Modbus算是嵌入式領域比較經典一種通信協議，不管你是初學者，還是工作多年的工程師，都很有必要了解一下。

1.什么是Modbus?

顧名思義，它是一個Bus，即總線協議。比如串口協議、IIC協議、SPI都是通信協議。你接觸到這種協議，相信你所處的行業是工業電子方面或者你的產品用于工業。

好了，現在知道了大概知道了，這是一個總線協議，是一個Mod什么的公司發表的一個通信協議。那為什么要用這個呢? 答案就是他們都在用，你就得學，啊哈哈!

正經的說，它被工業領域所接受的原因是它具備一下三個優點

公開發表并且無版權要求

易于部署和維護

對供應商來說，修改移動本地的比特或字節沒有很多限制

簡單的概括,就是免費+簡單+方便修改!

歸納：Modbus就是一種用在工業上的簡單協議!

2.Modbus用來干什么?

用兩個字概括：通信

是的，所有協議都是用來通信的，協議的制定就是讓兩個人根據這個協議看懂傳來的一組數據。比如我給你一個6666，你要是沒有協議，就只知道這是6666，而有了協議，你就知道了這是在問我是不是大佬?當然，也可以表示其他意思，具體什么意思就看你協議怎么制定！

歸納：Modbus用來通信嘍，是個人都知道！

3.Modbus的內容是什么?

大致分為以下幾種:

Modbus-RTU

Modbus-ASCII

Modbus-TCP

以上三種協議，一個設備只會有一種協議，如果你的設備使用的是Modbus-RTU，只需查看以下對應部分，一般來說大部分的設備都是Modbus-RTU協議的。

4.通訊過程

Modbus是主從方式通信，也就是說，不能同步進行通信，總線上每次只有一個數據進行傳輸，即主機發送，從機應答，主機不發送，總線上就沒有數據通信。(所以說，這也算是一個缺點了)

舉例1: 一個總線上有一個主機，多個從機，主機查詢其中一個從機，首先你必須得這些從機分配地址(這樣才能知道哪個從機，而且每個地址必須唯一)，分配好地址后，主機要查詢，然后數據下發(數據內容下面會介紹)，從機得到主機發送的數據,然后對應地址的從機回復，主機得到從機數據，這樣就是一個主機到從機的通信過程，是不是很簡單呢?

舉例2: 就像打電話，你得知道對方的電話(這就是唯一地址)，然后你打電話過去，相當于主機查找從機，然后對方接通電話，給你回復(返回數據)，正常是這樣的。

如果這時候，對方正在打電話，你應該聽到的是"sorry,you…"這一串英文，說明對方忙，但是Modbus總線不能判斷對方是否忙，也沒有對應的仲裁機制，好了你又知道了一個缺點了！但是，你可以用軟件的辦法進行適當的處理數據！

5 Modbus-RTU協議

設備必須要有RTU協議！這是Modbus協議上規定的，且默認模式必須是RTU，ASCII作為選項。（也就是說，一般的設備只有RTU這個協議，ASCII一般很少）所以說，一般學習Modbus協議，只需要了解RTU的協議，ASCII作為學習的了解就足夠了。

1、幀結構

幀結構 = 地址 + 功能碼+ 數據 + 校驗

地址: 占用一個字節，范圍0-255，其中有效范圍是1-247，其他有特殊用途，比如255是廣播地址(廣播地址就是應答所有地址，正常的需要兩個設備的地址一樣才能進行查詢和回復)。

功能碼：占用一個字節，功能碼的意義就是，知道這個指令是干啥的，比如你可以查詢從機的數據，也可以修改數據，所以不同功能碼對應不同功能。

數據：根據功能碼不同，有不同結構，在下面的實例中有說明。

校驗：為了保證數據不錯誤，增加這個，然后再把前面的數據進行計算看數據是否一致，如果一致，就說明這幀數據是正確的，我再回復；如果不一樣，說明你這個數據在傳輸的時候出了問題，數據不對的，所以就拋棄了。

