Modbus通信协议的类型与理解

Modbus是一种通信协议，常用于工业自动化领域的数据通信和设备控制。其最初由Modicon公司开发并于1979年发布，在工业领域得到广泛应用。Modbus通信协议支持串口、以太网、无线等多种通信方式，具有数据传输简单高效、易于实现等特点。Modbus协议并非开源协议，但它的使用和实现并没有什么限制。

协议类型

Modbus通信协议主要分为以下三种类型:

 

1. Modbus RTU：基于串口通信，并采用二进制格式，速度快、可靠。
2. Modbus ASCII：同样基于串口通信，采用ASCII码格式，实现简单、易于调试。
3. Modbus TCP/IP：基于以太网通信，具有速度快、网络连接稳定等优点，但需要网络设备的支持。

Modbus-RTU 协议采用二进制编码和CRC错误校验, RTU设备通常使用RS232、RS485和RS422通信接口，一般通信距离小于15米选RS232，通信距离大于15米选RS485和RS422。本文主要介绍和学习 RS-485 总线通信控制下的标准 Modbus-RTU 协议。  

 

 协议理解

Modbus协议的信息帧共有两种类型，分别为请求帧和响应帧。其中，请求帧由主机发送给从机，用于请求数据或控制从机；响应帧则由从机发送给主机，用于响应主机的请求。 帧描述：

报文帧由时长至少 3.5 个字符时间的空闲间隔区分，称为 t3.5，RTU 帧传输空闲间隔区分示意图：

数据类型：

在Modbus协议中，数据类型主要分为两类：线圈和寄存器。其中线圈又分为离散输出线圈和离散输入线圈，寄存器又分为只读寄存器和通用寄存器。

数据类型	类型码	字节数	描述
离散输出线圈	01	1	可读可写，代表系统输出状态
离散输入线圈	02	1	只读，代表系统输入状态
只读寄存器	03	2	只读，代表系统参数或状态
通用寄存器	04	2	可读可写，代表系统参数或状态

功能码：

这些是常用Modbus功能码的简介，具体的功能码及其参数格式请参考Modbus协议文档。

功能码	名称	描述
01	Read Coil Status（读取线圈状态）	用于读取远程设备的多个线圈状态。
02	Read Input Status（读取输入状态）	用于读取远程设备的多个输入状态。
03	Read Holding Registers（读保持寄存器）	用于读取远程设备的多个保持寄存器值。
04	Read Input Registers（读输入寄存器）	用于读取远程设备的多个输入寄存器值。
05	Write Single Coil（写单个线圈）	用于控制远程设备的单个线圈状态。
06	Write Single Register（写单个保持寄存器）	用于设置一个远程设备的单个保持寄存器。
15	Write Multiple Coils（写多个线圈）	用于设置远程设备的多个线圈状态。
16	Write Multiple Registers（写多个保持寄存器）	用于设置远程设备的多个保持寄存器值。

 简单理解

只有是人为规定的就有规律可循, 最简单的就是看厂家的手册, 理论上的东西和实际是有区别的, 这就是为啥市面上那些教程, 明明讲了很多, 但是啥也没学到。协议协议实际就是有规律的数据，这和协议栈是不同概念的，直接看厂家给的通信实例：

然后再根据功能码阅读相关说明：

根据说明把地址以及参数找出来，再把这些数据进行CRC算法计算：

 

// CRC校验
static uint8_t modbus_crc(uint8_t *data, uint16_t length)
{
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    uint16_t i, j;
    for (i = 0; i < length; i++)
    {
        crc ^= data[i];
        for (j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (crc & 0x0001)
                crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
            else
                crc = crc >> 1;
        }
    }
    // 低位在前高位在后
    if ((uint8_t)(crc & 0x00ff) == data[i++] && (uint8_t)((crc & 0xff00) >> 8) == data[i])
    {
        return 0;
    };
    return 1;
}

 

最后把这些数据整合，就形成了一帧数据，把这些数据发出去，从机就会返回数据了，根据业务对从机返回的数据进行处理即可！

　　审核编辑：汤梓红