一文详解Modbus RTU数据帧格式

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[点击下图可放大查看]：

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。

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审核编辑：汤梓红