MODBUS协议(功能码及报文解析)-485功能码

MODBUS协议

Modbus就是一种串行通信协议，就是Ｍodiｃoｎ于1979年，为使用可编程逻辑控制器(PＬＣ）而发表得。事实上，它已经成为工业领域通信协议标准,并且现在就是工业电子设备之间相当常用得连接方式.Ｍodbuｓ比其她通信协议使用得更广泛得主要原因有：

公开发表并且无版税要求

相对容易得工业网络部署

对供应商来说,修改移动原生得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,一个由测量温度与湿度得装置，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与remｏte tｅrminaｌ uｎit (ＲTＵ）。

Modｂuｓ协议目前存在用于串口、以太网以及其她支持互联网协议得网络得版本。

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与协议细节上略有不同。Modbus RTU就是一种紧凑得,采用二进制表示数据得方式，Modbus AＳＣII就是一种人类可读得,冗长得表示方式。这两个变种都使用串行通讯(ｓｅrial municatiｏｎ）方式。RＴU格式后续得命令／数据带有循环冗余校验得校验与,而AＳCＩI格式采用纵向冗余校验得校验与。被配置为RTＵ变种得节点不会与设置为ASＣII变种得节点通信，反之亦然。

对于通过TCP/IP（例如以太网）得连接,存在多个Modbus/TCP变种，这种方式不需要校验与得计算。

对于所有得这三种通信协议在数据模型与功能调用上都就是相同得,只有封装方式就是不同得。

Moｄbus 有一个扩展版本 Modbｕs Ｐlus（Ｍodbuｓ＋或者MＢ+），不过此协定就是Mｏｄｉcｏｎ专有得，与 Ｍodｂｕｓ不同。它需要一个专门得协处理器来处理类似HDLＣ得高速令牌旋转。它使用１Mbit/s得双绞线，并且每个节点都有转换隔离装置,就是一种采用转换／边缘触发而不就是电压／水平触发得装置。连接Ｍｏdｂus Ｐlus到计算机需要特别得接口,通常就是支持ISA(SA８５），PCI或者PCＭCIＡ总线得板卡。

Modbus协议就是一个 maｓtｅr/sｌave 架构得协议.有一个节点就是 mａster 节点，其她使用Mｏdｂus协议参与通信得节点就是 slave 节点。每一个 slave 设备都有一个唯一得地址。在串行与ＭB+网络中,只有被指定为主节点得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，但就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得设备得Mｏdbus地址。所有设备都会收到命令,但只有指定位置得设备会执行及回应指令(地址

0例外，指定地址 0 得指令就是广播指令,所有收到指令得设备都会执行，不过不回应指令）。所有得Moｄbuｓ命令包含了检查码,以确定到达得命令没有被破坏。基本得ModBus命令能指令一个RTＵ改变

它得寄存器得某个值，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得数据。

有许多moｄems与网关支持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得。有使用有线、无线通信甚至短消息与GPRS得不同实现。不过设计者需要克服一些包括高延迟与时序得问题。

ＭOＤBＵＳ通信过程如下图

MＯＤBＵS ＲTU 报文格式

起始位 设备地址 功能代码

T1-T２-T３-Ｔ４

8Ｂit 8Bit

数据 CＲC校验 结束符

T1-T2-T３—T4

n个8Bit 16Bｉt

MODＢＵS ASＣII 报文格式

设备地起始位 功能代码 数据

址

LRC校验

结束符

2个字符

２个字２个字1个字符 2个字符 n个字符

符 符

MODBUS TＣP报文

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 高字节在也就就是1个字符 n个字符

前 设备地址

实际上MＯDＢUＳ RＴＵ与ASCII得内容就是完全相同得,不同得得ASCＩI方式用“：”标识帧起始，用“CR ＬF”标识帧结束.校验采用LＲC，把ＲTU帧中一个字节得内容换成了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进制得３０ ３1 ）.

