7.1 Modbus寄存器类型回顾

在Modbus协议中，从设备通过四种类型的寄存器来暴露数据，每种寄存器有特定的访问属性和用途：

寄存器种类	PLC/组态地址	Modbus寄存器地址范围	简称	读写状态	数据宽度	典型用途
线圈状态	00001~09999	0000H~FFFFH	0x	可读可写	1位	开关输出（继电器、LED）
离散输入状态	10001~19999	0000H~FFFFH	1x	只读	1位	开关输入（按键、传感器状态）
输入寄存器	30001~39999	0000H~FFFFH	3x	只读	16位	模拟量输入（温度、湿度、电压）
保持寄存器	40001~49999	0000H~FFFFH	4x	可读可写	16位	参数设置、控制输出

注意：Modbus协议中地址从0开始，但PLC组态地址通常从1开始编号，且前导数字表示类型。例如：40001对应保持寄存器地址0x0000。

7.2 传感器点表设计思路

点表（Point Map）是从设备将内部数据映射到Modbus寄存器地址的规划表。设计点表时，需要考虑以下因素：

1. 数据类型：确定每个数据是位（布尔）还是16位整数（或浮点数拆分到多个寄存器）。

2. 访问权限：哪些数据只读（传感器值），哪些可读写（控制参数）。

3. 地址分配：合理规划地址范围，避免冲突，方便扩展。

4. 单位与精度：明确数值的物理含义（如温度0.1°C，湿度0.01%等）。

5. 硬件资源对应：将物理输入/输出与寄存器位一一对应。

7.3 开发板硬件资源分析

以提供的开发板图片为例，硬件资源包括：

• 温湿度模块：模拟量传感器，输出温度和湿度值（通常通过I2C或单总线读取，但Modbus需要将其转换为寄存器值）。

• 用户按键：3个独立按键，可作为离散输入。

• 用户LED：4个独立LED，可作为线圈输出控制。

• 有源蜂鸣器：可通过线圈控制鸣响。

• RS485接口：用于Modbus RTU通信。

• 其他：复位按键、启动模式、电源等。

7.4 点表设计示例

假设我们要为这个开发板设计Modbus从设备点表，需要定义以下数据：

7.4.1 离散输入（只读位）—— 对应物理按键

地址（PLC）	Modbus地址	简称	名称	说明
10001	0x0000	1x1	按键1状态	0=未按下，1=按下
10002	0x0001	1x2	按键2状态	同上
10003	0x0002	1x3	按键3状态	同上

7.4.2 线圈（可读写位）—— 控制LED和蜂鸣器

地址（PLC）	Modbus地址	简称	名称	说明
00001	0x0000	0x1	LED1控制	0=灭，1=亮
00002	0x0001	0x2	LED2控制	同上
00003	0x0002	0x3	LED3控制	同上
00004	0x0003	0x4	LED4控制	同上
00005	0x0004	0x5	蜂鸣器控制	0=关，1=开

7.4.3 输入寄存器（只读16位）—— 传感器数据

地址（PLC）	Modbus地址	简称	名称	数据类型	单位	说明
30001	0x0000	3x1	温度值	uint16_t	0.1°C	实际温度 = 寄存器值 × 0.1
30002	0x0001	3x2	湿度值	uint16_t	0.01%	实际湿度 = 寄存器值 × 0.01

7.4.4 保持寄存器（可读写16位）—— 参数设置

地址（PLC）	Modbus地址	简称	名称	数据类型	单位	说明
40001	0x0000	4x1	温度报警阈值	uint16_t	0.1°C	当温度超过此值时触发报警
40002	0x0001	4x2	湿度报警阈值	uint16_t	0.01%	当湿度超过此值时触发报警
40003	0x0002	4x3	设备地址	uint16_t	-	Modbus从站地址（1~247）
40004	0x0003	4x4	波特率	uint16_t	-	可选值：0=9600,1=19200,...

7.5 点表在代码中的实现（libmodbus）

在libmodbus从设备中，我们需要使用modbus_mapping_t结构体来定义点表对应的内存区域。

// 定义存储数组
// 线圈：5个（LED1~4 + 蜂鸣器）
uint8_t coil_tab[1];  // 1字节即可存放8个线圈，但为了清晰可用数组

// 离散输入：3个按键
uint8_t discrete_input_tab[1];

// 输入寄存器：2个（温度、湿度）
uint16_t input_reg_tab[2];

// 保持寄存器：4个（阈值、地址、波特率）
uint16_t holding_reg_tab[4];

// 创建映射结构体
modbus_mapping_t *mb_mapping;

// 初始化映射
mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(
    0, 5,           // 线圈起始地址0，数量5
    0, 3,           // 离散输入起始地址0，数量3
    0, 2,           // 输入寄存器起始地址0，数量2
    0, 4            // 保持寄存器起始地址0，数量4
);

// 将内存指针指向实际存储数组
mb_mapping->tab_bits = coil_tab;
mb_mapping->tab_input_bits = discrete_input_tab;
mb_mapping->tab_input_registers = input_reg_tab;
mb_mapping->tab_registers = holding_reg_tab;

