简介
Modbus诞生于1979年 莫迪康公司 后来被施耐德电气公司收购。Modbus提供通用语言用于彼此通信的设备和设备。Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。简单的说，Modbus就是一个总线通信协议，像IIC SPI这种，但是他不依赖于硬件总线。
Modbus协议的优点
- 简单易用：Modbus协议结构简单，容易理解和实现，适合快速开发和集成。
- 开放标准：Modbus是开放协议，没有许可费用，广泛应用于工业自动化设备中。
- 设备兼容性好：由于广泛使用，很多设备都支持Modbus协议，方便不同厂商设备之间的通信。
- 多种传输方式：支持串行通信（RTU、ASCII）和以太网通信（TCP/IP），适应不同应用场景。
- 稳定可靠：Modbus协议已在工业领域使用多年，经过充分验证，稳定性和可靠性都很高。
- Modbus协议支持多种电气接口：包括RS232、RS485、TCP/IP等，还可以在各种介质上传输，如双绞线、光纤、红外、无线等
Modbus通信过程
Modbus协议是一种应用层报文传输协议，协议本身并没有定义物理层，定义了控制器能够认识和使用的消息结构，不管它们是经过何种网络进行通信的。 所以能够适应多种电气接口，因此使用非常广泛。Modbus是一主多从的通信协议。Modbus通信中只有一个设备可以发送请求。其他从设备接收主机发送的数据来进行响应，从机是任何外围设备，如I/O传感器，阀门，网络驱动器，或其他测量类型的设备。从站处理信息和使用Modbus将其数据发送给主站。总线上每次只有一个数据进行传输,即主机发送,从机应答,主机不发送,总线上就没有数据通信。
Modbus存储区
既然从机存储数据，那么肯定要有一个存储区，那就需要文件操作，我们都知道这文件可以分为只读(-r)和读写(-wr)两种类型，并且存储的数据类型可以分为 ：布尔量 和 16位寄存器
布尔量比如IO口的电平高低，灯的开关状态等。
16位寄存器比如 传感器的温度数据，存储的密码等。
Modbus协议规定了4个存储区 分别是0 1 3 4区 其中1区和4区是可读可写，1区和3区是只读。
| 区号 | 名称 | 读写 | 地址范围 |
|---|---|---|---|
| 0区 | 输出线圈 | 可读可写布尔量 | 00001-09999 |
| 1区 | 输入线圈 | 只读布尔量 | 10001-19999 |
| 3区 | 输入寄存器 | 只读寄存器 | 30001-39999 |
| 4区 | 保持寄存器 | 可读可写寄存器 | 40001-49999 |
Modbus数据模型规定了具体的地址范围，每一个从机，都有实际的物理存储，跟modbus的存储区相对应，主机读写从机的存储区，实际上就是对从机设备对应的实际存储空间进行读写。
并且Modbus还给每个区都划分了地址范围 主机向从机获取数据时，只需要告诉从机数据的起始地址，还有获取多少字节的数据，从机就可以发送数据给主机。
Modbus通信模式
Modbus协议支持多种通信模式,其中最常用的有两种：
- Modbus RTU（Remote Terminal Unit）：
- 传输方式：基于串行通信，通常使用RS-232或RS-485接口。
- 数据格式：十六进制格式，数据紧凑，传输效率高。
- 帧结构：包含地址、功能码、数据和CRC校验码。
- 通信速度：通常为9600bps，但也支持更高的速度。
- Modbus ASCII：
- 传输方式：同样基于串行通信，但数据以ASCII码表示。
- 数据格式：每个字节用两个ASCII字符表示，易于人类阅读，但效率低于Modbus RTU。
- 每个8Bit 字节都作为两个ASCII字符发送的表示方式。
- 帧结构：以冒号“:”开始，以回车和换行结束。
- Modbus TCP/IP：
- 传输方式：基于以太网，使用TCP/IP协议栈。
- 数据格式：数据以标准TCP/IP数据包的形式传输，适合在局域网或广域网中使用。
- 帧结构：与Modbus RTU类似，但没有CRC校验码，因为TCP/IP已经包含了数据校验。
Modbus协议使用串口传输时可以选择RTU或ASCII模式，并规定了消息、数据结构、命令和应答方式并需要对数据进行校验。ASCII 模式采用LRC校验，RTU模式采用16 位CRC校验。通过以太网传输时使用TCP，这种模式不使用校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。
Modbus-RTU协议
Modbus报文帧结构
一个报文就是一帧数据，一个数据帧就一个报文： 指的是一串完整的指令数据，本质就是一串数据。
Modbus报文是指主机发送给从机的一帧数据，其中包含着从机的地址，主机想执行的操作，校验码等内容
Modbus协议在串行链路上的报文格式如下所示：
| 从站地址 | 功能码 | 数据 | CRC/LRC |
|---|---|---|---|
| 1 byte | 1 byte | N bytes | 2 bytes |
帧结构 = 从机地址 + 功能吗 + 数据 + 校验
从机地址: 每个从机都有唯一地址，占用一个字节,范围0-255,其中有效范围是1-247,其中255是广播地址 (广播就是对所有从机发送应答) 功能码: 占用一个字节,功能码的意义就是,知道这个指令是干啥的,比如你可以查询从机的数据,也可以修改从机的数据, 所以不同功能码对应不同功能. 从机地址: 每个从机都有唯一地址，占用一个字节,范围0-255,其中有效范围是1-247,其中255是广播地址 (广播就是对所有从机发送应答) 数据: 根据功能码不同,有不同功能，比方说功能码是查询从机的数据，这里就是查询数据的地址和查询字节数等。 校验: 在数据传输过程中可能数据会发生错误，CRC检验检测接收的数据是否正确。
Modbus功能码
Modbus规定了多个功能，那么为了方便的使用这些功能，我们给每个功能都设定一个功能码，也就是指代码。
Modbus协议同时规定了二十几种功能码，但是常用的只有8种，用于对存储区的读写，如下表所示：
| 功能码 | 功能说明 |
|---|---|
| 01H | 读取输出线圈 |
| 02H | 读取输入线圈 |
| 03H | 读取保持寄存器 |
| 04H | 读取输入寄存器 |
| 05H | 写入单线圈 |
| 06H | 写入单寄存器 |
| 0FH | 写入多线圈 |
| 10H | 写入多寄存器 |
用的最多的就是03和06 一个是读取数据，一个是修改数据。
CRC校验样么直接用计算器转换，样么使用带自动添加CRC的调试软件：SerialPro
主机对从机读操作
| 从站地址 | 功能码 | 起始（高） | 起始（低） | 数量（高） | 数量（低） | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x03 | 0x00 | 0x01 | 0x00 | 0x01 | 0xD5 0xCA |
0x01：从机的地址
0x03：查询功能，读取从机寄存器的数据
0x00 0x01： 代表读取的起始寄存器地址.说明从0x0001开始读取.
