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Modicon于1979年，为使用可编程逻辑控制器(PLQ而发表的。事实上，它已经成为工业领域通信协议标准，并且现在是工业电子设备之间相当常用的连接方式。M odbus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 term inal un it (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EIA-485物理层进行［1］。
对于串行连接，存在两个变种，它们在数值数据表示不同和协议细节上略有不同。Modbus RTL是一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式，Modbus ASCII是一种人类可读的，冗长的表示方式。这两个变种都使用串行通讯(serial communication )方式。RTU格式后续的命令/数据带有
循环冗余校验的校验和，而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。被配置为RTU变种的节点不会和设置为ASCII变种的节点通信，反之亦然。
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HDLC勺高速令牌旋转。它使用1Mbit/s的双绞线，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、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modem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勺不同实现。不过设计者需要克服一些包括高延迟和时序的问题。
MODBU S信过程如下图
MODBUS RT报文格式
设备地功能代...........
起始位
数据CRC校验结束符
址码
T1-T2-T3-T4 8Bit 8Bit n 个8Bit 16Bit T1-T2-T3-T4 MODBUS ASCI报文格式
MODBUS TCP 文
交互标识 协议标识报文长度设备标识功能代码 数据
2字节 一般为0
2字节
2字节
1字节
一般为0咼字节在也就是设1个字符n 个字符
前
备地址
实际上MODBUS RTU ASCII 的内容是完全相同的，不同的的 AS CII 方式用“：”标识帧起始，用“ CR LF'标识帧结束。校验采用L RC 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“0 1”（ 16进制的 30 31 ）。
MODBUS TC 中的设备标识，功能码等与MODBUS RTU 同，可以 认为是在MODBUS RTU 文的前边加了一个头，去掉了 CRC 校验这个 尾。
MODBUS 、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。
起始位
1个字符
设备地 址 功能代码 数据
LRC 校 验 结束符 2个字 符
2个字符n 个字符
2个字 符
2个字符
MODBU 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 MOD
BUS 的功能码。
ModBus 功 能码
作用
取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF ） 取得一组开
关输入的当前状态（ON/OFF ） 在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制 值
在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制 值
强置一个逻辑线圈的通断状态
把具体二进值装入一个保持寄存器
取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的 地址由控制器决定，用户逻辑可以将这些线圈 定义，以说明从机状态，短报文适宜于迅速读 取状态
把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评 鉴
使主机模拟编程器作用，修改 PC 从机逻辑 可使主机与一台正在执行长程序任务从机通 信，探询该从机是
否已完成其操作任务，仅在 含有功能码9的报文发送
后，本功能码才发送 可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成 功，尤其是该命令或其他应答产生通信错误时 可是主机检索每台从机的ModBus 事务处理通 信事件记录。如果某项事务处理完成，记录会 给出有
关错误
可使主机模拟编程器功能修改 PC 从机逻辑
可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控 询该从
机是否已完成其程序操作，仅在含有功 能13的报文发
送后，本功能码才得发送 强置一串连续逻辑线圈的通断
功能 码 01 02 03 04 05 06
07
08 09 10
11
12
13
14 15
名称
读取线圈状态 读取输入状态 读取保持寄存器
读取输入寄存器 强置单线圈 预置单寄存器
读取异常状态
回送诊断校验 编程（只用于484）
控询（只用于484） 读取事件计数
读取通信事件记录 编程（184/384 484 584） 探询（184/384 484 584）
16 预置多寄存器 把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器1
17 报告从机标识
可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指 示灯的状态
18 (884 和 MICRO 84 可使主机模拟编程功能，修改 PC 状态逻辑 19 重置通信链路 发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态， 可重置顺序子节
20 读取通用参数 （584L ） 显示扩展存储器文件中的数据信息 21
写入通用参数 （584L ）
把通用参数写入扩展存储文件，或修改之
22? 保留作扩展功能备
64 用
65? 72 保留以备用户功能 所用
留作用户功能的扩展编码
73? 非法功能
119
120?
127 保留 留作内部作用 128?
