Modbus通訊協(xié)議詳解
Modbus RTU通訊協(xié)議在數(shù)據(jù)通訊上采用主從應(yīng)答的方式進行。只能由主機（PC，HMI等）通過唯一從機地址發(fā)起請求，從機（終端設(shè)備）根據(jù)主機請求進行響應(yīng)，即半雙工通訊。該協(xié)議只允許主機發(fā)起請求，從機進行被動響應(yīng)，因此從機不會主動占用通訊線路造成數(shù)據(jù)沖突。
類似Modbus RTU協(xié)議的主從應(yīng)答協(xié)議還有西門子的PPI、電表常用的DL/T645-2007等協(xié)議。
信息傳輸為異步方式，使用16進制進行通訊，信息幀格式：
地址碼 | 功能碼 | 數(shù)據(jù)區(qū) | CRC校驗碼 |
1字節(jié) | 1字節(jié) | N字節(jié) | 2字節(jié) |
地址碼是每個通訊信息幀的第一個字節(jié)，一般支持1到247，部分設(shè)備也支持0地址，用于接收主機的廣播數(shù)據(jù)，每個從機在總線上地址必須唯一，只有與主機發(fā)送的地址碼相符的從機才能響應(yīng)返回數(shù)據(jù)。
功能碼是每個通訊信息幀的第二個字節(jié)。主機發(fā)送，通過功能碼告知從機設(shè)備應(yīng)當(dāng)執(zhí)行何種操作。
常見的八種功能碼：
功能碼 | 定義 | 操作 |
01H | 讀取線圈 | 讀取一個或多個連續(xù)線圈狀態(tài) |
05H | 寫單個線圈 | 操作指定位置的線圈狀態(tài) |
0FH | 寫多個線圈 | 操作多個連續(xù)線圈狀態(tài) |
02H | 讀取離散量輸入 | 讀取一個或多個連續(xù)離散輸入狀態(tài) |
04H | 讀取輸入寄存器 | 讀取一個或多個連續(xù)輸入寄存器數(shù)據(jù) |
03H | 讀保持寄存器 | 讀取一個或多個保持寄存器數(shù)據(jù) |
06H | 寫單個保持寄存器 | 把兩個十六進制數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)位置 |
10H | 寫多個保持寄存器 | 把4*N個十六進制數(shù)據(jù)寫入N個連續(xù)保持寄存器 |
數(shù)據(jù)區(qū)
數(shù)據(jù)區(qū)隨功能碼以及數(shù)據(jù)方向的不同而不同，這些數(shù)據(jù)可以是“寄存器首地址+讀取寄存器數(shù)量”、“寄存器地址+操作數(shù)據(jù)”、“寄存器首地址+操作寄存數(shù)量+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)”等不同的組合，在“功能碼分析”詳解不同功能碼的數(shù)據(jù)區(qū)。
Modbus RTU協(xié)議常用與工業(yè)現(xiàn)場對數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和正確性有較高的要求，因此通過CRC校驗保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。
地址與CRC校驗錯誤并不會收到從機的數(shù)據(jù)反饋，其他錯誤將向主機返回錯誤碼。數(shù)據(jù)幀的第二位加上0X80表示請求發(fā)生錯誤（非法功能碼、非法數(shù)據(jù)值等），錯誤數(shù)據(jù)幀如下：
地址碼 | 功能碼 | 錯誤碼 | CRC校驗碼 |
1字節(jié) | 1字節(jié) | 1字節(jié) | 2字節(jié) |
常見錯誤碼如下：
值 | 名稱 | 說明 |
01H | 非法的功能碼 | 不支持該功能碼操作寄存器 |
02H | 非法的寄存器地址 | 訪問設(shè)備禁止訪問的寄存器 |
03H | 非法的數(shù)據(jù)值 | 寫入不支持的參數(shù)值 |
04H | 從機故障 | 設(shè)備工作異常 |
通訊命令由主機發(fā)送從機時，與主機發(fā)送的地址碼相符的從機接收通訊命令，如果CRC校驗無誤，則執(zhí)行相應(yīng)的操作，然后把執(zhí)行結(jié)果（數(shù)據(jù)）返回給主機。返回信息中包含地址碼、功能碼、執(zhí)行后的數(shù)據(jù)以及CRC校驗碼。如果地址不匹配或者CRC校驗出錯就不返回任何信息。
例如：主機要讀取從機地址為01H，起始線圈地址為00H的1個線圈狀態(tài)，主機發(fā)送：
主機發(fā)送 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 01 | |
起始線圈地址 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 00 | |
線圈數(shù)量 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 01 | |
CRC校驗 | 低字節(jié) | FD |
高字節(jié) | CA | |
如果從機寄存器00H線圈閉合，從機返回：
從機返回 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 01 | |
字節(jié)數(shù) | 01 | |
線圈狀態(tài) | 01 | |
CRC校驗碼 | 低字節(jié) | 90 |
高字節(jié) | 48 | |
仿真演示：
例如：主機要控制從機地址為01H，起始線圈地址為00H的4個線圈狀態(tài)，主機發(fā)送：
主機發(fā)送 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 0F | |
起始線圈地址 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 00 | |
線圈數(shù)量 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 04 | |
寫入字節(jié)數(shù) | 01 | |
控制方式 | 00(全部斷開)、0F(全部閉合) | |
CRC校驗 | 低字節(jié) | XX |
高字節(jié) | XX | |
功能碼0FH操作，從機返回：
從機返回 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 0F | |