2、實戰

只談理論大家可能不太明白，下面舉一個例子。Modbus-RTU協議一般我們用的最多功能碼就是03和06，大部分都是用modbus來查詢傳感器上的信息用03查詢功能碼，如果需要修改傳感器寄存器的值就用06修改功能碼，其他的不需要過多關注，學多了你也記不住，哈哈哈！

2.1 查詢功能碼0x03

功能描述：現在我是主機，我要查詢從機地址為01的數據。我現在用電腦的modbus調試助手來代替主機，stm32來代替從機。

我需要發送以下數據：

主機發送:?01?03?00?00?00?01?84?0A
從機回復:?01?03?02?19?98?B2?7E

那么這一組數據是什么意思呢?

從上面的結構圖中，可以看出，主機發送的數據大致是 地址+功能碼+數據+校驗；

所以解析如下:

發送數據解析

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01-地址，也就是你傳感器的地址
03-功功能碼，03代表查詢功能，查詢傳感器的數據
00?00-代表查詢的起始寄存器地址.說明從0x0000開始查詢。這里需要說明以下，Modbus把數據存放在寄存器中，通過查詢寄存器來得到不同變量的值，一個寄存器地址對應2字節數據
00?01-代表查詢了一個寄存器.結合前面的00?00,意思就是查詢從0開始的1個寄存器值
84?0A-循環冗余校驗,是modbus的校驗公式,從首個字節開始到84前面為止;

回復數據解析

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01-地址，也就是你傳感器的地址
03-功功能碼，03代表查詢功能，查詢傳感器的數據。這里要注意的是注意發給從機的功能碼是啥，從機就要回復同樣的功能碼，如果不一樣說明這一幀數據有錯誤
02-代表后面數據的字節數,因為上面說到,一個寄存器有2個字節,所以后面的字節數肯定是2*查詢的寄存器個數;
19?98-寄存器的值是19?98,結合發送的數據看出,01這個寄存器的值為19?98
B2?7E-循環冗余校驗

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好了，是不是很簡單呢?基本流程就是：

發送：從機的地址+我要干嘛的功能碼+我要查的寄存器的地址+我要查的寄存器地址的個數+校驗碼

回復：從機的地址+主機發我的功能碼+要發送給主機數據的字節數+數據+校驗碼

就是這么簡單！

2.2 修改功能碼0x06

如果我要修改從機的數據呢?那么這個協議有嗎？當然有，那就是0x06

1、修改—0x06功能碼

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主機發送:?01?06?00?00?00?01?48?0A
從機回復:?01?06?00?00?00?01?48?0A

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?

誒，看上去怎么一樣的啊?是不是錯了?答案是這是正確的；

發送數據解析

?

01-主機要查詢的從機地址
06-功能碼,06代表修改單個寄存器功能,修改有些不同,有修改一個寄存器和修改多個寄存器;
00?00-代表修改的起始寄存器地址.說明從0x0000開始.
00?01-代表修改的值為00?01.結合前面的00?00,意思就是修改0號寄存器值為00?01;
48?0A-循環冗余校驗,是modbus的校驗公式,從首個字節開始到48前面為止;

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?

回復數據解析

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01-從機返回給主機自己的地址,說明這就是主機查的從機
06-功能碼,代表修改單個寄存器功能，主機發啥功能碼，從機就必須回什么功能碼;
00?00-代表修改的起始寄存器地址.說明是0x0000.
00?01-代表修改的值為00?01.結合前面的00?00,意思就是修改0號寄存器值為00?01;
48?0A-循環冗余校驗,是modbus的校驗公式,從首個字節開始到48前面為止;

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?

