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modbus协议介绍

2025-09-03

简要的介绍MODBUS协议，包含RTU、ASCII、TCP三种模式的基本结构和示例。

MODBUS 介绍

  • 定义: Modbus是一种工业通信协议，由Modicon公司于1979年推出，用于控制器之间的数据通信。
  • 主从架构：单主设备（Master）发起请求，多从设备（Slave）响应。
  • 多传输模式：支持RTU（二进制）、ASCII（文本）、TCP/IP（以太网）。

协议对比

特性RTU模式ASCII模式TCP模式
传输格式二进制（十六进制）ASCII字符（可读文本）TCP/IP数据包（二进制）
开始/结束标记无（依赖3.5字符静默时间）冒号:开始，CRLF结束MBAP头（7字节）+PDU数据
校验方式CRC-16LRC（纵向冗余校验）无（依赖TCP/IP层校验）
传输效率高（1字节传输1数据）低（1字节需2字符表示）最高（直接二进制传输）
调试便利性较差（需工具解析二进制）极佳（直接可读字符）中等（需网络抓包工具）
适用场景工业现场（大数据量）调试/小数据量（如HMI）以太网设备（如PLC网关）

常用功能码分类

功能码名称操作对象数据类型
0x01读线圈状态线圈寄存器位
0x02读离散输入离散输入寄存器位
0x05写单个线圈线圈寄存器位
0x0F写多个线圈线圈寄存器位
0x03读保持寄存器保持寄存器16位
0x04读输入寄存器输入寄存器16位
0x06写单个保持寄存器保持寄存器16位
0x10写多个保持寄存器保持寄存器16位

MODBUS RTU

数据帧结构

  • 地址域（1字节）：指定从设备地址（1-247）。
  • 功能码（1字节）：指定操作类型（读/写）。
  • 地址域（2字节）：指定寄存器地址。
  • 寄存器数量（2字节）：指定要读写的寄存器数量。
  • 数据长度（1字节）：指定数据长度。
  • 数据域（N字节）：包含具体操作数据。
  • CRC校验（2字节）：用于错误检测。

CRC 校验

CRC（循环冗余校验）是一种基于多项式除法的错误检测算法，用于验证数据传输或存储的完整性。

static uint16_t crc16(const uint8_t *data, size_t length)
{
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    for (size_t i = 0; i < length; i++)
    {
        crc ^= data[i];
        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (crc & 0x0001)
                crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
            else
                crc >>= 1;
        }
    }
    return crc;
}

举例说明

写入单个线圈（功能码0x05）

  • 请求： 01 05 00 03 FF 00 7C 3A
  • 响应： 01 05 00 03 FF 00 7C 3A
方向参数描述
请求01从站地址（设备ID=1）
05功能码（强制单个线圈）
00 03线圈地址（0x0003，十进制3，对应地址0004）
FF 00写入值（FF00=置位，0000=复位）
7C 3ACRC校验码
响应01从站地址（设备ID=1）
05功能码（强制单个线圈）
00 03线圈地址（0x0003，十进制3，对应地址0004）
FF 00写入结果
7C 3ACRC校验码

读取保持寄存器（功能码0x03）

  • 请求： 01 03 00 19 00 02 15 CC
  • 响应： 01 03 04 2E 63 6F 6D EF 18
方向参数描述
请求01从站地址（设备ID=1）
03功能码（读取保持寄存器）
00 19起始寄存器地址（0x0019，十进制25）
00 02读取数量（2个寄存器）
15 CCCRC校验码
响应01从站地址（设备ID=1）
03功能码（读取保持寄存器）
04返回字节数（4字节，即2个寄存器的值）
2E 63第一个寄存器值（0x2E63）
6F 6D第二个寄存器值（0x6F6D）
EF 18CRC校验码

MODBUS ASCII

数据帧结构

  • 起始符（1字节）：固定为“:” (0x3a)。
  • 地址域（2字节）：2个ASCII字符（1字节十六进制）表示从站地址（00-FF）。
  • 功能码（2个ASCII字符（1字节十六进制）表示操作类型
  • 数据域（可变长度，每个字节用2个ASCII字符表示（十六进制））
  • LRC校验（2个ASCII字符（1字节校验值），纵向冗余校验（LRC））
  • 结束符（固定为回车换行 CRLF（0x0D 0x0A））

LRC 校验

LRC（纵向冗余校验）是一种简单的错误检测机制，通过对数据帧中的所有字节求和，然后取反得到校验值。

static uint8_t calc_lrc(const uint8_t *data, size_t length)
{
    uint8_t lrc = 0;
    for (size_t i = 0; i < length; i++)
        lrc += data[i];
    return (~lrc + 1) & 0xff;
}

