MODBUS标准通讯协议（简版） （基于Modbus应用协议RTU通讯模式） 1. 前言 本协议适用于符合MODBUS标准通讯协议的规定以及在Modbus网络上以RTU模式通信运行的设备和应用软件。本协议按照Modbus应用协议标准制定。 2. 波特率可选范围 代码 6 7 8 9 10 1920011 2880012 3840013 5760014 115200 波特率 2400 4800 9600 144003. RTU通讯数据传输模式 3.1 RTU 模式每个字节( 11 位 )的格式为 : 通讯传输为异步方式，并以字节（数据帧）为单位。在主站和从站之间传递的每一个数据帧都是11位的串行数据流。 编码系统: 8–位二进制，报文中每个8 位字节含有两个4 位十六进制字符(0–9， A–F) 数 据 位: 1个 起始位 8个 数据位， 首先发送最低有效位 1个 奇偶校验（注：偶校验是要求的，其它模式( 奇校验，无校验 )也可以使用） 1个 停止位 （注 :使用无校验时要求2个停止位） 帧校验域：循环冗余校验(CRC) 3.2 字符的串行传送方式: 每个字符或字节按如下顺序发送(从左到右):最低有效位 (LSB) . . . 最高有效位 (MSB) 有奇偶校验 起始位 1 2 3 4 5 6 78校验位停止位 通过配置，设备可以接受奇校验、偶校验或无校验。如果无奇偶校验，那么传送一个附加的停止位来填充数据帧使其成为完整的11位异步字符: 无奇偶校验 起始位 1 23 4 5 6 78停止位停止位 3.3 数据编码： Modbus处理的所有数据按照存储数据的类型可以分为位寄存器（容量为1位）和16位寄存器（容量为16位）两种，它们的宽度都是16位(Data is packed as two bytes per register)，协议允许单个选择65536个数据项，而且其读写操作可以越过多个连续数据项直到数据大小规格，这个数据大小规格与事务处理功能码有关。在Modbus PDU中从0～65535寻址每个数据。 Modbus使用一个‘big-Endian’表示地址和数据项，即最高有效字节在低地址存储，最低有效字节在高字节存储。这意味着当发送多个字节时，首先发送最高有效位例如： 寄存器大小 值 16位 0x1234 发送的第一字节为0x12，然后发0x34。 4. RTU报文帧结构 Modbus RTU报文帧格式如下： 地址码 功能码 数据区 错误校验码 2字节 CRC低CRC高1字节 1字节 0到252字节 4.1地址码 地址码为通讯传输的第一字节，这个字节表明，由用户设定地址码的从站将接收由主站发送来的数据。每个从站都有唯一的地址码，只有符合主站发送的地址码的从站才能响应回送，且响应回送均以各自的地址码开始。主站发送的地址码表明将发送的从站地址，而从站发送的地址表明从站回送的地址。地址0用作广播地址，以使所有从站都能识别，从站的地址范围为（1～247）。 4.2数据区 数据区根据功能码的不同而不同。数据区包含需要从站执行什么动作，或由从站采集的返回信息。这些信息可以是实际数值、设置点、主站发给从站或从站发给主站的地址等。数据区的保持和输入寄存器值都是16位（2字节），且高字节在前, 低字节在后。 4.3错误校验码 主站或从站可用校验码判别报文在通讯过程中是否出错。错误检测域包含一个16位的值（用两个8位的字符来实现），错误检测域的内容是通过对报文内容进行循环冗长检测（CRC）方法得出的。CRC域附加在报文的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC的高位字节是发送报文的最后一个字节。 4.4功能码 功能码为通讯传输的第二字节。Modbus协议定义的功能码范围是1～255，对于不同的控制器，功能码范围不同。主站发送请求，通过功能码告诉从站执行什么动作；从站响应请求，发送的功能码与主站发送来的功能码一样表明从站响应主站的操作。如果从站发送的功能码最高位为1，表明从站没有响应或发送出错，主站可以根据得到的异常响应做进一步的处理，比如重发命令。 广播方式是主站向所有从站发送命令（从站地址为0），不需要等待从站应答；从站接到广播命令后，执行命令，也不向主站应答。 M-2036数字化就地处理箱能够处理的功能码如下表所示。 功能码 名 称 作 用 01（01H） 读取线圈状态 取得一组逻辑线圈的当前状态 03（03H） 读取保持寄存器 在一个或过个保持寄存器中取得当前的二进制值 15（0FH） 写多个线圈 设置一组逻辑线圈的状态 16（10H） 写多个寄存器 设置一个或多个寄存器的值 各功能码描述如下： 4.1.1功能码01（0x01）读取线圈状态 使用该功能从一个远程设备中读取1～2000个连续的线圈通断状态。请求PDU详细说明了起始地址，即指定的第一个线圈地址和线圈数目。在PDU中从0开始寻址线圈，因此因此编号1～16的线圈寻址为0～15。 响应报文中的线圈按数据域的每位一个线圈进行打包。状态被表示为1= ON 和0= OFF。 第一个数据字节的LSB（最低有效位）包括在询问中寻址的输出。