// 初始化默认值
coil_tab[0] = 0;  // 所有LED关闭
discrete_input_tab[0] = 0;
input_reg_tab[0] = 250;  // 25.0°C
input_reg_tab[1] = 5000; // 50.00%
holding_reg_tab[0] = 300; // 30.0°C报警
holding_reg_tab[1] = 8000; // 80.00%报警
holding_reg_tab[2] = 1;    // 地址1
holding_reg_tab[3] = 0;    // 波特率9600

7.6 物理量与寄存器值的转换

7.6.1 温度转换

假设温湿度传感器返回真实温度 = 25.3°C，采用0.1°C单位：

// 写入输入寄存器
input_reg_tab[0] = (uint16_t)(temperature * 10); // 253

当主设备读取30001时，得到值253，实际温度 = 253 × 0.1 = 25.3°C。

7.6.2 湿度转换

湿度真实值 = 45.67%，采用0.01%单位：

input_reg_tab[1] = (uint16_t)(humidity * 100); // 4567

7.7 从设备主循环处理

在从设备主循环中，需要不断更新只读寄存器（输入寄存器、离散输入）的值，并根据线圈状态控制硬件。

int main(void)
{
    modbus_t *ctx;
    modbus_mapping_t *mb_mapping;
    uint8_t req[MODBUS_RTU_MAX_ADU_LENGTH];
    int rc;

    // 初始化串口等硬件
    // ...

    // 创建Modbus RTU上下文
    ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyS0", 9600, 'N', 8, 1);
    modbus_set_slave(ctx, 1);  // 从站地址1

    // 创建数据映射（假设已经分配好存储数组）
    mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(0,5, 0,3, 0,2, 0,4);
    mb_mapping->tab_bits = coil_tab;
    mb_mapping->tab_input_bits = discrete_input_tab;
    mb_mapping->tab_input_registers = input_reg_tab;
    mb_mapping->tab_registers = holding_reg_tab;

    // 连接
    modbus_connect(ctx);

    while (1) {
        // 1. 更新物理输入（按键状态）
        discrete_input_tab[0] = read_button1();
        discrete_input_tab[1] = read_button2();
        discrete_input_tab[2] = read_button3();

        // 2. 更新传感器数据（温度、湿度）
        float temp = read_temperature();
        float hum = read_humidity();
        input_reg_tab[0] = (uint16_t)(temp * 10);
        input_reg_tab[1] = (uint16_t)(hum * 100);

        // 3. 根据线圈状态控制输出
        if (coil_tab[0] & 0x01) set_led1(1); else set_led1(0);
        if (coil_tab[0] & 0x02) set_led2(1); else set_led2(0);
        if (coil_tab[0] & 0x04) set_led3(1); else set_led3(0);
        if (coil_tab[0] & 0x08) set_led4(1); else set_led4(0);
        if (coil_tab[0] & 0x10) set_buzzer(1); else set_buzzer(0);

        // 4. 接收Modbus请求并回复
        rc = modbus_receive(ctx, req);
        if (rc > 0) {
            modbus_reply(ctx, req, rc, mb_mapping);
        } else if (rc == -1) {
            // 错误处理
            break;
        }
    }

    // 清理
    modbus_mapping_free(mb_mapping);
    modbus_close(ctx);
    modbus_free(ctx);
    return 0;
}

7.8 点表设计的进阶考虑

7.8.1 多字节数据（如浮点数）

如果传感器输出浮点数，可以用两个连续的保持寄存器组合成32位数据（例如IEEE754格式）。主设备需按相同格式解析。

7.8.2 地址对齐与扩展

建议在点表中预留一些空地址，方便后续功能添加。例如，线圈从0x00开始，离散输入从0x20开始，输入寄存器从0x40开始，保持寄存器从0x60开始，避免重叠。

7.8.3 异常处理

设计点表时要考虑非法地址访问时的异常响应，从设备应返回异常码0x02（非法数据地址）。

7.8.4 广播地址支持

如果需要支持广播（地址0），则从设备应处理写操作但不回复响应。

7.9 调试与测试点表

使用Modbus主站软件（如Modbus Poll）测试点表：

1. 读离散输入：检查按键状态是否正确。

2. 读输入寄存器：检查温湿度值是否合理。

3. 写线圈：控制LED亮灭，验证输出。

4. 写保持寄存器：修改报警阈值，再读取确认。

7.10 本章核心知识点总结

1. 四种寄存器类型：线圈（0x）、离散输入（1x）、输入寄存器（3x）、保持寄存器（4x）。

2. 点表设计步骤：列出所有数据→确定类型→分配地址→定义单位精度→编码实现。

3. 物理量与寄存器转换：使用缩放因子（如×10、×100）将浮点转为整数。

4. 从设备程序结构：更新输入数据→接收请求→处理请求→回复。

5. 硬件对应：线圈→输出（LED、蜂鸣器）；离散输入→输入（按键）；输入寄存器→传感器值；保持寄存器→参数设置。

6. 注意事项：地址范围、字节序、异常处理、广播地址。