Modbus協議由Modicon公司(現在的施耐德電氣Schneider Electric)于1979年為可編程邏輯控制(即PLC)通信而發(fā)表。目前，Modbus已經成為工業(yè)領域通信協議的業(yè)界標準，并且現在是工業(yè)電子設備之間常用的連接方式。

Modbus協議特點
Modbus作為目前工業(yè)領域應用最廣泛的協議，與其他通信協議相比，有以下特點：
◆ Modbus協議標準開放、公開發(fā)表且無版權要求。
◆ Modbus協議支持多種電氣接口，包括RS232、RS485、TCP/IP等，還可以在各種介質上傳輸，如雙絞線、光纖、紅外、無線等。
◆ Modbus協議消息幀格式簡單、緊湊、通俗易懂。



用戶理解和使用簡單，廠商容易開發(fā)和集成，方便形成工業(yè)控制網絡Modbus協議是一種應用層報文傳輸協議，包括ASCII、RTU、TCP三種報文類型，協議本身并沒有定義物理層，只是定義了控制器能夠認識和使用的消息結構。

Modbus協議使用串口傳輸時可以選擇RTU或ASCII模式，并規(guī)定了消息、數據結構、命令和應答方式并需要對數據進行校驗。ASCII 模式采用LRC校驗，RTU模式采用16位CRC校驗，通過以太網傳輸時使用TCP，這種模式不使用校驗，因為TCP協議是一個面向連接的可靠協議。

Modbus協議規(guī)定了4個存儲區(qū)，這里以常用的5段長度進行說明，如下表所示：



Modbus協議同時規(guī)定了二十幾種功能碼，但是常用的只有8種，用于針對上述存儲區(qū)的讀寫，如下表所示：



Modbus學習必備調試軟件
工欲善其事，必先利其器，Modbus學習配合相關的調試軟件，可以達到事半功倍的效果。Modbus學習必備的三大神器分別是Modbus Poll、Modbus Slave及VSPD，Modbus Poll軟件主要用于仿真Modbus主站或Modbus客戶端，Modbus Slave軟件主要用于仿真Modbus從站或Modbus服務器，而VSPD全稱Configure Virtual Serial Port Driver，是用來給電腦創(chuàng)建虛擬串口使用的。

Modbus RTU和Modbus ASCII協議分析
ModbusRTU與ModbusASCII在報文數據發(fā)送格式上幾乎一樣，但也存在一些區(qū)別，具體體現在：
1、ModbusASCII有開始字符(:)和結束字符(CR LF)，可以作為一幀數據開始和結束的標志，而ModbusRTU沒有這樣的標志，需要用時間間隔來判斷一幀報文的開始和結束，協議規(guī)定的時間為3.5個字符周期，就是說一幀報文開始前，必須有大于3.5個字符周期的空閑時間，一幀報文結束后，也必須要有3.5個字符周期的空閑時間否則就會出現粘包的情況。
注意：針對3.5個字符周期，其實是一個具體時間，但是這個時間跟波特率相關。在串口通信中，1個字符包括1位起始位、8位數據位(一般情況)、1位校驗位(或者沒有)、1位停止位(一般情況下)，因此1個字符包括11個位，那么3.5個字符就是38.5個位，波特率表示的含義是每秒傳輸的二進制位的個位，因此如果是9600波特率，3.5個字符周期=1000/9600*38.5=4.01ms。

2、兩者校驗方式不同，ModbusRTU是CRC循環(huán)冗余校驗，ModbusASCII是LCR縱向冗余校驗。

3、在Modbus標準中，RTU是必須要求的，而ASCII是可選項，即作為一個Modbus通信設備可以只支持RTU，也可以同時支持RTU和ASCII，但不能只支持ASCII。

下面針對具體報文進行分析，Modbus協議在串行鏈路上的報文格式如下所示：



Modbus協議讀取輸出線圈
讀取輸出線圈發(fā)送報文格式如下：



發(fā)送報文含義：讀取1號從站輸出線圈，起始地址為0x13=19，對應地址為00020，線圈數量為0x1B=27，即讀取1號從站輸出線圈，地址從00020-00046，共27個線圈的狀態(tài)值。
注意：協議中的起始地址指的是索引，后面的地址指的是具體地址，對于任意一個存儲區(qū)，索引都是從0開始的，但是對應的具體地址，與存儲區(qū)是相關的，比如輸出線圈，0對應00001；輸入線圈，0對應10001；輸入寄存器，0對應30001；保持寄存器，0對應40001。

