简介

Modbus是一种串行通信协议，通常运用在电子设备之间的通信上。modbus原本是针对PLC通信问题设计的，目前该协议主要用在串口、以太网和其他互联网协议的网络。常采用TCP或485串口通信。
modbus是一个master/slave（server/client）架构的协议，即主从结构。有且只有一个主机，每一个从机都有一个唯一的设备地址。

协议版本

  • modbus ASCII
    是一种人类可读的，冗长的表达方式，使用串行通信方式，采用纵向冗余校验的校验和（LRC）。
  • modbus RTU
    是一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式，使用串行通信方式，采用循环冗余校验的校验和（CRC校验）
  • modbus TCP
    对于通过TCP/IP（例如以太网）的连接，存在多个modbus/TCP变种，这种方式不需要校验和计算，目前使用较为广泛。

寄存器

modbus有四种寄存器：线圈状态寄存器、离散输入状态寄存器、保持寄存器、输入寄存器。
modbus给每个分区都划分了地址范围，主机向从机获取数据时，只需要告诉从机数据的起始地址和要获取的字节数，从机就可以发送数给主机。
modbus数据模型规定了具体的地址范围，每个从机都有实际的物理存储，跟modbus的存储区相对应，主机读写从机的存储区，实际上就是对从机设备对应的实际存储空间进行读写。

类别

区号

读写

寄存器地址

线圈状态

0区

可读写布尔量

0000H-FFFFH

离散输入状态

1区

只读布尔量

0000H-FFFFH

输入寄存器

3区

只读寄存器

0000H-FFFFH

保持寄存器

4区

可读写寄存器

0000H-FFFFH

  • 线圈状态寄存器：类比于开关量（继电器状态），每一个bit对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路信号。线圈状态寄存器可以读，也可以写，写在功能吗中又分为写单个线圈和写多个线圈。
  • 离散输入寄存器：离散输入寄存器相当于线圈状态寄存器的只读模式，每一个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取，不能写入。例如读取外部按键是按下状态还是松开状态。
  • 保持寄存器：这个寄存器的单位不在是bit，而是2个byte，可以存放具体的数据量，可读写，一般对应参数设置，比如设置时间的年月日。
  • 输入寄存器：和保持寄存器类似，但是只能读取，一般是读取各种实时数据。一个寄存器也是占据2个byte空间。例如读取AD采集值。

数据帧格式

RTU帧格式

RTU是常用的一种协议，一个报文就是一帧数据，实际上就是一串有组织的数据串。RUT帧格式如下：

从机地址

功能码

数据域

校验位

1字节

1字节

n字节

2字节（CRC）

  • 从机地址：从机设备地址（每个从机都有唯一设备地址），0~255，0为广播地址，所有从机都接收，但是不回复。
  • 功能码：指令功能，
  • 数据域：发送或接收的数据
  • 校验：2字节的CRC校验，计算范围为从机地址到数据域最后一个字节。

TCP帧格式

事务处理标识符

协议标识符

长度

单元标识

功能码

数据

2字节

2字节

2字节

1字节

1字节

n字节

  • 事务处理标识符：类似于心爱序列号，确认发出和收到的信息属于同一序列，每次通信后加1
  • 协议标识符：用于系统内的多路复用，当值为0（00 00），表示使用modbus协议
  • 长度：用于说明此字节之后还有多少个字节的数量
  • 单元标识符：即设备地址，在slave中对应其ID
  • 功能码：和RTU相似
  • 数据：和RTU相似

功能码

modbus常用功能码：

功能码

功能说明

01H

读取输出线圈

02H

读取输入线圈

03H

读取保持寄存器

04H

读取输入寄存器

05H

写单个线圈

06H

写单个寄存器

0FH

写多线圈

10H

写多个寄存器

错误信息

当主机传送的报文不符合格式或从机不支持此功能 等问题时，从机会回复主机一个错误信息，错误信息帧格式：

从机地址

功能码

异常码

CRC校验

1字节

1字节

1字节

2字节

错误功能码

功能码

名称

说明

01

ILLEGAL FUNCTION

不支持的功能

02

ILLEGAL DATA ADDRESS

不合法的地址

03

ILLEGAL DATA VALUE

不合法的数值

04

SLAVE DEVICE FAILURE Slave

失效

05

ACKNOWLEDGE

命令执行中

06

SLAVE DEVICE BUSY Slave

忙碌