Modbus协议详解与案例演示

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Modbus RTU通讯协议在数据通讯上采用主从应答的方式进行。只能由主机（PC，HMI等）通过唯一从机地址发起请求，从机（终端设备）根据主机请求进行响应，即半双工通讯。该协议只允许主机发起请求，从机进行被动响应，因此从机不会主动占用通讯线路造成数据冲突。

类似Modbus RTU协议的主从应答协议还有西门子的PPI、电表常用的DL/T645-2007等协议。

一、协议格式

信息传输为异步方式，使用16进制进行通讯，信息帧格式：

地址码

地址码是每个通讯信息帧的第一个字节，一般支持1到247，部分设备也支持0地址，用于接收主机的广播数据，每个从机在总线上地址必须唯一，只有与主机发送的地址码相符的从机才能响应返回数据。

功能码

功能码是每个通讯信息帧的第二个字节。主机发送，通过功能码告知从机设备应当执行何种操作。

常见的八种功能码：

数据区

数据区随功能码以及数据方向的不同而不同，这些数据可以是“寄存器首地址+读取寄存器数量”、“寄存器地址+操作数据”、“寄存器首地址+操作寄存数量+数据长度+数据”等不同的组合，在“功能码分析”详解不同功能码的数据区。

Modbus CRC校验

Modbus RTU协议常用与工业现场对数据传输的稳定性和正确性有较高的要求，因此通过CRC校验保证数据传输的正确性和完整性。

二、错误反馈

地址与CRC校验错误并不会收到从机的数据反馈，其他错误将向主机返回错误码。数据帧的第二位加上0X80表示请求发生错误（非法功能码、非法数据值等），错误数据帧如下：

常见错误码如下：

三、通讯信息传输过程

通讯命令由主机发送从机时，与主机发送的地址码相符的从机接收通讯命令，如果CRC校验无误，则执行相应的操作，然后把执行结果（数据）返回给主机。返回信息中包含地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果地址不匹配或者CRC校验出错就不返回任何信息。

四、功能码分析

功能码01H：读线圈

例如：主机要读取从机地址为01H，起始线圈地址为00H的1个线圈状态，主机发送：

如果从机寄存器00H线圈闭合，从机返回：

仿真演示：

功能码05H：写单个线圈

例如：主机要控制从机地址为01H，线圈地址为0000H的线圈状态，主机发送：

从机返回与主机请求相同；

仿真演示：

功能码0FH：写多个线圈

例如：主机要控制从机地址为01H，起始线圈地址为00H的4个线圈状态，主机发送：

功能码0FH操作，从机返回：

仿真演示：

功能码02H：读离散输入

例如：主机要读取从机地址为01H，起始离散量地址为00H的4个输入状态，主机发送：

如果从机首地址00H开始的4离散输入全部检测到输入，从机返回：

仿真演示：

功能码04H：读取输入寄存器

例如：主机要读取从机地址为01H，起始寄存器地址为02H的1个输入寄存器数据，主机发送：

如果从机输入寄存器02H的数据为3344H，从机返回：

仿真演示：

功能码03H：读保持寄存器

例如：主机要读取从机地址为01H，起始寄存器地址为05H的2个保持寄存器数据，主机发送：

如果从机保持寄存器05H、06H的数据为1122H、3344H，从机返回：

仿真演示：

功能码06H：写单个保持寄存器

例如：主机写入9988H的数据给从机地址为01H，寄存器地址为0050H的寄存器，主机发送：

从机返回与主机请求相同；

功能码10H：写多个保持寄存器

例如：主机要把数据0005H、2233H保存到从机地址为01H，起始寄存器地址为0020H的2个寄存器中，主机发送：

功能码10H操作，从机返回：

仿真演示：