MＯＤＢＵS TCＰ 中得设备标识,功能码等与ＭODBUS RＴＵ相同，可以认为就是在MＯDＢUＳ ＲTU报文得前边加了一个头,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协议中定义得这些数据都就是一个从地址1开始得数组,访问时需要指明从哪个地址开始访问,访问多少个数据。下表就是MＯDBUS得功能码.

MoｄBus功能码

功能码

名称 作用

取得一组逻辑线圈得当前状态（ON/OFF)

取得一组开关输入得当前状态(ON/OFＦ)

在一个或多个保持寄存器中取得当前得二进制值

01 读取线圈状态

02 读取输入状态

03 读取保持寄存器

04 读取输入寄存器

05 强置单线圈

０6 预置单寄存器

在一个或多个输入寄存器中取得当前得二进制值

强置一个逻辑线圈得通断状态

把具体二进值装入一个保持寄存器

取得8个内部线圈得通断状态，这8个线圈得地址由控制器决定,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

0７ 读取异常状态

08 回送诊断校验

0９ 编程（只用于484) 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10 控询（只用于4８４） 信,探询该从机就是否已完成其操作任务，仅在含有功能码９得报文发送后，本功能码才发送

1１ 读取事件计数

可使主机发出单询问,并随即判定操作就是否成功，尤其就是该命令或其她应答产生通信错误时

可就是主机检索每台从机得ＭoｄBus事务处理12 读取通信事件记录 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

１3

编程（184/384 ４8可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑

４ 584)

可使主机与正在执行任务得从机通信，定期控探询（１84/384 4814 询该从机就是否已完成其程序操作,仅在含有４ 584)

功能13得报文发送后，本功能码才得发送

15 强置多线圈

16 预置多寄存器

1７ 报告从机标识

强置一串连续逻辑线圈得通断

把具体得二进制值装入一串连续得保持寄存器

可使主机判断编址从机得类型及该从机运行指示灯得状态

发生非可修改错误后，就是从机复位于已知状态,可重置顺序字节

显示扩展存储器文件中得数据信息

１8 (884与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

2０

21

读取通用参数(584L）

写入通用参数（5８把通用参数写入扩展存储文件,或修改之

4L）

22～保留作扩展功能备64 用

65～保留以备用户功能７2 所用

73～非法功能

119

120～保留

127

12８～保留

25５

留作用户功能得扩展编码

留作内部作用

用于异常应答

各个功能码对应得数据类型

代功能

码

0１

02

03

04

05

０6

15

１6

读

读

读

读

写

写

写

写

位

位

１6位整型

16位整型

位

整１６位整型

位

整16位整型

数据类型

MODＢUS协议相当复杂,但就是常用得命令也就简单得几个，01,02，03，04，05,０６，15,16号命令。

各个命令得功能与报文如下:

０1 命令 读取线圈状态 MODBUS地址 0００01～

ＭODＢUＳ 请求

功能码

起始地址

读取数量

MＯDＢＵS 响应

功能码

字节计数

线圈状态

１ ＢＹTE

2 BＹＴE

2 BYTE

1 BYＴE

1 BYTE

０X01

0Ｘ0000 TO 0XFFFF

１ TO 2000(０X７D0）

0X0１

Ｎ

ｎ ＝N or Ｎ＋1

n BYTE

N =读取数量/8 如果余数不为0 则N=N+1

错误 响应

功能码

错误代码

举例

请求

域名称

功能码

起始地址高（字节）

起始地址低（字节)

读取数量高(字节）

读取数量低(字节)

数据（hex)

０1

０0

13

00

１3

域名称

功能码

字节计数

1 BYTE

１ BＹTE

0X0１+ 0Ｘ８０

0ｘ1 or 0x2 or 0x３ or

0x4

响应

数据(hｅx）

０１

０3

CＤ

６B

05

27（h）～20状态

35（h）~28状态

38（h）~３6状态

02 命令 读取输入状态 MOＤBUＳ地址 10001～

ＭOＤＢUS 请求

功能码

起始地址

读取数量

ＭODＢＵS 响应

功能码

字节计数

输入状态

1 BＹＴE

1 BYTE

ｎ BＹTE

0X0２

N

n =Ｎ or Ｎ+1

1 BYＴＥ

2 BYTＥ

2 BYＴE

0Ｘ02

０Ｘ0０00 TO ０ＸFFFF

1 TO ２０0０（0X7D０)

Ｎ =读取数量／8 如果余数不为0 则N=N+1

错误 响应

功能码

错误代码

1 BＹTE

1 BYTＥ

0X0２+ 0X８０

0ｘ1 or 0x２ ｏｒ 0ｘ3 or 0x４

举例

请求

域名称

功能码

起始地址高（字节)

