Modbus通讯协议详解
Modbus RTU通讯协议在数据通讯上采用主从应答的方式进行。只能由主机（PC，HMI等）通过唯一从机地址发起请求，从机（终端设备）根据主机请求进行响应，即半双工通讯。该协议只允许主机发起请求，从机进行被动响应，因此从机不会主动占用通讯线路造成数据冲突。
类似Modbus RTU协议的主从应答协议还有西门子的PPI、电表常用的DL/T645-2007等协议。
一、modbus协议格式
信息传输为异步方式，使用16进制进行通讯，信息帧格式：
| 地址码 | 功能码 | 数据区 | CRC校验码 |
| 1字节 | 1字节 | N字节 | 2字节 |
地址码
地址码是每个通讯信息帧的第一个字节，一般支持1到247，部分设备也支持0地址，用于接收主机的广播数据，每个从机在总线上地址必须唯一，只有与主机发送的地址码相符的从机才能响应返回数据。
功能码
功能码是每个通讯信息帧的第二个字节。主机发送，通过功能码告知从机设备应当执行何种操作。
常见的八种功能码：
| 功能码 | 定义 | 操作 |
| 01H | 读取线圈 | 读取一个或多个连续线圈状态 |
| 05H | 写单个线圈 | 操作指定位置的线圈状态 |
| 0FH | 写多个线圈 | 操作多个连续线圈状态 |
| 02H | 读取离散量输入 | 读取一个或多个连续离散输入状态 |
| 04H | 读取输入寄存器 | 读取一个或多个连续输入寄存器数据 |
| 03H | 读保持寄存器 | 读取一个或多个保持寄存器数据 |
| 06H | 写单个保持寄存器 | 把两个十六进制数据写入对应位置 |
| 10H | 写多个保持寄存器 | 把4*N个十六进制数据写入N个连续保持寄存器 |
数据区
数据区随功能码以及数据方向的不同而不同，这些数据可以是“寄存器首地址+读取寄存器数量”、“寄存器地址+操作数据”、“寄存器首地址+操作寄存数量+数据长度+数据”等不同的组合，在“功能码分析”详解不同功能码的数据区。
Modbus CRC校验
Modbus RTU协议常用与工业现场对数据传输的稳定性和正确性有较高的要求，因此通过CRC校验保证数据传输的正确性和完整性。
二、错误反馈
地址与CRC校验错误并不会收到从机的数据反馈，其他错误将向主机返回错误码。数据帧的第二位加上0X80表示请求发生错误（非法功能码、非法数据值等），错误数据帧如下：
| 地址码 | 功能码 | 错误码 | CRC校验码 |
| 1字节 | 1字节 | 1字节 | 2字节 |
常见错误码如下：
| 值 | 名称 | 说明 |
| 01H | 非法的功能码 | 不支持该功能码操作寄存器 |
| 02H | 非法的寄存器地址 | 访问设备禁止访问的寄存器 |
| 03H | 非法的数据值 | 写入不支持的参数值 |
| 04H | 从机故障 | 设备工作异常 |
三、通讯信息传输过程
通讯命令由主机发送从机时，与主机发送的地址码相符的从机接收通讯命令，如果CRC校验无误，则执行相应的操作，然后把执行结果（数据）返回给主机。返回信息中包含地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果地址不匹配或者CRC校验出错就不返回任何信息。
四、功能码分析
功能码01H：读线圈
例如：主机要读取从机地址为01H，起始线圈地址为00H的1个线圈状态，主机发送：
| 主机发送 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 01 | |
| 起始线圈地址 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 00 | |
| 线圈数量 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 01 | |
| CRC校验 | 低字节 | FD |
| 高字节 | CA |
如果从机寄存器00H线圈闭合，从机返回：
| 从机返回 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 01 | |
| 字节数 | 01 | |
| 线圈状态 | 01 | |
| CRC校验码 | 低字节 | 90 |
| 高字节 | 48 |
仿真演示：
功能码0FH：写多个线圈
例如：主机要控制从机地址为01H，起始线圈地址为00H的4个线圈状态，主机发送：
| 主机发送 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 0F | |
| 起始线圈地址 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 00 | |
| 线圈数量 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 04 | |
| 写入字节数 | 01 | |
| 控制方式 | 00(全部断开)、0F(全部闭合) | |
| CRC校验 | 低字节 | XX |
| 高字节 | XX |
功能码0FH操作，从机返回：
| 从机返回 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 0F | |
| 起始线圈地址 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 00 | |
| 线圈数量 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 04 | |
| CRC校验 | 低字节 | 54 |
| 高字节 | 08 |
仿真演示：