如果回復的一樣，說明這個數據是修改成功的；如果功能碼不是06，而是別的，說明從機回復的數據有誤，主機可以做相應的處理。

2、修改-0x10功能碼

如果我要修改多個寄存器，難道用06發好幾次，這樣不會太傻了嗎？所以Modbus RTU協議包含了修改連續多個寄存器的方法，就是功能碼為0x10；這個大家自己去查詢，基本和上面的數據格式差不多。

歸納

Modbus-RTU協議只需要看懂功能碼0x03、0x06、0x10這三個基本的就已經足夠了，分別回想下其數據域部分：

0x03—主機需要發送起始地址+寄存器數量，從機回復總字節數+數據；

0x06—主機發送起始地址+數據內容（因為你只需要修改一個，所以起始地址就是所要修改的地址），從機返回起始地址+數據內容（發現居然一樣！）

0x10—主機發送起始地址+寄存器個數+總字節數+數據，從機返回起始地址+寄存器數量

6 Modbus-ACSII協議

一般只需要了解RTU協議，因為前面有說過，必須要有RTU協議的，所以只需要了解了RTU協議，就可以讀出設備信息了，至于ACSII協議，做個大概了解即可。

1.幀形式

對于RTU協議，比如RTU發送一個字節：0x12；ASCII協議則需要發送2個字節：一個字節代表ASCII碼1，一個代表ASCII碼2，即0x31和0x32，才能代表0x12。所以，ASCII協議的效率比較低。但是ASCII更符合串口打印查看，因為串口發送的數據一般都是文本模式(ASCII)。

比如用RTU方式，也叫16進制方式，要發0x03數據，RTU方式就發送00000011。用ASCII發送0x03，就要發送0的ASCII碼0x30和3的ASCII碼0x33，對應到2進制也就是發送00110000和00110011。很顯然RTU方式只需要發送8位就可以了(加上起始位和停止位就是10位數據)。那么ASCII碼方式發送就需要兩個8位(每個8位分別加上起始位和停止位就是20位數據)。也就是說ASCII碼發送數據量是RTU方式的2倍，所以ASCII碼效率更低。

那么ASCII碼效率更低，數據發送量大為啥還采用這種方式呢？

因為假如你要發送數據0x03，采用RTU方式(16進制發送)，計算機中端設備接收到0x03后是不可以顯示的，就是不能把0x03打印出來。因為可見字符的ASCII碼是從32—126，不是這個范圍以外的顯示屏上都看不到，會出現亂碼，如果是串口助手的話就會顯示□□□□。如果采用ASCII方式(文本模式發送)，就不會出現不可顯示和亂碼的情況，因為文本模式發送0x03，就是發送ASCII碼0和ASCII碼3，也就是0x30和0x33，是可以正常顯示在計算機中端的。所以現在知道為什么還要使用ASCII效率比較低的方式發送了吧，只是為了方便調試顯示而已。

從上面的圖中，看出：

1）比RTU多了起始段:，多個結束符CR，LF

2）地址和功能都變成了2個字節；

3）數據部分更加繁瑣，但是更符合人們的查看；

2.歸納

由于Modbus-RTU和Modbus-ACSII都是基于232和485鏈路的，所以其通訊模式半雙工，一般是主機和從機的模式。其差別就是其字節的格式不同，一個是16進制的數據，一個是ASCII數據。ASCII多了幀頭和幀尾，也就是說可以有用這個頭尾判斷一幀字節來判斷是否結束；而RTU沒有幀頭和幀尾，所以協議里明確兩幀之間要大于3.5個字節時間間隔，作為一幀結束的判斷依據。對于RS485來說，總線上一般允許最大32個設備。

7 備注

最后再補充點：Modbus從設備的回應數據格式是：1、回應的數據包與主機查詢的數據包格式一致。從機正常回應時：功能碼與主機發送的功能碼一致(1-127)如果異常回應時：功能碼要在收的主機的功能碼的基礎上加128。不要問為啥加128，你去問造協議的那一幫人吧！

因為電腦只支持USB，所以我們需要把USB轉TTL串口，再轉成485接口之后與單片機相連，這是硬件最基本的，但是也需要注意。

最后修改了一下串口調試助手，加了一個CRC校驗的功能，就可以獲取。

審核編輯：黃飛

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