其它线圈依次类推，一直到这个字节的高位端为止，并在后续字节中从低位到高位的顺序。 如果返回的输出数量不是8的倍数，将用零填充最后数据字节中的剩余比特（一直到字节的高位端）。字节数量域说明了数据的全部字节数。 以下例子是从17号从站读取20～37的离散输出。 询问RTU帧如下表： 从站地址 11H 从站地址 11H 功能码 01H 寄存器起始地址高字节 低字节00H 13H 线圈数量 高字节00H 低字节12H CRC16校验码 低字节4EH 高字节 52H 应答RTU帧如下表： 功能码 字节计数 01H 03H 数据 CDH 6BH 03HCRC16校验码C0H 98H 将输出27～20的状态表示为十六进制字节值CD，或二进制1100 1101。输出27是这个字节的3 MSB，输出20是LSB。 通常，将一个字节内的比特表示为MSB 位于左侧，LSB 位于右侧。第一字节的输出从左至右为26至19。下一个字节的输出从左到右为34至27。当串行发射比特时，从LSB向MSB传输： 19 . . . 26、27 . . . 34 等等。 在最后的数据字节中，将输出37～36表示为十六进制字节值03，或二进制0000 0011。输出37是左侧第7个比特位置，输出36是这个字节的LSB。用零填充6个剩余高位比特。 4.1.2功能码03（0x03）读取保持寄存器 使用该功能从一个远程设备中读取保持寄存器连续块的内容。请求PDU说明了起始寄存器地址和寄存器数量。在PDU中从0开始寻址寄存器，因此编号1～16的寄存器寻址为0～15。 响应报文中的寄存器数据被打包成每个寄存器有两个字节，对于每个寄存器第一字节为高位字节，第二字节为低位字节。 以下例子是从17号从站读取寄存器108～ 10。 询问RTU帧如下表： 从站地址 功能码 11H 03H 寄存器起始地址高字节 低字节00H 6BH 寄存器数量 高字节00H 低字节03H CRC16校验码 低字节76H 高字节 87H 应答RTU帧如下表： 从站地址 功能码 字节计数 11H 03H 06H 数据 02H 2BH 00H 00H 00H HCRC16校验码 C8H BAH 将寄存器108的内容表示为两个十六进制字节值02 2B，或十进制555。将寄存器109-110的内容分别表示为十六进制00 00 和00 ，或十进制0 和100。 4.1.3功能码15（0x0F）写多个线圈 该功能将一个远程设备中的一组线圈的每个线圈强制为ON或OFF。请求PDU指定了被强制的线圈编号。从0开始寻址线圈，因此，编号为1的线圈被寻址为0. 请求数据域的内容指定了被请求的ON/OFF状态。数据域中为逻辑“1”的位请求相应输出为ON，为逻辑“0”的位请求相应输出位OFF。 正常的响应返回从站地址、功能码、起始地址和被强制的线圈数量。 以下例子是从17号从站的线圈20开始写入10个线圈。 询问RTU帧如下表： 从站 功能 寄存器起始地址 线圈数量 地址 码 高字节 低字节 高字节低字节11H 0FH 00H 13H 00H 0AH 线圈数量00H 0AH应答RTU帧如下表： 从站地址 功能码 寄存器起始地址11H 0FH 00H 13H CRC16校验码26H 99H 字节数02H 输出数据 CDH 01HCRC16校验码 低字节 高字节BFH 0BH 请求的数据内容为两个字节：十六进制CD 01 (二进制1100 1101 0000 0001)。使用下列方法， 二进制比特对应输出。 比特： 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 输出：27 26 25 24 23 22 21 20 – – – – – – 29 28 传输的第一字节(十六进制CD)寻址为输出27～20，在这种设置中，最低有效比特寻址为最低输出（20）。 传输的下一字节(十六进制01)寻址为输出29～28，在这种设置中，最低有效比特寻址为最低输出（28）。 用零填充最后数据字节中的未使用比特。 4.1.4功能码16（0x10）写多个寄存器 使用该功能码在一个远程设备中写连续寄存器块（1～123）。 在请求数据域中指定了请求写入的值。将数据打包成每个寄存器两字节。 正常的响应返回从站地址功能码、起始地址和被写入寄存器的数量。 以下例子是从17号从站将十六进制00 0A 和01 02 写入以2 开始的两个寄存器。 询问RTU帧如下表： 从站 功能 寄存器起始地址 寄存器数量地址 码 高字节 低字节 高字节 低字节 11H 10H 00H 01H 00H 02H 应答RTU帧如下表： 从站地址 功能码 寄存器起始地址11H 10H 00H 01H 寄存器数量00H 02H CRC16校验码12H 98H 字节数04H 寄存器值 00H 0AH 01H02H CRC16校验码 低字节 高字节C6H F0H 4.1.5异常应答RTU帧 该功能是从站接收主站询问后有异常，如CRC校验错误、无法解析等，进行异常应答。应答帧包括从站地址、功能码、错误编号、CRC校验码。 