如何看懂Modbus数据帧？

于由aim发布

在介绍Modbus RTU数据帧格式之前，首先让我们先了解一下Modbus的通讯模式。

Modbus通讯模式

? ? ? ? ? ?Modbus协议是典型的主-从通讯结构，链路中只能有一台主设备，可以有多台从设备。主设备向从设备发送请求指令，从设备对该指令进行响应。从设备不能主动向主设备发送指令，并且从设备之间也不能进行通信。
? ? ? ? ? ?Modbus协议通过这些请求、响应指令，实现了主设备对从设备中数字量或模拟量数据的访问和控制。通常，主设备是人机界面、监控或数据采集系统，从设备是传感器、可编程自动化控制器、智能仪器仪表等。
Modbus数据帧格式
? ? ? ? ? ?知道了Modbus是典型的主-从式通讯方式后，我们再来看Modbus RTU数据帧格式。
? ? ? ? ? ?Modbus RTU数据帧由四部分组成，设备地址，功能码，数据和校验。

设备地址
功能码
数据
校验
1个字节
1个字节
0~252字节
2个字节
? ? ? ? ? ?设备地址占1个字节，范围是0~255之间。0是广播地址，1~247是从站设备地址，248~255保留不用。
? ? ? ? ? ?功能码占1个字节，由协议明确规定，表中列出了一些常用的功能码。譬如03功能码是读保持寄存器，16功能码是写多个寄存器。
功能码
名称
作用
02
读离散量输入
读取离散量输入的状态
05
写单个线圈
强置一个逻辑线圈的通断状态
03
读取保持寄存器
读取多个保持寄存器的当前值
04
读输入寄存器
读取输入寄存器的当前值
16
写多个寄存器
将数值写入一连串寄存器中
...
? ? ? ? ? ?数据部分0~252字节，其长度和内容由功能码决定。功能码不同，数据部分的定义不尽相同。
? ? ? ? ? ?校验2个字节，由发送设备计算，将校验码之前的数据按照CRC16算法进行计算，生成2个字节的数据，放置于发送信息的尾部。接受信息的设备再重新计算接收到的信息的CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符，如果不相符，则表明数据在传输过程中出错。通过数据校验增加了系统的安全与效率。

常用功能码数据帧格式

1)? 功能码-0x04(读输入寄存器)

举例：读取2号站，30008~30009 2个输入寄存器的数值。
Modbus RTU主站设备请求帧格式：
设备地址
[1字节]
功能码
[1字节]
起始地址
[2字节]
寄存器数量
[2字节]
校验[2字节]
高8位
低8位
高8位
低8位
高8位
低8位
0x02
0x04
0x00
0x07
0x00
0x02
0xC0
0x39
2号站设备响应帧格式：
设备地址(1字节)
功能码
(1字节)
字节数
(1字节)
寄存器值
[寄存器数量*2字节]
校验[2字节]
寄存器1
[高8位]
寄存器1
[低8位]
...
寄存器N
[高8位]
寄存器N
[低8位]
高8位
低8位
0x02
0x04
0x04
0x08
0x20
0x1A
0x43
0x81
0xBF
寄存器30008数值
寄存器30009数值

2)? 功能码-0x10(写多个寄存器)

举例：向2号站，40002~40003 2个保持寄存器分别写入0x000A,0x0102数值
Modbus RTU主站设备请求帧格式：

设备地址(1字节)
功能码
(1字节)
 起始地址（2字节） 寄存器数量（2字节）
字节数
(1字节)
寄存器值
[寄存器数量*2字节]
校验[2字节]
高8位 低8位 高8位 低8位
寄存器1
[高8位]
寄存器1
[低8位]
...
寄存器N
[高8位]
寄存器N
[低8位]
高8位
低8位
0x02 0x10 0x00 0x01 0x00 0x02 0x04 0x00 0x0A 0x01 0x02 0x90 0x74
寄存器40002数值
寄存器40003数值
2号站设备响应帧格式：
设备地址
[1字节]
功能码
[1字节]
起始地址
[2字节]
寄存器数量
[2字节]
校验[2字节]
高8位
低8位
高8位
低8位
高8位
低8位
0x02
0x10
0x00
0x01
0x00
0x02
0x10
0x3B

3)? 功能码-0x02(读离散量输入)

举例：读取2号站，10197~10218 22个离散量的状态。
Modbus RTU主站设备请求帧格式：
设备地址
[1字节]
功能码
[1字节]
起始地址
[2字节]
离散输入数量
[2字节]
校验[2字节]
高8位
低8位
高8位
低8位
高8位
低8位
0x02
0x02
0x00
0xC4
0x00
0x16
0xB8
0x0A
2号站设备响应帧格式：
设备地址
[1字节]
功能码
[1字节]
字节数[1字节]
离散量输入状态
校验[2字节]
离散量1-8
离散量9-16
...
离散量N~N+7
高8位
低8位
0x02
0x02
0x03
0xAC
0xDB
0x35
0x22
0xBB

数据传输模式

?? ? ? ? ? ?通过前面的介绍，可以看到Modbus RTU协议数据帧是没有起始符和结束符，所以两个数据帧之间需要靠时间间隔来区分。协议中规定信息帧发送至少要有3.5个字符时间的停顿间隔。即在一个数据帧的最后一个字符传输完成之后，需要至少3.5个字符时间的停顿标定数据帧的结束，一个新的数据帧可在此停顿之后开始。如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前个消息开始，接受的设备将认为它是前一数据帧的延续，这将导致CRC校验出错。同时整个数据帧必须作为一连续的流传输。如果在帧完成之前有超过1.5字符时间的停顿时间，接受设备将刷新不完整的数据帧从而认为存在丢包现象。

? ? ? ? ? ?那么一个字符是什么呢，他由1个bit起始位，8bit数据位，1个bit奇偶校验位，1个bit停止位组成，在发送时从起始位开始。
分类： Free必备知识

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