.Length%8==0 ? value.Length / 8 : value.Length / 8 + 1;
byte[] result = new byte[byteLength];
for (int i = 0; i < result.Length; i++)
{
//获取每个字节的值
int total = value.Length < 8 * (i + 1) ? value.Length - 8 * i : 8;
for (int j = 0; j < total; j++)
{
result[i] = SetBitValue(result[i], j, value[8 * i + j]);
}
}
return result;
}
private byte SetBitValue(byte src, int bit, bool value)
{
return value ? (byte)(src | (byte)Math.Pow(2, bit)) : (byte)(src & ~(byte)Math.Pow(2, bit));
}
首先计算转换成字节数组所以要的容量大小，
然后在遍历字节数组的大小，在遍历 bool 数组计算 value 的大小，
通过SetBitValue方法将某个字节某个位置置位或复位
当 value == true：
Math.Pow(2, bit)计算2^bit，例如bit = 3时，Math.Pow(2, 3) = 8（即00001000）。(byte)Math.Pow(2, bit)变成byte类型，例如bit = 3时，它的二进制为00001000。src | (byte)Math.Pow(2, bit)用 按位或（OR） 操作，把bit位置 1。
示例：
src = 0b00000010 // 初始值
bit = 3 // 需要设置的位
// Math.Pow(2,3) 结果为 8，即 0b00001000
结果 = 0b00000010 | 0b00001000 = 0b00001010
当 value == false：
Math.Pow(2, bit)计算2^bit，例如bit = 3时，它的值是8，二进制00001000。~(byte)Math.Pow(2, bit)取反，比如00001000取反变成11110111。src & ~(byte)Math.Pow(2, bit)用 按位与（AND） 操作，把bit位置 0。
示例：