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1、第三章：以第三章：以 C+Builder 设计设计 Modbus 通信程序通信程序 本章提供于 Windows 操作系统设计 Modbus 通信程序所需的基本子程序，以 Borland C+Builder V5.0 所设计的 Sample Porgram 提供读者参考。所有原始档（source program）都存于随书赠送的光盘片内。读者必须了解通信程序是需要高度与操作系统的 API 相配合，各种资料型态的转换，Multi-Thread 的运用，时间的掌控等事项，以 C 语言为最适合的语言。1 基本子程序作成基本子程序作成 DLL 因为设计 Modbus 通信程序时，需要 RS232C 联机
2、、资料型式的转换、LRC、CRC 计算等功能。此方面以 C 语言设计才能达到所要的需求，故必须将这些基本功能设计成 DLL 的方式，让其它以 C+或 VB 设计的主程序更方便使用。以下列出各种子程序的说明及用法。以下子程序将设计成 MB_SUB.DLL，使用时必须存入 Windows 的系统目录内。1.1 RS232C 基本子程序基本子程序 Subroutine Name：BOOL seropen(int nPort,int nBaud,char parity,int data_bit,int stop_bit,int flow)Source Name：RS232_SUB.c Library
3、Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：Open COM port。Parameter 说明：int nPort：所要 open 的 port no.（例如：COM1 为 port=1）。int Baud：通信 baud rate（由 1200、2400、115200 等）。char parity：位检查（N:None、O：Odd、E：Even）。int data_bit:每个位 bits 数（7 or 8）。int stop_bit:每个位 stop bits（1 or 2）。int flow:设定 flow
4、 control（0:不要、1：要）。Return Code：true：设定正常。false：设定异常。处理说明：1：依据所设定的通信系数，open COM port。2：使用 CreateFile()、GetCommState()、SetCommState()、GetCommTimeouts()、SetCommTimeouts()等 RS232C 通信相关的Windows System API。使用例子：int port,baud,parity,data_bit,stop_bit,flow;BOOL rc;port=1;/COM1 port baud=19200;parity=N;data_
5、bit=8;stop_bit=1;flow=0;rc=seropen(port,baud,parity,data_bit,stop_bit,flow);Subroutine Name：BOOL serclose(int nPort)Source Name：RS232_SUB.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：Open COM port。Parameter 说明：int nPort：所要 close 的 port no.（例如：COM1 为 port=1）。Return Code：Tru
6、e：设定正常。false：设定异常。处理说明：1：close COM port。2：使用 CloseHandle()的 Windows System API。使用例子：int port,baud,parity,data_bit,stop_bit,flow;BOOL rc;port=1;/COM1 port rc=serclose(port);Subroutine Name：int serwrite(int nPort,char*data,int len)Source Name：RS232_SUB.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语
7、言：C+Builder V5.0 子程序说明：由 COM port 输出 n bytes data。parameter 说明：int nPort：所要输出的 port no.（例如：COM1 为 port=1）。char*data：所要输出的 data buffer area。int len:所要输出 data 的 byte 数。Return Code：所输出成功的 data byte 数。处理说明：1：依据所设定的 data，由指定 COM port 输出。2：使用 WriteFile()的 Windows System API。使用例子：int port,len,rc;char buff8
8、0;port=1;/COM1 port len=10;strcpy(buff,“ABCDEFGHIJ”);rc=serwrite(port,buff,len);Subroutine Name：BOOL sersend(int nPort,char Byte)Source Name：RS232_SUB.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：由 COM port 输出一个 byte data。parameter 说明：int nPort：所要输出的 port no.（例如：COM1 为 por