起始地址低（字节）

读取数量高（字节)

读取数量低（字节）

数据(heｘ）

0２

００

Ｃ4

0０

16

域名称

功能码

字节计数

204（h)～19７状态

212(h）～205状态

218(h)～213状态

响应

数据(hex）

0２

03

ＡＣ

DB

３5

03 读保持寄存器 ＭODBUS地址 ４０00１～

MODBUＳ 请求

功能码

起始地址

读取数量

ＭODBUＳ 响应

功能码

字节计数

输入状态

错误 响应

功能码

错误代码

举例

请求

域名称

功能码

起始地址高（字节）

起始地址低（字节）

读取数量高(字节)

读取数量低(字节）

数据(hｅｘ）

０3

00

6Ｂ

00

0３

域名称

功能码

字节计数

寄存器高（１08）

寄存器低（108）

寄存器高（１09）

寄存器低（109)

寄存器高（1１0）

响应

数据（hex)

03

06

02

2B

00

０0

00

１ BYTＥ

1 ＢYTE

0X03+ 0X８0

0ｘ1 ｏr 0x2 or 0ｘ３

ｏｒ 0x４

1 ＢYTE

１ BYTE

Ｎ＊2 BYTE

0X03

N＊2

１ ＢYTＥ

２ BYTE

2 BYＴＥ

0X０3

0X00００ TO 0XＦFFF

１ TO 125（0X7D)

寄存器低(１1０)

64

０4 输入寄存器 MOＤBＵS地址 3０0０1～

MODBＵS 请求

功能码

起始地址

读取数量

MＯＤBUＳ 响应

功能码

字节计数

输入状态

错误 响应

功能码

错误代码

举例

请求

域名称

功能码

起始地址高(字节）

起始地址低（字节）

读取数量高（字节)

读取数量低(字节）

数据（ｈeｘ）

04

00

０８

00

01

域名称

功能码

字节计数

输入寄存器高（9）

输入寄存器低(9)

响应

数据（hex）

04

02

00

0A

1 BYTE

1 BYTE

0Ｘ0４+ 0Ｘ8０

0x1 or 0ｘ2 or 0ｘ3

or 0x4

1 BYＴE

１ BYTE

N＊２ BYTE

0X0４

Ｎ＊2

1 ＢYTE

２ BYTE

2 BＹTE

０X04

0Ｘ0００0 TＯ 0ＸFＦFF

１ ＴO 125（0X7Ｄ)

05

设置单个继电器状态

MODＢUＳ 请求

功能码

设置地址

设置内容

１ BYＴＥ

2 ＢYＴE

2 BＹTE

0Ｘ05

0Ｘ０000 ＴＯ 0ＸFFＦF

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

设置内容

错误 响应

功能码

错误代码

举例（吸合6号继电器）

请求

域名称

功能码

设置地址高（字节）

设置地址低(字节）

设置内容高(字节)

设置内容低（字节）

2 BYＴE

2 BＹTE

1 BＹTＥ

１ BYＴE

0X0000 TO 0XFFＦF

0x0000 OR 0XＦF00

０X05＋ 0Ｘ8０

0ｘ1 or 0x2 ｏr 0x3 ｏｒ 0x4

响应

数据(ｈex）

0５

00

０5

FF

０0

域名称

功能码

设置地址高（字节)

设置地址低(字节）

设置内容高(字节)