客户机请求和服务器异常响应的实例： 询问RTU帧如下表： 从站地址 11H 功能码01H 寄存器起始地址高字节 低字节04H A1H 线圈数量 高字节00H 低字节01H CRC16校验码 低字节AFH 高字节 88H 异常应答RTU帧如下表： 从站地址 功能码 错误代码 CRC16校验码11H 81H 02H C0H 54H 在这个实例中，主站对从站发出寻址请求。功能码(01)用于读输出状态操作。它请求地址为1245(十六进制04A1)的输出状态。根据输出域(0001)所指定的数量，只读出一个输出。 如果在从站中不存在该输出地址，那么从站将返回带有异常码(02)的异常响应。这就说明主站指定的是非法的从站数据地址。 异常码如下表： 代码 Modbus名称 00H 其它未定义的错误 01H 非法功能 02H 非法数据地址 03H 非法数据值 04H 从设备故障（CRC校验码错） 05H 确认（从站未准备好或无法提供数据）含义 从站无法解读功能码 主站读取或发送非法的寄存器地址 主站发送的数据不完整或字节数错 从站正在执行请求的操作时，产生不可恢复的差错。 5. 关于四字节变量的编址及访问 Modbus应用协议对于寄存器的数值是用16位整形表示一个数据的，也就是-32768～32768的范围。由于浮点数(float)、长整形数(long intger)都是32位（4字节）的数据长度，因此规定对于4字节变量通过两个连续的寄存器进行访问。举例说明如下： 地 址 4003H 4005H 询问RTU帧如下表： 变量名称 AlertThd HighThd 描 述 警告报警阈值高值报警阈值类型FloatFloatFloat4001H FailureThd 失效报警阈值从站地址 功能码 11H 03H 寄存器起始地址高字节 低字节40H 01H 寄存器数量 高字节00H 数据 低字节02H CRC16校验码 低字节82H 高字节 9BH 应答RTU帧如下表： 从站地址 功能码 字节计数 11H 03H 04H CRC16校验码6AH 46H 3AH C4H 9BH A6H主站询问17号从站的变量FailureThd，FailureThd的4字节按从高到低的顺序发送，即4001H为高位寄存器，4002H为低位寄存器。例如FailureThd的值为0.0015，对应的4字节从高到低为3AH C4H 9BH A6H,从站的发送顺序为：3AH C4H 9BH A6H。 对于4字节的长整形数变量的访问格式同上。 附录：CRC 的生成函数 执行CRC 生成的C 语言的函数在下面示出。所有的可能的CRC 值都被预装在两个数组中，当计算报文内容时可以简单的索引即可。一个数组含有16 位CRC 域的所有256个可能的高位字节，另一个数组含有地位字节的值。 这种索引访问CRC 的方式提供了比对报文缓冲区的每个新字符都计算新的CRC 更快的方法。 注意: 此函数内部执行高/低CRC 字节的交换。此函数返回的是已经经过交换的CRC 值。 也就是说，从该函数返回的CRC 值可以直接放置于报文用于发送。 高字节表 /* 高位字节的CRC 值*/ static unsigned char auchCRCHi[] = { 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40 } 低字节表 /* 低位字节的CRC 值*/ static char auchCRCLo[] = { 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40 }; 函数使用两个参数: unsigned char *puchMsg; 指向含有用于生成CRC 的二进制数据报文缓冲区的指针 unsigned short usDataLen; 报文缓冲区的字节数. CRC 生成函数 unsigned short CRC16 ( puchMsg， usDataLen ) /* 函数以unsigned short 类型返回CRC */ unsigned char *puchMsg ; /* 用于计算CRC 的报文*/ unsigned short usDataLen ; /* 报文中的字节数*/ { unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* CRC 的高字节初始化*/ unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* CRC 的低字节初始化*/ unsigned uIndex ; /* CRC 查询表索引*/ while (usDataLen--) /* 完成整个报文缓冲区*/ { uIndex = uchCRCLo ^ *puchMsgg++ ; /* 计算CRC */ uchCRCLo = uchCRCHi ^ auchCRCHi[uIndex] ; uchCRCHi = auchCRCLo[uIndex] ; } return (uchCRCHi << 8 | uchCRCLo) ; }