功能码02H：读离散输入
例如：主机要读取从机地址为01H，起始离散量地址为00H的4个输入状态，主机发送：
| 主机发送 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 02 | |
| 起始离散量地址 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 00 | |
| 读取数量 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 04 | |
| CRC校验 | 低字节 | 79 |
| 高字节 | C9 |
如果从机首地址00H开始的4离散输入全部检测到输入，从机返回：
| 从机返回 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 02 | |
| 字节数 | 01 | |
| 离散输入状态 | 0F | |
| CRC校验码 | 低字节 | E1 |
| 高字节 | 8C |
仿真演示：
功能码04H：读取输入寄存器
例如：主机要读取从机地址为01H，起始寄存器地址为02H的1个输入寄存器数据，主机发送：
| 主机发送 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 04 | |
| 起始寄存器地址 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 02 | |
| 寄存器数量 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 01 | |
| CRC校验 | 低字节 | 90 |
| 高字节 | 0A |
如果从机输入寄存器02H的数据为3344H，从机返回：
| 从机返回 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 04 | |
| 字节数 | 02 | |
| 寄存器05H数据 | 高字节 | 33 |
| 低字节 | 44 | |
| CRC校验码 | 低字节 | AD |
| 高字节 | F3 |
仿真演示：
功能码03H：读保持寄存器
例如：主机要读取从机地址为01H，起始寄存器地址为05H的2个保持寄存器数据，主机发送：
| 主机发送 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 03 | |
| 起始寄存器地址 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 05 | |
| 寄存器数量 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 02 | |
| CRC校验 | 低字节 | D4 |
| 高字节 | 0A |
如果从机保持寄存器05H、06H的数据为1122H、3344H，从机返回：
| 从机返回 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 03 | |
| 字节数 | 04 | |
| 寄存器05H数据 | 高字节 | 11 |
| 低字节 | 22 | |
| 寄存器06H数据 | 高字节 | 33 |
| 低字节 | 44 | |
| CRC校验码 | 低字节 | 4B |
| 高字节 | C6 |
仿真演示：
功能码06H：写单个保持寄存器
例如：主机写入9988H的数据给从机地址为01H，寄存器地址为0050H的寄存器，主机发送：
| 主机发送 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 06 | |
| 寄存器地址 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 50 | |
| 写入值 | 高字节 | 99 |
| 低字节 | 88 | |
| CRC校验 | 低字节 | E3 |
| 高字节 | ED |
从机返回与主机请求相同；
功能码10H：写多个保持寄存器
例如：主机要把数据0005H、2233H保存到从机地址为01H，起始寄存器地址为0020H的2个寄存器中，主机发送：
| 主机发送 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 10 | |
| 起始寄存器地址 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 20 | |
| 寄存器数量 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 02 | |
| 写入字节数 | 04 | |
| 0000H 寄存器待写入 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 05 | |
| 0001H 寄存器待写入 | 高字节 | 22 |
| 低字节 | 33 | |
| CRC校验 | 低字节 | B9 |
| 高字节 | 03 |
功能码10H操作，从机返回：
| 从机返回 | 发送数据（HEX） | |
| 地址码 | 01 | |
| 功能码 | 10 | |
| 起始寄存器地址 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 20 | |
| 寄存器数量 | 高字节 | 00 |
| 低字节 | 02 | |
| CRC校验 | 低字节 | 40 |
| 高字节 | 02 |