9、t=1）。char Byte：所要输出的 byte data。Return Code：True：输出正常。false：输出异常。处理说明：1：依据所设定的 byte，由指定 COM port 输出。2：使用 WriteFile()的 Windows System API。使用例子：int port;BOOL rc;char data;port=1;/COM1 port data=A;rc=sersend(port,data);Subroutine Name：short serrecv(int nPort)Source Name：RS232_SUB.c Library Name：MB_SUB.L
10、IB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：由 COM port 接收一个 byte data。parameter 说明：int nPort：所要接收的 port no.（例如：COM1 为 port=1）。Return Code：不为 1 时，表示接到 byte data 的值。-1：表示未接到任何 byte data 处理说明：1：依据所设定的 data，由指定 COM port 输出。2：使用 ReadFile()的 Windows System API。使用例子：int port;short ch;port=1;/COM1 port
11、 ch=serrecv(port);Subroutine Name：int serread(int nPort,void*buffer,int limit)Source Name：RS232_SUB.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：由 COM port 接收 n bytes data。Parameter 说明：int nPort：读取由 COM port 所接到的 data（例如：COM1 为port=1）。void buffer:接到 data 所存入的 buffer area。i
12、nt limit：最大读取数 Return Code：0：表示未接到任何 byte data。0：表示实际接到 byte data 数目。处理说明：1：依据所设定的 data，由指定 COM port 输出。2：使用 ReadFile()的 Windows System API。使用例子：int port,limit,rc;char buff80;port=1;/COM1 port limit=80;rc=serread(port,buff,limit);Subroutine Name：void serflush(int nPort)Source Name：RS232_SUB.c Librar
13、y Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：清空系统内 COM port 的 buffer area。parameter 说明：int nPort：所要清空的 port no.（例如：COM1 为 port=1）。Return Code：无 处理说明：1：使用 PurgeComm()的 Windows System API。使用例子：int port;port=1;/COM1 port ch=serrecv(port);Subroutine Name：int serloc(int nPort)Source Na
14、me：RS232_SUB.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：检查 COM port 输入 buffer 内，尚有几个 byte data 未被程序读取。Parameter 说明：int nPort：所要检查的 port no.（例如：COM1 为 port=1）。Return Code：输入 buffer 内 byte data 数。处理说明：1：使用 ClearCommError()的 Windows System API。使用例子：int port;int len;port=1;/
15、COM1 port len=serloc(port);1.2 LRC 及及 CRC Check 子程序子程序 Subroutine Name：void LRC_check(buff,len,chk)Source Name：Error_Check.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：计算 LRC ckeck code（2 ASCII code）。Parameter 说明：unsigned char*buff：所要计算的资料。int len:所要计算的资料长度 unsigned char*c
16、hk：计算结果存入位置。Return Code：无。处理说明：1：计算原理，详如第二章 2.3 节。使用例子：unsigned char buff80,chk2;int len;/由前面程序整理出 buff 内资料及长度 LRC_check(buff,len,chk);Subroutine Name：void CRC_check(buff,len,chk)Source Name：Error_Check.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：计算 CRC ckeck code（2 bytes
17、(8 bits)code）。Parameter 说明：unsigned char*buff：所要计算的资料。int len:所要计算的资料长度 unsigned char*chk：计算结果存入位置。Return Code：无。处理说明：1：计算原理，详如第二章 2.3 节。使用例子：unsigned char buff80,chk2;int len;/由前面程序整理出 buff 内资料及长度 CRC_check(buff,len,chk);Subroutine Name：void CRC_calc(c,crc)Source Name：Error_Check.c Library Name：MB_