举例说明

写入单个线圈（功能码0x05）

  • 请求： 3a 30 31 30 35 30 30 30 33 46 46 30 30 46 38 0d 0a ':01050003FF00F8\r\n'
  • 响应： 3a 30 31 30 35 30 30 30 33 46 46 30 30 46 38 0d 0a ':01050003FF00F8\r\n'
方向参数(HEX)字符串描述
请求3a':'起始符
30 31'01'从站地址（设备ID=1）
30 35'05'功能码（强制单个线圈）
30 30 30 33'0003'线圈地址（0x0003，十进制3，对应地址0004）
46 46 30 30'FF00'写入值（FF00=置位，0000=复位）
46 38'F8'LRC校验码
0D 0A'\r\n'结束符
响应3a':'起始符
30 31'01'从站地址（设备ID=1）
30 35'05'功能码（强制单个线圈）
30 30 30 33'0003'线圈地址（0x0003，十进制3，对应地址0004）
46 46 30 30'FF00'写入值（FF00=置位，0000=复位）
46 38'F8'LRC校验码
0D 0A'\r\n'结束符

读取保持寄存器（功能码0x03）

  • 请求： 3a 30 31 30 33 30 30 31 39 30 30 30 32 45 31 0d 0a ':010300190002E1\r\n'
  • 响应： 3a 30 31 30 33 30 34 32 45 36 33 36 46 36 44 38 42 0d 0a ':0103042E636F6D8B\r\n'
方向参数(HEX)字符串描述
请求3a':'起始符
30 31'01'从站地址（设备ID=1）
30 33'03'功能码（读取保持寄存器）
30 30 31 39'0019'起始寄存器地址（0x0019，十进制25）
30 30 30 32'0002'读取数量（2个寄存器）
45 31'E1'LRC校验码
响应3a':'起始符
30 31'01'从站地址（设备ID=1）
30 33'03'功能码（读取保持寄存器）
30 34'04'返回字节数（4字节，即2个寄存器的值）
32 45 36 33'2E63'第一个寄存器值（0x2E63）
36 46 36 44'6F6D'第二个寄存器值（0x6F6D）
38 42'8B'LRC校验码
0D 0A'\r\n'结束符

MODBUS TCP

同样适用UDP

数据帧结构

  • 流水号（2字节）：唯一标识。
  • 协议类型（2字节）：固定0。
  • 数据长度（2字节）：指定数据长度。
  • 单元标识符（1字节）：类似从站地址。
  • 功能码（1字节）：指定操作类型（读/写）。
  • 地址域（2字节）：指定寄存器地址。
  • 寄存器数量（2字节）：指定要读写的寄存器数量。

举例说明

写入单个线圈（功能码0x05）

  • 请求： 00 45 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00
  • 响应： 00 45 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00
方向参数描述
请求00 45唯一序号
00 00固定0
00 06数据长度
01设备地址
05功能码
00 03线圈地址（0x0003，十进制3，对应地址0004）
FF 00写入值（FF00=置位，0000=复位）
响应00 45与请求相同
00 00固定0
00 06数据长度
01设备地址
05功能码
00 03线圈地址（0x0003，十进制3，对应地址0004）
FF 00写入值（FF00=置位，0000=复位）

读取保持寄存器（功能码0x03）

  • 请求： 01 CE 00 00 00 06 01 03 00 19 00 02
  • 响应： 01 CE 00 00 00 07 01 03 04 2E 63 6F 6D
方向参数描述
请求01 CE唯一序号
00 00固定0
00 06数据长度
01从站地址（设备ID=1）
03功能码（读取保持寄存器）
00 19起始寄存器地址（0x0019，十进制25）
00 02读取数量（2个寄存器）
响应01 CE唯一序号
00 00固定0
00 07数据长度
01从站地址（设备ID=1）
03功能码（读取保持寄存器）
04返回字节数（4字节，即2个寄存器的值）
2E 63第一个寄存器值（0x2E63）
6F 6D第二个寄存器值（0x6F6D）

相关软件及工具

Modbus Poll

Modbus Poll是一个Modbus主站模拟器，主要用于帮助Modbus从站设备的开发人员或其他想要测试和模拟Modbus协议的人。通过多文档界面，您可以同时监控多个Modbus从站和/或数据区。对于每个窗口，您只需指定Modbus从站ID、功能、地址、大小和轮询速率。您可以从任何窗口读取和写入寄存器和线圈。如果您想更改单个寄存器，只需双击该值。或者您可以更换多个寄存器/线圈。 多种数据格式，如float，double和long，以及词序交换。

下载地址

  • 常见激活序列号 5A5742575C5D10

Modbus Slave

Modbus Slave用于在100个窗口中模拟多达100个从设备！使用此模拟工具加快您的PLC编程。在从供应商处收到从设备之前开始编程和测试。主应用程序可以访问任何打开的文档中包含的数据。与Modbus Poll相同的用户界面。 监控串行通信。

下载地址

  • 常见激活序列号 5455415451475662

在线串口助手

通过上传到本地浏览器的JS文件，实现自定义协议开发，预设协议包含MODBUS RTU/ASCII。

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贡献者: yulc