0x00 0x01： 查询的寄存器数量为0x0001个 Modbus把数据存放在寄存器中,通过查询寄存器来得到不同变量的值,一个寄存器地址对应2字节数据; 寄存器地址对应着从机实际的存储地址
0xD5 0xCA： 循环冗余校验 CRC
从机回复
| 从站地址 | 功能码 | 字节计数 | 字节1 | 字节2 | 字节n | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x03 | 0x02 | 0x00 | 0x17 | 0x01 | 0xD5 0xCA |
0x01：从机的地址
0x03：查询功能，读取从机寄存器的数据
0x02： 返回字节数为2个 一个寄存器2个字节
0x00 0x17：寄存器的值是0017
0xD5 0xCA： 循环冗余校验 CRC
主机对从机写操作
| 从站地址 | 功能码 | 数据地址（高） | 数据地址（低） | 数据（高） | 数据（低） | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x06 | 0x00 | 0x01 | 0x00 | 0x17 | 0x98 0x04 |
0x01：从机的地址
0x06：修改功能，修改从机寄存器的数据
0x00 0x01： 代表修改的起始寄存器地址.说明修改0x0000-0x0001的存储内容
0x00 0x17： 要修改的数据值为0017
0x98 0x04： 循环冗余校验 CRC
从机回复
| 从站地址 | 功能码 | 数据地址（高） | 数据地址（低） | 数据（高） | 数据（低） | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x06 | 0x00 | 0x01 | 0x00 | 0x17 | 0x98 0x04 |
0x01：从机的地址
0x06：修改功能，修改从机寄存器的数据
0x00 0x01： 代表修改的起始寄存器地址.说明是0x0000
0x00 0x17：修改的值为0017
0x98 0x04： 循环冗余校验 CRC
比较全的Modbus功能码表
| 功能码 | 名称 | 作用 |
| 01 | 读取线圈状态 | 取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF) |
| 02 | 读取输入状态 | 取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF) |
| 03 | 读取保持寄存器 | 在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值 |
| 04 | 读取输入寄存器 | 在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值 |
| 05 | 强置单线圈 | 强置一个逻辑线圈的通断状态 |
| 06 | 预置单寄存器 | 把具体二进值装入一个保持寄存器 |
| 07 | 读取异常状态 | 取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址由控制器决定，用户逻辑可以将这些线圈定义，以说明从机状态，短报文适于迅速读取状态 |
| 08 | 回送诊断校验 | 把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴 |
| 09 | 编程（只用于484） | 使主机模拟编程器作用，修改PC从机逻辑 |
| 10 | 控询（只用于484） | 可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信，探询该从机是否已完成其操作任务，仅在含有功能码9的报文发送后，本功能码才发送 |
| 11 | 读取事件计数 | 可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其是该命令或其他应答产生通信错误时 |
| 12 | 读取通信事件记录 | 可是主机检索每台从机的ModBus事务处理通信事件记录。如果某项事务处理完成，记录会给出有关错误 |
| 13 | 编程（184/384 484 584） | 可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑 |
| 14 | 探询（184/384 484 584） | 可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机是否已完成其程序操作，仅在含有功能13的报文发送后，本功能码才得发送 |
| 15 | 强置多线圈 | 强置一串连续逻辑线圈的通断 |
| 16 | 预置多寄存器 | 把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器 |
| 17 | 报告从机标识 | 可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状态 |
| 18 | （884和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 | 发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置顺序字节 |
| 20 | 读取通用参数（584L） | 显示扩展存储器文件中的数据信息 |
| 21 | 写入通用参数（584L） | 把通用参数写入扩展存储文件，或修改之 |
| 22-64 | 保留作扩展功能备用 | |
| 65-72 | 保留以备用户功能所用 | 留作用户功能的扩展编码 |
| 73-119 | 非法功能 | |
| 120-127 | 保留 | 留作内部作用 |
| 128-255 | 保留 | 留作内部作用 |
其中常用的功能码有8个（01、02、03、04、05、06、15、16），可以分为位操作和字操作两类，其中，位操作的是线圈和离散输入，两者区别在于，线圈是可读可写的，而离散输入是只读。字操作的是保持寄存器和输入寄存器，两者区别在于，保持寄存器是可读可写的，而输入寄存器是只读的。
