MODBUS协议(功能码及报文解析)

MODBUS协议
Modbus是一种串行通信协议，是于____年，为使用可编程逻辑控制器（PLC）而发表的。

事实上，它已经成为工业领域通信协议，并且现在是工业电子设备
之间相当常用的连接方式。

Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因
有：
公开发表并且无版税要求
相对容易的工业网络部署
对供应商来说，修改移动原生的位或字节没有很多限制
Modbus允许多个设备连接在同一个网络上进行通信，举个例子，一个由测
量温度和湿度的装置，并且将结果发送给计算机。

在数据采集与监视控制系统（SCADA）中，Modbus通常用来连接监控计算机和remote terminal unit (RTU)。

Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络的
版本。

大多数Modbus设备通信通过串口物理层进行。

对于通过（例如）的连接，存在多个Modbus/TCP变种，这种方式不需要校验和的计算。

对于所有的这三种通信协议在数据模型和功能调用上都是相同的，只有封
装方式是不同的。

Modbus 有一个扩展版本Modbus Plus(Modbus+或者MB+)，不过此协定是Modicon专有的，和Modbus不同。

它需要一个专门的协处理器来处理类似的高速令牌旋转。

它使用1Mbit/s的，并且每个节点都有转换隔离装置，是一种采用转换／边缘触发而不是电压／水平触发的装置。

连接Modbus Plus到计算机需要特别的接口，通常是支持ISA（SA85）,PCI或者PCMCIA总线的板卡。

Modbus协议是一个master/slave 架构的协议。

有一个节点是master 节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave 节点。

每一个slave 设备都有一个唯一的地址。

在串行和MB+网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动一
个命令（在以太网上，任何一个设备都能发送一个Modbus命令，但是通常也只有一个主节点设备启动指令）。

一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。

所有设备都会收到命令，但只有指定位置的设备会执行及回应指令（地址0例外，指定地址0 的指令是广播指令，所有收到指令的设备都会执行，不过不回应指令）。

所有的Modbus命令包含了检查码，以确定到达的命令没有被破坏。

基本的ModBus命令能指令一个RTU改变它的寄存器的某个值，控制或者读取一个I/O端口，以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。

有许多modems和网关支持Modbus协议，因为Modbus协议很简单而且容易复制。

它们当中一些为这个协议特别设计的。

有使用有线、无线通信甚至短消息和GPRS的不同实现。

不过设计者需要克服一些包括高延迟和时序的问题。

MODBUS通信过程如下图
MODBUS RTU 报文格式
MODBUS ASCII 报文格式
MODBUS TCP报文
实际上MODBUS RTU与ASCII的内容是完全相同的，不同的的ASCII方式用“：”标识帧起始，用“CR LF”标识帧结束。

校验采用LRC，把RTU帧中一个字节的内容换成了2个ASCII字符。

比如在RTU方式下设备地址01 只有一个字节，在ASCII方式下转换成字符串“01”（16进制的30 31 ）。

MODBUS TCP 中的设备标识，功能码等与MODBUS RTU相同，可以认为是在MODBUS RTU报文的前边加了一个头，去掉了CRC校验这个尾。

MODBUS协议定义了4种基本数据类型：可读写位数据，只读位数据，只读16位数据，可读写16位数据。

这些数据分别被称为线圈状态，输入状态，输入寄存器，保持寄存器。

MODBUS协议中定义的这些数据都是一个从地址1开始的数组，访问时需要指明从哪个地址开始访问，访问多少个数据。

下表是MODBUS的功能码。

ModBus功能码
各个功能码对应的数据类型
MODBUS协议相当复杂，但是常用的命令也就简单的几个，01，02，03，04，05，06，15，16号命令。

各个命令的功能和报文如下：
01 命令读取线圈状态MODBUS地址00001～
MODBUS 请求
MODBUS 响应
N =读取数量/8 如果余数不为0 则N=N+1
错误响应
举例
02 命令读取输入状态MODBUS地址10001～
MODBUS 请求
MODBUS 响应
N =读取数量/8 如果余数不为0 则N=N+1
错误响应
举例
03 读保持寄存器MODBUS地址40001～
MODBUS 请求
MODBUS 响应
错误响应
举例
04 输入寄存器MODBUS地址30001～MODBUS 请求
MODBUS 响应
错误响应
举例
05 设置单个继电器状态MODBUS 请求
MODBUS 响应
错误响应
举例(吸合6号继电器)
06 设置单个保持寄存器MODBUS 请求
MODBUS 响应
错误响应
举例
设置9号保持寄存器内容为25
15 设置多个继电器状态
MODBUS 请求
MODBUS 响应
错误响应
举例
设置继电器
16 设置多个保持寄存器
MODBUS 请求
MODBUS 响应
错误响应
举例
设置多个保持寄存器
MODBUS协议在智能设备中的应用
上面讲述了MODBUS协议的报文以及命令，那么在智能设备中如何使用这个协议呢?
如果智能设备有开关量输入输出，模拟量输入输出，有计数器等。

很明显开关量输入可以映射到10001地址，第一路开关量输入为10001，第二路为10002，………
开关量输出映射到00001地址，第一路为00001，第二路为00002，…….
模拟量输入映射到30001地址，第一路为30001，第二路为30002，……
模拟量输出和计数器输入映射到40001地址，第一路为40001，第二路为40002，……
当然也可以把所有的数据都放在保持寄存器中，这样对于MODBUS主设备访问时要简单，访问效率能提高，但是处理起来略显繁琐。