保留
用于异常应答
255
各个功能码对应的数据类型
06 写整16位整型
15 写位
16 写整16位整型
MODBU协议相当复杂，但是常用的命令也就简单的几个，01, 0 2, 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MODBUSfe址00001
MODBUS请求
功能码 1 BYTE 0X01
起始地址 2 BYTE 0X0000 TO OXFFFF
读取数量 2 BYTE 1 TO 2000(0X7D0) MODBUS响应
功能码 1 BYTE 0X01
字节计数 1 BYTE N
线圈状态n BYTE n =N or N+1
N =读取数量/8 如果余数不为0则N=N+1
错误响应
功能码 1 BYTE 0X01+ 0X80
错误代码 1 BYTE 0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4 举例
请求响应
域名称数据（hex）域名称数据（hex）
功能码01 功能码01
起始地址咼（字）00 字节计数03
起始地址低（字）13 27 (h )?20状态CD
读取数量高（字）00 35 (h )?28状态6B
读取数量低（字
）
13 38 (h )?36状态05
02命令读取输入状态MODBUSfe址10001
MODBUS请求
功能码 1 BYTE 0X02
起始地址 2 BYTE 0X0000 TO OXFFFF
读取数量 2 BYTE 1 TO 2000(0X7D0) MODBUS响应
功能码 1 BYTE 0X02
字节计数 1 BYTE N
输入状态n BYTE n =N or N+1
N =读取数量/8 如果余数不为0则N=N+1
错误响应
功能码 1 BYTE 0X02+ 0X80
错误代码 1 BYTE 0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4 举例
请求响应
域名称数据（hex）域名称数据（hex）
功能码02 功能码02
起始地址咼（字）00 字节计数03
起始地址低（字）C4 204(h)?197状态AC
读取数量高（字）00 212(h)?205状态DB
读取数量低（字
）
16 218(h)?213状态35
03读保持寄存器MODBUS地址40001
MODBUS请求
功能码 1 BYTE 0X03
起始地址 2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF
读取数量 2 BYTE 1 TO 125(0X7D) MODBUS响应
功能码 1 BYTE 0X03
字节计数 1 BYTE N*2
输入状态N*2 BYTE
错误响应
功能码 1 BYTE 0X03+ 0X80
错误代码 1 BYTE 0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4
举例
请求响应
域名称数据（hex）域名称数据（hex）
功能码03 功能码03
起始地址咼（字）00 字节计数06
起始地址低（字）6B 寄存器高（108）02
读取数量高（字）00 寄存器低（108）2B
读取数量低（字）03 寄存器高（109）00
寄存器低（109）00
寄存器高（110）00
寄存器低（110）64
04输入寄存器MODBUSfe址30001
MODBUS请求
功能码 1 BYTE 0X04
起始地址 2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF
读取数量 2 BYTE 1 TO 125(0X7D) MODBUS响应
功能码 1 BYTE 0X04
字节计数 1 BYTE N*2
输入状态N*2 BYTE
错误响应
功能码 1 BYTE 0X04+ 0X80
错误代码 1 BYTE 0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4 举例
请求响应
域名称数据（hex）域名称数据（hex）
功能码04 功能码04
起始地址咼（字节）00 字节计数02
起始地址低（字节）08 输入寄存器高（9）00
读取数量高（字节）00 输入寄存器低（9）0A
读取数量低（字节）01
05 设置单个继电器状态
MODBUS请求
功能码 1 BYTE 0X05
设置地址 2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF
设置内容 2 BYTE 0x0000 OR 0XFF00
0x0000释放继电器
0xff00 吸合继电器_
MODBUS响应
功能码 1 BYTE 0X05
设置地址 2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF
_ 设置内容 2 BYTE 0x0000 OR 0XFF00
错误响应
功能码 1 BYTE 0X05+ 0X80
错误代码 1 BYTE 0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4 举例（吸合6号继电器）
请求响应
域名称数据（hex）域名称数据（hex）
功能码05 功能码05
设置地址高（字节）00 设置地址高（字节）00
设置地址低（字节）05 设置地址低（字节）05
设置内容咼（字节）FF 设置内容咼（字节）FF
设置内容低（字节）00 设置内容低（字节）FF
06 设置单个保持寄存器
MODBUS请求
功能码 1 BYTE 0X06
设置地址 2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF
设置内容 2 BYTE 0x0000 to 0XFF00 MODBUS响应
功能码 1 BYTE 0X06
设置地址 2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF _ 设置内容 2 BYTE 0x0000 to 0XFF00 错误响应
功能码 1 BYTE 0X06+ 0X80
错误代码 1 BYTE 0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4
举例
设置9号保持寄存器内容为25
请求响应
域名称数据（hex）域名称数据（hex）
功能码06 功能码06
设置地址高（字）00 设置地址高（字节）00
设置地址低（字）08 设置地址低（字节）08
设置内容咼（字）00 设置内容高（字节）00
设置内容低（字
）
19 设置内容低（字节）19
15设置多个继电器状态
MODBUS请求
功能码 1 BYTE 0X0F 设置起始地址 2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF
设置长度 2 BYTE 0X0000 TO 0X7B0
设置内容N BYTE
MODBUS响应
功能码 1 BYTE OXOF 设置起始地址 2 BYTE 0X0000 TO OXFFFF
设置长度 2 BYTE 0X0000 TO 0X7B0
错误响应
功能码 1 BYTE 0X0F+ 0X80
错误代码 1 BYTE 0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4
举例
设置继电器
请求响应
域名称数据（hex）域名称数据（hex）
功能码0F 功能码0F
设置地址高（字）00 设置地址高（字节
「
00
设置地址低（字）13 设置地址低（字
节）1
13
设置数量高（字）00 设置数量高（字节）00
设置数量低（字）0A 设置数量低（字节）0A
字节计数02
设置内容咼（字）CD
设置内容低（字
）
01
16设置多个保持寄存器
MODBUS请求
功能码 1 BYTE 0X10 设置起始地址 2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF
设置长度 2 BYTE 0X0000 TO 0X7B0
设置内容N*2 BYTE
MODBUS响应
功能码 1 BYTE 0X10 设置起始地址 2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF 设置长度 2 BYTE 0X0000 TO 0X7B0
错误响应
功能码 1 BYTE 0X10+ 0X80
错误代码 1 BYTE 0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4
举例
设置多个保持寄存器
请求响应
域名称数据（hex）域名称数据（hex）
功能码10 功能码0F
设置地址高（字）00 设置地址高（字节
「
00
设置地址低（字）01 设置地址低（字节
「
01
设置数量高（字）00 设置数量高（字节）00
设置数量低（字）02 设置数量低（字节）02
字节计数04
设置内容咼（字）00
设置内容低（字）0A
设置内容咼（字）01
设置内容低（字
）
02
MODBI协议在智能设备中的应用
上面讲述了MODBUS、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10 001，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000 02，,,.
模拟量输入映射到30001地址，第一路为30001，第二路为30 002,,,
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MODBU S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。