设置内容低（字节）

数据（heｘ）

０5

00

05

FＦ

FF

0６

设置单个保持寄存器

MODBＵS 请求

功能码

设置地址

设置内容

MOＤＢUＳ 响应

功能码

设置地址

设置内容

错误 响应

功能码

错误代码

举例

设置9号保持寄存器内容为2５

请求

域名称

功能码

数据(hex)

06

域名称

功能码

响应

数据（ｈex)

０6

1 BYTE

1 BYTＥ

0X06+ 0X８0

0x１ or 0x2 or 0x3

oｒ 0x4

1 BYTE

2 BYTE

2 ＢYTＥ

０Ｘ0６

０X0000 TO ０ＸFFＦF

０x000０ to 0XFF00

1 ＢYTE

2 ＢＹＴE

２ BYTE

0X０6

0Ｘ00０0 ＴO 0XFＦFＦ

0ｘ0０00 tｏ 0XFF０0

设置地址高（字节）

设置地址低（字节）

设置内容高（字节）

设置内容低（字节）

０0

０８

00

19

设置地址高(字节）

设置地址低（字节)

设置内容高（字节）

设置内容低（字节）

０0

08

0０

19

15 设置多个继电器状态

MOＤBUS 请求

功能码

设置起始地址

设置长度

字节计数

设置内容

MODBＵS 响应

功能码

设置起始地址

设置长度

错误 响应

功能码

错误代码

举例

设置继电器

请求

域名称

功能码

设置地址高(字节)

设置地址低（字节)

设置数量高(字节)

数据（hｅｘ)

０F

00

１3

００

域名称

功能码

设置地址高（字节)

设置地址低（字节）

设置数量高（字响应

数据（hｅｘ）

0F

00

１３

００

1 BYTE

1 BYTＥ

0Ｘ0Ｆ+ 0X80

0ｘ1 ｏr 0x2 ｏｒ 0ｘ3 or ０x４

1 BYＴE

2 BYTE

2 ＢYTＥ

０X0F

0Ｘ0００0 TO 0XFＦFF

0X００00 ＴO 0X7B0

１ ＢＹTE

2 BYＴＥ

2 BYTE

1 ＢＹTE

N ＢYTE

0X0F

0Ｘ000０ TＯ

0XFFFF

0Ｘ00０0 TO 0X７B0

N

节）

设置数量低(字节)

字节计数

设置内容高(字节）

设置内容低（字节)

0A

02

ＣＤ

01

设置数量低(字节）

0A

１６ 设置多个保持寄存器

MＯDBUS 请求

功能码

设置起始地址

设置长度

字节计数

设置内容

MODBUS 响应

功能码

设置起始地址

设置长度

错误 响应

功能码

错误代码

举例

设置多个保持寄存器

请求

域名称

功能码

设置地址高（字节)

设置地址低（字节)

设置数量高（字数据（hｅx）

1０

00

０１

００

域名称

功能码

设置地址高（字节）

设置地址低(字节)

设置数量高（字响应

数据（heｘ）

０Ｆ

0０

01

0０

1 BＹTE

1 BＹＴE

０X10+ ０X８０

０x1 or 0ｘ2 ｏｒ

0x３ oｒ 0x4

1 BＹTE

2 ＢYTE

2 BYTＥ

0Ｘ10

0X000０ TO ０XFFＦF

0X0０00 ＴO 0X7B０

1 BYTE

２ BYTE

2 BYTE

1 BYＴＥ

Ｎ＊2 BYTE

0X１0

０X０000 TO 0XFFFＦ

0X0000 TO ０X7B0

N＊2

节）

设置数量低（字节）

字节计数

设置内容高(字节）

设置内容低(字节）

设置内容高（字节）

设置内容低(字节)

02

０４

０0

0Ａ

01

02

节）

设置数量低（字节)

02

MODBUS协议在智能设备中得应用

上面讲述了MOＤＢUＳ协议得报文以及命令，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，……

模拟量输出与计数器输入映射到40001地址,第一路为 ４0０01,第二路为40002，……

当然也可以把所有得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，但就是处理起来略显繁琐。