18、SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：计算 CRC 一个 byte，与 CRC_check 配合使用。Parameter 说明：unsigned char c：所要计算的资料。unsigned short*crc：CRC 计算暂存值。Return Code：无。处理说明：1：计算原理，详如第二章 2.3 节。使用例子：1.3 时间及资料转换子程序时间及资料转换子程序 Subroutine Name：int tsleep(interval)Source Name：winsys.c Library Name：MB_SUB.LIB
19、、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：程序暂停。para.说明：long interval：暂停时间,单位 millsecond.。Return Code：-1：异常 0：正常 处理说明：1：以 Windows System API Sleep()设定暂停时间。2：程序会暂停等待该 interval 后 return。使用例子：long interval;interval=20000;/暂停 20 秒。tsleep(interval);Subroutine Name：int get_date_time(year,month,day,hou
20、r,minute,second,msec,week)Source Name：winsys.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：取入系统日期时间。para.说明：short*year：公元年(4 位数)。short*month：月。short*day：日。short*hour：时。short*minute：分。short*second：秒。short*msec：milliseconds。short*week：星期。Return Code：-1：异常 0：正常 处理说明：1：以 Window
21、s System API GetLocalTime()取入日期时间。使用例子：short year,month,day,hour,minute,second,msec,week;get_date_time(&year,&month,&day,&hour,&minute,&second,&msec,&week);Subroutine Name：int set_date_time(year,month,day,hour,minute,second)Source Name：winsys.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Buil
22、der V5.0 子程序说明：设定系统日期时间。para.说明：short year：公元年(4 位数)。short month：月。short day：日。short hour：时。short minute：分。short second：秒。Return Code：-1：异常 0：正常 处理说明：1：以 Windows System API SetLocalTime()设定日期时间。使用例子：short year,month,day,hour,minute,second;year=1997;month=12;day=30;hour=8;minute=59;second=0;set_date_
23、time(year,month,day,hour,minute,second);Subroutine Name：itascxr(data,n,buf)Source Name：Error_check.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：将 16 bits 整数转换成靠右的十六进制（Hex.）ASCII code 字符串。Parameter 说明：unsigned short data：所要转换整数。short n：所要转换后 HEX 位数。char buf：转换后 HEX 存放 Buffe
24、r。Return Code：0：设定正常。-1：所转换位数超过 n 值。处理说明：1：依 16 bits 整数型式转换数值成 HEX 字符串。2：将转换结果填入 buf 内。3：如果位数超过则填入*。4：如果 N data HEX 长度则超过部份，分成两种情形处理，当 N 为正数以空白存入，当 N 为负数以 ASCII Code 0存入。详见使用例子说明。使用例子：unsigned short data;short n;char buff10;data=1234;n=4;itascxr(data,n,buff);/转换后 buff 存入字符串为 4D2，其中 buff0是存入空白ASCII C
25、ode data=1234;n=-4;itascxr(data,n,buff);/转换后 buff 存入字符串为 04D2，其中 buff0是存入 0ASCII Code Subroutine Name：ascxti(buf,n,data)Source Name：Error_Check.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：将十六进制 ASCII Code 字符串转换成 16 bits 整数。para.说明：char buf：要转换的 HEX 字符串。short n：要转换的 HEX 字符