起始線圈地址 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 00 | |
線圈數(shù)量 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 04 | |
CRC校驗 | 低字節(jié) | 54 |
高字節(jié) | 08 | |
仿真演示：
例如：主機要讀取從機地址為01H，起始離散量地址為00H的4個輸入狀態(tài)，主機發(fā)送：
主機發(fā)送 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 02 | |
起始離散量地址 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 00 | |
讀取數(shù)量 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 04 | |
CRC校驗 | 低字節(jié) | 79 |
高字節(jié) | C9 | |
如果從機首地址00H開始的4離散輸入全部檢測到輸入，從機返回：
從機返回 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 02 | |
字節(jié)數(shù) | 01 | |
離散輸入狀態(tài) | 0F | |
CRC校驗碼 | 低字節(jié) | E1 |
高字節(jié) | 8C | |
仿真演示：
例如：主機要讀取從機地址為01H，起始寄存器地址為02H的1個輸入寄存器數(shù)據(jù)，主機發(fā)送：
主機發(fā)送 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 04 | |
起始寄存器地址 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 02 | |
寄存器數(shù)量 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 01 | |
CRC校驗 | 低字節(jié) | 90 |
高字節(jié) | 0A | |
如果從機輸入寄存器02H的數(shù)據(jù)為3344H，從機返回：
從機返回 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 04 | |
字節(jié)數(shù) | 02 | |
寄存器05H數(shù)據(jù) | 高字節(jié) | 33 |
低字節(jié) | 44 | |
CRC校驗碼 | 低字節(jié) | AD |
高字節(jié) | F3 | |
仿真演示：
例如：主機要讀取從機地址為01H，起始寄存器地址為05H的2個保持寄存器數(shù)據(jù)，主機發(fā)送：
主機發(fā)送 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 03 | |
起始寄存器地址 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 05 | |
寄存器數(shù)量 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 02 | |
CRC校驗 | 低字節(jié) | D4 |
高字節(jié) | 0A | |
如果從機保持寄存器05H、06H的數(shù)據(jù)為1122H、3344H，從機返回：
從機返回 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 03 | |
字節(jié)數(shù) | 04 | |
寄存器05H數(shù)據(jù) | 高字節(jié) | 11 |
低字節(jié) | 22 | |
寄存器06H數(shù)據(jù) | 高字節(jié) | 33 |
低字節(jié) | 44 | |
CRC校驗碼 | 低字節(jié) | 4B |
高字節(jié) | C6 | |
仿真演示：
例如：主機寫入9988H的數(shù)據(jù)給從機地址為01H，寄存器地址為0050H的寄存器，主機發(fā)送：
主機發(fā)送 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 06 | |
寄存器地址 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 50 | |
寫入值 | 高字節(jié) | 99 |
低字節(jié) | 88 | |
CRC校驗 | 低字節(jié) | E3 |
高字節(jié) | ED | |
從機返回與主機請求相同；
例如：主機要把數(shù)據(jù)0005H、2233H保存到從機地址為01H，起始寄存器地址為0020H的2個寄存器中，主機發(fā)送：
主機發(fā)送 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 10 | |
起始寄存器地址 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 20 | |
寄存器數(shù)量 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 02 | |
寫入字節(jié)數(shù) | 04 | |
0000H 寄存器待寫入 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 05 | |
0001H 寄存器待寫入 | 高字節(jié) | 22 |
低字節(jié) | 33 | |
CRC校驗 | 低字節(jié) | B9 |
高字節(jié) | 03 | |
功能碼10H操作，從機返回：
從機返回 | 發(fā)送數(shù)據(jù)（HEX） | |
地址碼 | 01 | |
功能碼 | 10 | |
起始寄存器地址 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 20 | |
寄存器數(shù)量 | 高字節(jié) | 00 |
低字節(jié) | 02 | |
CRC校驗 | 低字節(jié) | 40 |
高字節(jié) | 02 | |
仿真演示：
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