讀取輸出線圈返回報文格式如下：



返回報文含義：返回1號從站輸出線圈00020-00046，共27個線圈的狀態(tài)值，返回字節(jié)數為4個，分別為CD 6B B2 05。
CD=1100 1101 對應 00020-00027
6B=0110 1011 對應 00028-00035
B2=1011 0010 對應 00036-00043
05=0000 0101 對應 00044-00046

Modbus協議讀取輸入線圈
讀取輸入線圈發(fā)送報文格式如下：



發(fā)送報文含義：讀取1號從站輸入線圈，起始地址為0xC4=196，對應地址為10197，線圈數量為0x1D=29，即讀取1號從站輸入線圈，地址從10197-10225，共29個線圈的狀態(tài)值。

讀取輸入線圈返回報文格式如下：



返回報文含義：返回1號從站輸入線圈10197-10225，共29個線圈的狀態(tài)值，返回字節(jié)數為4個，分別為CD 6B B2 05。
CD=1100 1101 對應 10197-10204
6B=0110 1011 對應 10205-10212
B2=1011 0010 對應 10213-10220
05=0000 0101 對應 10221-10225

Modbus協議讀取保持寄存器
讀取保持寄存器發(fā)送報文格式如下：



發(fā)送報文含義：讀取1號從站保持寄存器，起始地址為0x6B=107，對應地址為40108，寄存器數量為0x02=2，即讀取1號從站保持寄存器，地址從40108-40109，共2個寄存器的數值。

讀取保持寄存器返回報文格式如下：



返回報文含義：返回1號從站保持寄存器40108-40109，共2個寄存器的數值，返回字節(jié)數為4個，分別為02 2B 01 06。
40108對應數值為0x022B，
40109對應數值為0x0106。

Modbus協議讀取輸入寄存器
讀取輸入寄存器發(fā)送報文格式如下：



發(fā)送報文含義：讀取1號從站輸入寄存器，起始地址為0x6B=107，對應地址為30108，寄存器數量為0x02=2，即讀取1號從站輸入寄存器，地址從30108-30109，共2個寄存器的數值。

讀取輸入寄存器返回報文格式如下：



返回報文含義：返回1號從站輸入寄存器30108-30109，共2個寄存器的數值，返回字節(jié)數為4個，分別為02 2B 01 06。
30108對應數值為0x022B，
30109對應數值為0x0106。

Modbus協議預置單線圈
預置單線圈發(fā)送報文格式如下：



發(fā)送報文含義：預置1號從站單個線圈的值，線圈地址為0x00AC=172，對應地址為00173，斷通標志0xFF00表示置位，0x0000表示復位，即置位1號從站輸出線圈00173。

預置單線圈返回報文格式如下：



返回報文含義：預置單輸出線圈原報文返回。

Modbus協議預置單寄存器
預置單寄存器發(fā)送報文格式如下：



發(fā)送報文含義：預置1號從站單個保持寄存器的值，寄存器地址為0x0087=135，對應地址為40136，寫入值為0x039E，即預置1號從站保持寄存器40136值為0x039E。

預置單寄存器返回報文格式如下：



返回報文含義：預置單保持寄存器原報文返回。

Modbus協議預置多線圈
預置多線圈發(fā)送報文格式如下：請忽略這張圖



發(fā)送報文含義：預置1號從站多個線圈的值，線圈地址為0x0013=19，對應地址為00020，線圈數為0x0A=10，寫入值為0xCD00，即預置1號從站線圈00020-00027=0xCD=1100 1101，00028-00029=0x00=0000 0000。

預置多線圈返回報文格式如下：



返回報文含義：
預置多輸出線圈返回報文是在原報文基礎上除去字節(jié)數及具體字節(jié)后返回。

Modbus協議預置多寄存器
預置多寄存器發(fā)送報文格式如下：



發(fā)送報文含義：預置1號從站多個寄存器的值，寄存器地址為0x0087=135，起始地址為40136，寄存器數量為0x02=2，結束地址為40137，寫入值為0x0105和0x0A10，即預置1號從站寄存器40136=0x0105，40137=0x0A10。

預置多寄存器返回報文格式如下：



返回報文含義：預置多保持寄存器返回報文是在原報文基礎上除去字節(jié)數及具體字節(jié)后返回。

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