26、串位数。unsigned short*data：转换后 16 bits 整数存放位置。Return Code：0：转换正常。-1：非十六进制 ASCII Code 字符串。-2：Overflow 处理说明：1：将 HEX 字符串依 16 bits 整数型式转换成数值。使用例子：unsigned short data;short n,rc;char buff10;strcpy(buff,“012A”,4);n=4;ascxti(buff,n,&data);/转换后 data 值为 298(十进制)strcpy(buff,“ST34”,4);n=4;rc=ascxti(buff,4,&data);
27、/因为含有非十六进制的 ASCII Code 字符串，转换后 rc 值为-1 Subroutine Name：bitrd(data,top,end)Source Name：Error_Check.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：读取 data 变量某几个 bit 值。para.说明：unsigned short*data：要读取 bit 数值之变量。short top：起始 Bit No.(0-15,由右边算起)。short end：终止 Bit No.(0-15,由右边算起)。Re
28、turn Code：所读取的数值 处理说明：1：将由 top 至 end 位置之 Bit 数值取入右移后回传。使用例子：data=0 x01F0;I=bitrd(&data,1,5);则 i=24 Subroutine Name：bitwt(data1,top,end,data2)Source Name：Error_Check.c Library Name：MB_SUB.LIB、MB_SUB.DLL、MB_SUB.h 设计语言：C+Builder V5.0 子程序说明：写入一数值于 data1 变量内某几个 bit 位置。para.说明：unsigned short*data1：被写入 bit
29、 数值之变量。short top：起始 Bit No.(0-15,由右边算起)。short end：终止 Bit No.(0-15,由右边算起)。short data2：所要写入用的数值。Return Code：均为正常 处理说明：1：将 data1 由 top 至 end 位置之 Bit 以 data2 数值写入。使用例子：2 Borland C+Builder 5.0 设计设计 Modbus 通信程序通信程序 2.1 Utility 通信程序基本操作及功能通信程序基本操作及功能 此 Utility 通信程序设计成 Modbus Master 及 Slave 两种角色，安装于PC后使用RTU
30、、ASCII、TCP等三种资料格式通信，所以可以连接Modbus Slave 设备。例如：Modicon PLC、Modbus 电表、温度表.等等。又同时仿真 Slave Server 功能，与监控系统的 Modbus Master Driver 通信，提供 Modbus Relay/Register 资料，如同连接实际的 Modbus 设备一样。这是一条很好的 Modbus 联机测试程序，先将主要功能如下所列：?Modbus Master 使用 1、2、3、4 等四种 Function Code，读取Relay 及 Register 资料。使用 5、6 等两种 Function Code，可
31、以做单点设定（写入）Relay 及 Register 资料。?Modbus Slave 功能接收 1、2、3、4、5、6、15、16 等两种 Function Code。提供 Output Coil、Input Relay、Holding Register、Input Register 等四种信号资料。?Modbus Slave 各种信号最大点数如下。每一信号点都可以设定数值，如此与监控系统连接时，可以仿真各种状况，非常方便。?Output Coil 1024 点。?Input Relay 1024 点?Holding Register 1024 点?Input Register 1024 点
32、?Modbus Master/Slave 都具有 Modbus RTU、ASCII 及Modbus/TCP 等三种通信格式。?共有 Master RTU、Master ASCII、Master TCP、Slave RTU、Slave ASCII、Slave TCP 等六种画面分别执行一种 Modbus 通信方式。画面使用 Multi-Document 的方式，六个画面可以同时使用。每个画面都提供通信系数设定、信号点变量等各自分别使用，互不干扰。?通信的 Message 及异常讯息实时显示，由此可以推定出通信问题的所在。图(3-1)：Utility 主画面 Menu 功能：主画面显示区讯息显示?
33、MasterMaster RTU：激活 Modbus Master RTU type 操作画面。?MasterMaster ASCII：激活 Modbus Master ASCII type 操作画面。?MasterMaster TCP：激活 Modbus/TCP Master type 操作画面。?MasterExit：Utility 程序停止。?SlaveSlave RTU：激活 Modbus Slave RTU type 操作画面。?SlaveSlave ASCII：激活 Modbus Slave ASCII type 操作画面。?SlaveSlave TCP：激活 Modbus/TCP
34、 Slave type 操作画面。?WindowsCascade：将 Multi-Document 画面变成重迭方式排列。?WindowsTite Horizontally：将 Multi-Document 画面变成水平方式排列。?WindowsTite Vertically：将 Multi-Document 画面变成垂直方式排列。?About：显示本程序的基本信息。图(3-2)：Multi-Document 画面画面显示 图(3-3)：Master RTU 通信操作画面 Master RTU 通信操作画面内各种字段使用说明如下：?Port Define Button：进入 RS232C 通信
