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1、ModbusModbus 功能码一览功能码一览 Modbus 网络是一个工业通信系统， 由带智能终端的可编程序控制 器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。其系统结构既包括硬件、亦 包 括软件。它可应用于各种数据采集和过程监控。下表 1 是 ModBus 的功能码定 义。 表 1 ModBus 功能码 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
2、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 报文适宜于迅速读取状态 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
3、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
4、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 2264 保留作扩展功能备 用 6572 保留以备用户功能 所用 留作用户功能的扩展编码 73119 非法功能 120127 保留 留作内部作用 128255 保留 用于异常应答 Modbus 网络只是一个主机，所有通信都由他发出。网络可支持 247 个之多的远程从属
5、控制器，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。采用 这个系 统， 各 PC 可以和中心主机交换信息而不影响各 PC 执行本身的控制任务。 表 2 是 ModBus 各功能码对应的数据类型。 表 2 ModBus 功能码与数据类型对应表 代码 功能 数据类型 01 读 位 02 读 位 03 读 整型、字符型、状态字、浮点型 04 读 整型、状态字、浮点型 05 写 位 06 写 整型、字符型、状态字、浮点型 08 N/A 重复“回路反馈”信息 15 写 位 16 写 整型、字符型、状态字、浮点型 17 读 字符型 （1）ModBus 的传输方式 在 ModBus 系统中有 2 种传输模式可
6、选择。 这 2 种传输模式与从机 PC 通信的能 力是同等的。选择时应视所用 ModBus 主机而定， 每个 ModBus 系统只能使用一 种模式，不允许 2 种模式混用。一种模式是 ASCII（美国信息交换码），另一种 模式是 RTU（远程终端设备）这两种模式的 定义见表 3 表 3 ASCII 和 RTU 传输模式的特性 特性 ASCII(7 位） RTU(8 位） 编码系统 十六进制（使用 ASCII 可打印字符： 09， A F) 二进制 每一个字开始位 1 位 1 位 符的位数 数据位 （最低有效位第 一位） 7 位 8 位 奇偶校验（任选） 1 位（此位用于奇偶校 验，无校应则无该
7、位） 1 位（此位用于奇偶校 验，无校应则无该位） 停止位 1 或 2 位 1 或 2 位 错误校验 LRC （即纵向冗余校验） CRC(即循环冗余校验） ASCII 可打印字符便于故障检测，而且对于用高级语言（如 Fortan） 编程的主计算机及主 PC 很适宜。RTU 则适用于机器语言编程的计算机和 PC 主 机。 用 RTU 模式传输的数据是 8 位二进制字符。 如欲转换为 ASCII 模式， 则每个 RTU 字符首先应分为高位和低位两部分，这两部分各含 4 位，然后转换成 十六进 制等量值。用以构成报文的 ASCII 字符都是十六进制字符。ASCII 模式 使用的字符虽是 RTU 模式
8、的两倍， 但 ASCII 数据的译玛和处理更为容易一些， 此 外，用 RTU 模式时报文字符必须以连续数据流的形式传送，用 ASCII 模式，字符 之间可产生长达 1s 的间隔，以适应速度较快的机器。表 4 给出了以 RTU 方式读 取整数据的例子 以 RTU 方式读取整数据的例子 主机请求 地址 功能码 第一个寄 存器的高 位地址 第一个寄 存器的低 位地址 寄存器的 数量的高 位 寄存器的 数量的底 位 错误校验 01 03 00 38 00 01 XX 从机应答 地址 功能码 字节数 数据高字节 数据低字 节 错误校验 01 03 2 41 24 XX 十六进制数 4124 表示的十进制
9、整数为 16676， 错误校验值要根据传输方式 而定。 （2）Modbus 的数据校验方式 CRC-16（循环冗余错误校验） CRC-16 错误校验程序如下： 报文 （此处只涉及数据位， 不指起始位、 停止位和任选的奇偶校验位）被看作是一个连续的二进制，其最高有效位（MSB） 首选 发送。报文先与 X16 相乘（左移 16 位），然后看 X16+X15+X2+1 除，X16+X15+X2+1 可以表示为二进制数 11000000000000101。整数商位 忽略不记，16 位余数加入该报文（MSB 先发送），成为 2 个 CRC 校验字节。余数 中的 1 全部初始化， 以免所 有的零成为一条报
10、文被接收。 经上述处理而含有 CRC 字节的报文，若无错误，到接收设备后再被同一多项式（X16+X15+X2+1） 除，会得到一个 零余数（接收设备核验这个 CRC 字节，并将其与被传送的 CRC 比较）。全部运算以 2 为模（无进位）。 习惯于成串发送数据的设备会首选送出字符的最右位（LSB-最低有 效位）。而在生成 CRC 情况下，发送首位应是被除数的最高有效位 MSB。由于在 运算中不 用进位，为便于操作起见，计算 CRC 时设 MSB 在最右位。生成多项式 的位序也必须反过来，以保持一致。多项式的 MSB 略去不记，因其只对商有影响 而不影响 余数。 生成 CRC-16 校验字节的步骤
11、如下： 装如一个 16 位寄存器，所有数位均为 1。 该 16 位寄存器的高位字节与开始 8 位字节进行“异或”运算。运算结果放入 这个 16 位寄存器。 把这个 16 寄存器向右移一位。 若向右（标记位）移出的数位是 1，则生成多项式 1010000000000001 和这个 寄存器进行“异或”运算；若向右移出的数位是 0，则返 回。 重复和，直至移出 8 位。 另外 8 位与该十六位寄存器进行“异或”运算。 重复，直至该报文所有字节均与 16 位寄存器进行“异或”运算，并移位 8 次。 这个 16 位寄存器的内容即 2 字节 CRC 错误校验，被加到报文的最高有效位。 另外， 在某些非Mo
12、dBus通信协议中也经常使用CRC16作为校验手段， 而且产生了一些 CRC16 的变种， 他们是使用 CRC16 多项式 X16+ X15+X2+1， 单首次装入的 16 位寄存器为 0000；使用 CRC16 的反序 X16+X14+X1+1，首 次装入寄存器值为 0000 或 FFFFH。 LRC（纵向冗余错误校验） LRC 错误校验用于 ASCII 模式。这个错误校验是一个 8 位二进制数， 可作为 2 个 ASCII 十六进制字节传送。把十六进制字符转换成二进制，加上无循 环进 位的二进制字符和二进制补码结果生成 LRC 错误校验 （参见图） 。 这个 LRC 在接收设备进行核验，
13、并与被传送的 LRC 进行比较， 冒号 （： ） 、 回车符号 （CR） 、 换行字符（LF）和置入的其他任何非 ASCII 十六进制字符在运算时忽略不计。 表 5 LRC 生成范例读取 02 号从机的前 8 个线圈 十六进制 二进制 地址 0 2 0000 0010 功能码 0 1 0000 0001 起始地址高位 0 0 0000 0000 起始地址低位 0 0 0000 0000 单元数量 0 0 0000 0000 0 8 + 0000 1000 0000 1011 变成补码 1111 0101 错误校验 F 5 F 5 接受 PC 把所有收 到的数据字节（包 括最后的 LRC）加 在一起，8 位应全 部为 0（注意：和 可能超过 8 位，应 略去最低位） 0000 0010 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 错误校验 1111 0101 和 0000 0000