35、系数设定画面。设定 baud rate、parity、data bits、stop bits 等。并且选择所要使用的 COM Port。选择完成后，结果显示于 Button 下方的讯息字段。?Open Button：Open COM Port。?Close Button：Close COM Port?Function Code：选择 Output Coil、Input Relay、Holding Register、Input Register 等四种信号种类。?Modbus Device Address：所要联机的 Modbus Slave Address。必须于 1 247 之间。?Regi
36、ster/Relay Address：所要通信的起始位置。必须于 1 9999之间。?Communication Words/Bits：一次可以读取的最大量。Register 为 120 words，Relay 为 1920 bits。?Send command Button：当 Modbus Query Command 系数设定完成后，以此 Button 将此 Query Message 送出。结果会显示于下方表格内。?Set data value Button：当 Query Message 通信正常，信号资料显示于下方表格内后。以 Mouse 选取一个信号数据域位，按此 Button会显
37、示一个Set Data valueDialog Box，设定信号资料完成后，转换成Query Command通信传出，将此数值写入外部Modbus Slave Device 上。如果直接以 Mouse Double click 某一个信号数据域位，也可以达到相同的功能。图(3-4)：信号数值设定画面(Relay 部份)图(3-5)：信号数值设定画面(Register 部份)，有 Decimal 及 Hex.两种资料格式 图(3-6)：Master RTU 通信完成显示画面(Relay 部份)图(3-7)：Master RTU 通信完成显示画面(Register 部份)图(3-8)：RS232C
38、 通信系数设定画面 通信系数设定画面内各种字段使用说明如下：?COM Port：所要定义的 COM Port。可选择 COM1 COM8。?Baud Rate：1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200等。?Parity：None、Odd、Even 等?Data Bit：7、8 等?Stop Bit：1、2 等?Used COM Port：选择所要使用的 COM Port。图(3-9)：Master ASCII 通信操作画面 Master ASCII 通信操作画面内各种字段使用方式，与 Master RTU 只有信号的通信点数不一样外，其它完全相同
39、。?Communication Words/Bits：一次可以读取的最大量。Register 为 60 words，Relay 为 960 bits。最大量不一样的原因是：Modbus Message最多为 256 bytes，扣除每条 Message 内的基本 Header 资料外，约有 240 bytes 可用来表示信号值等。图(3-10)：Master TCP 通信操作画面 Master TCP 通信操作画面内各种字段使用方式，与 Master TCP 只有使用 COM Port 与 TCP/IP Port 用法不一样外，其它完全相同。?Open Button：Connect Remot
40、e Modbus Slave Server。?Close Button：Disconnect Remote Modbus Slave Server。?IP Address：Remote Modbus Slave Server IP Address。?Port No.：Remote Modbus Slave Server TCP Port No.。预设为 502。?Modbus Device Address：所要联机的 Modbus Slave Address。必须于 1 247 之间。?Register/Relay Address：所要通信的起始位置。必须于 1 9999之间。?Communi
41、cation Words/Bits：一次可以读取的最大量。Register 为 120 words，Relay 为 1920 bits。图(3-11)：Slave RTU 通信操作画面 Slave Server RTU 通信操作画面内各种字段使用方式说明：?Port Define Button：进入 RS232C 通信系数设定画面。设定 baud rate、parity、data bits、stop bits 等。并且选择所要使用的 COM Port。选择完成后，结果显示于 Button 下方的讯息字段。?Open Server Button：Open COM Port。开始等待外部 Quer
42、y Message的传入。?Close Server Button：Close COM Port。停止接收外部 Query Message。?内部信号的使用方式：Output Coil、Input Relay、Hodling Register、Input Register等四种信号各显示于下方四个Page画面内。当Mouse Double click 某一个信号数值字段时，显示Set Relay/Register ValueDialog Box，做信号数值的设定。?当与外部 Modbus Master Driver 联机要求信号资料时，Slave Server就以目前所显示的值转成 Respo
43、nse Message 响应。如此可以依据实际需要，设定各点信号数值，达到仿真实际 Modbus Device 的效果。图(3-12)：Slave Server 信号数值设定画面(Relay 部份)图(3-13)：Slave Server 信号数值设定画面(Relay 部份)，有 Decimal 及 Hex.两种资料格式 图(3-14)：Slave ASCII 通信操作画面 Slave Server ASCII 通信操作画面内各种字段使用方式说明与 Slave Server RTU 完全相同。图(3-15)：Slave TCP 通信操作画面 Slave Server TCP 通信操作画面内各种
44、字段使用方式说明与 Slave Server RTU 大致相同。只是 Open/Close 的是 TCP/IP 的通信 Port 而不是 COM Port。所有画面的通信异常处理：RS232C 或网络线路不正常、Modbus Slave设备未开机，所指定的 Modbus Address 或 IP Address 不存在等状况。程序都会显示异常讯息。例如：RS232C time out error、TCP connect error rtc=10060等。2.2 Utility 实际操作与功能展示实际操作与功能展示 藉由下面一个测试架构来说明此 Utility 的正确使用方式，也希望先让读者对于
45、 Modbus 通信有一个基本的体会，才能够了解下面更精彩的程序。因为通信程序是牵连两端的系统，常常因为不知道何端错误，造成通信不通。读者由此测试步骤了解通信的第一步，然后才能谈到实际的运用。图(3-16)：Utility 功能展示架构图 依照上一章节说明的基本操作，做下表各项目操作，并确认结果。项目 操作说明 结果确认 系数设定 PC-1 Master RTU：以Port Define Button，使用 COM1 19200 N 8 1。画面所显示的通信是否正确 PC-1 Master ASCII：以Port Define Button，使用 COM2 9600 O 7 1。同上 PC-2
46、 Slave RTU：以Port Define Button，使用 COM1 19200 N 8 1。同上 PC-2 Slave RTU：以Port Define Button，使用 COM2 9600 O 7 1。同上 Open Port 按下 PC-1 Master RTU and Master ASCII Open Button。Close Button 变成可以操作 第二台 PC 安装 Modbus_Tool程序后，激活 Slave RTU 及Slave ASCII 画面，将此 PC 当Slave Server 角色，如同外部的Modbus Device。第一台 PC 安装 Modbu
47、s_Tool程序后，激活 Master RTU 及Master ASCII 画面，将此 PC当做对外要求资料的角色 按下 PC-2 Master RTU and Master ASCII Open Button。同上 设定 SlavePC端的信号数值 于 PC-2 Slave RTU and Slave ASCII 画面上设定任意数个 Relay/Register 信号数值。此数值将可以被 Master 所读取。所设定数值是否显示于画面上。Master读取信号 PC-1 Master RTU 选取 Function Code，设定 Modbus device，Relay/Register Ad
48、dress、Communication Words/Bits 等系数，然后按 Send command Button 开始通信读取。注意：Relay/Register 要为上一项 Slave所设定范围内，如此才可以看到信号数值而不是全部都是 0。PC-1 画面显示 Query Message and Response Message，并且显示资料内容。PC-2 Slave RTU 画面显示Query Message and Response。对照此两者内容是否正确。PC-1 Master ASCII 选取 Function Code，设 定Modbus device，Relay/Registe
49、r Address、Communication Words/Bits 等系数，然后按 Send command Button 开始通信读取。注意：Relay/Register 要为上一项 Slave所设定范围内，如此才可以看到信号数值而不是全部都是 0。PC-1 画面显示 Query Message and Response Message，并且显示资料内容。PC-2 Slave ASCII 画面显示Query Message and Response。对照此两者内容是否正确。Master写入信号 PC-1 Master RTU 已经显示读取资料。将Mouse 点取某一个信号字段，然后按Set
50、 data value，显示信号值设定画面，输入数值后按 OK。PC-1 画面显示 Query Message and Response Message，并且显示资料内容。PC-2 Slave RTU 画面显示Query Message and Response。同时此值也写入信号数值表内。对照此两者内容是否正确。PC-1 Master ASCII 已经显示读取资料。将 Mouse 点取某一个信号字段，然后按Set data value，显示信号值设定画面，输入数值后按 OK。PC-1 画面显示 Query Message and Response Message，并且显示资料内容。PC-2