modbus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過(guò)公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過(guò)程監(jiān)控。下表1是modbus的功能碼定義。
表1 modbus功能碼
功能碼
名稱
作用
01
讀取線圈狀態(tài)
取得一組邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)（on/off)
02
讀取輸入狀態(tài)
取得一組開(kāi)關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)（on/off)
03
讀取保持寄存器
在一個(gè)或多個(gè)保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值
04
讀取輸入寄存器
在一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值
05
強(qiáng)置單線圈
強(qiáng)置一個(gè)邏輯線圈的通斷狀態(tài)
06
預(yù)置單寄存器
把具體二進(jìn)值裝入一個(gè)保持寄存器
07
讀取異常狀態(tài)
取得8個(gè)內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài)，這8個(gè)線圈的地址由控制器決定，用戶邏輯可以將這些線圈定義，以說(shuō)明從機(jī)狀態(tài)，短報(bào)文適宜于迅速讀取狀態(tài)
08
回送診斷校驗(yàn)
把診斷校驗(yàn)報(bào)文送從機(jī)，以對(duì)通信處理進(jìn)行評(píng)鑒
09
編程（只用于484）
使主機(jī)模擬編程器作用，修改pc從機(jī)邏輯
10
控詢（只用于484）
可使主機(jī)與一臺(tái)正在執(zhí)行長(zhǎng)程序任務(wù)從機(jī)通信，探詢?cè)搹臋C(jī)是否已完成其操作任務(wù)，僅在含有功能碼9的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才發(fā)送
11
讀取事件計(jì)數(shù)
可使主機(jī)發(fā)出單詢問(wèn)，并隨即判定操作是否成功，尤其是該命令或其他應(yīng)答產(chǎn)生通信錯(cuò)誤時(shí)
12
讀取通信事件記錄
可是主機(jī)檢索每臺(tái)從機(jī)的modbus事務(wù)處理通信事件記錄。如果某項(xiàng)事務(wù)處理完成，記錄會(huì)給出有關(guān)錯(cuò)誤
13
編程（184/384 484 584）
可使主機(jī)模擬編程器功能修改pc從機(jī)邏輯
14
探詢（184/384 484 584）
可使主機(jī)與正在執(zhí)行任務(wù)的從機(jī)通信，定期控詢?cè)搹臋C(jī)是否已完成其程序操作，僅在含有功能13的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才得發(fā)送
15
強(qiáng)置多線圈
強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷
16
預(yù)置多寄存器
把具體的二進(jìn)制值裝入一串連續(xù)的保持寄存器
17
報(bào)告從機(jī)標(biāo)識(shí)
可使主機(jī)判斷編址從機(jī)的類型及該從機(jī)運(yùn)行指示燈的狀態(tài)
18
（884和micro 84）
可使主機(jī)模擬編程功能，修改pc狀態(tài)邏輯
19
重置通信鏈路
發(fā)生非可修改錯(cuò)誤后，是從機(jī)復(fù)位于已知狀態(tài)，可重置順序字節(jié)
20
讀取通用參數(shù)（584l）
顯示擴(kuò)展存儲(chǔ)器文件中的數(shù)據(jù)信息
21
寫(xiě)入通用參數(shù)（584l）
把通用參數(shù)寫(xiě)入擴(kuò)展存儲(chǔ)文件，或修改之
22～64
保留作擴(kuò)展功能備用
65～72
保留以備用戶功能所用
留作用戶功能的擴(kuò)展編碼
73～119
非法功能
120～127
保留
留作內(nèi)部作用
128～255
保留
用于異常應(yīng)答
modbus網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)主機(jī)，所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器，但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個(gè)系 統(tǒng)，各pc可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各pc執(zhí)行本身的控制任務(wù)。表2是modbus各功能碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。
表2 modbus功能碼與數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng)表
代碼
功能
數(shù)據(jù)類型
01
讀
位
02
讀
位
03
讀
整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型
04
讀
整型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型
05
寫(xiě)
位
06
寫(xiě)
整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型
08
n/a
重復(fù)“回路反饋”信息
15
寫(xiě)
位
16
寫(xiě)
整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型
17
讀
字符型
（1）modbus的傳輸方式
在modbus系統(tǒng)中有2種傳輸模式可選擇。這2種傳輸模式與從機(jī)pc通信的能力是同等的。選擇時(shí)應(yīng)視所用modbus主機(jī)而定， 每個(gè)modbus系統(tǒng)只能使用一種模式，不允許2種模式混用。一種模式是ascii（美國(guó)信息交換碼），另一種模式是rtu（遠(yuǎn)程終端設(shè)備）這兩種模式的 定義見(jiàn)表3
表3 ascii和rtu傳輸模式的特性
特性
ascii(7位）
rtu(8位）
編碼系統(tǒng)
十六進(jìn)制（使用ascii可打印字符：0～9，a～f)
二進(jìn)制
每一個(gè)字符的位數(shù)
開(kāi)始位
1位
1位
數(shù)據(jù)位（最低有效位第一位）
7位
8位
奇偶校驗(yàn)（任選）
1位（此位用于奇偶校驗(yàn)，無(wú)校應(yīng)則無(wú)該位）
1位（此位用于奇偶校驗(yàn)，無(wú)校應(yīng)則無(wú)該位）
停止位
1或2位
1或2位
錯(cuò)誤校驗(yàn)
lrc（即縱向冗余校驗(yàn)）
crc(即循環(huán)冗余校驗(yàn)）
ascii可打印字符便于故障檢測(cè)，而且對(duì)于用高級(jí)語(yǔ)言（如fortan）編程的主計(jì)算機(jī)及主pc很適宜。rtu則適用于機(jī)器語(yǔ)言編程的計(jì)算機(jī)和pc主機(jī)。
用rtu模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是8位二進(jìn)制字符。如欲轉(zhuǎn)換為ascii模式，則每個(gè)rtu字符首先應(yīng)分為高位和低位兩部分，這兩部分各含4位，然后轉(zhuǎn)換成十六進(jìn) 制等量值。用以構(gòu)成報(bào)文的ascii字符都是十六進(jìn)制字符。ascii模式使用的字符雖是rtu模式的兩倍，但ascii數(shù)據(jù)的譯瑪和處理更為容易一些， 此外，用rtu模式時(shí)報(bào)文字符必須以連續(xù)數(shù)據(jù)流的形式傳送，用ascii模式，字符之間可產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)1s的間隔，以適應(yīng)速度較快的機(jī)器。表4給出了以rtu 方式讀取整數(shù)據(jù)的例子
以rtu方式讀取整數(shù)據(jù)的例子
主機(jī)請(qǐng)求
地址
功能碼
第一個(gè)寄存器的高位地址
第一個(gè)寄存器的低位地址
寄存器的數(shù)量的高位
寄存器的數(shù)量的底位
錯(cuò)誤校驗(yàn)
01
03
00
38
00
01
xx
從機(jī)應(yīng)答
地址
功能碼
字節(jié)數(shù)
數(shù)據(jù)高字節(jié)
數(shù)據(jù)低字節(jié)
錯(cuò)誤校驗(yàn)
01
03
2
41
24
xx
十六進(jìn)制數(shù)4124表示的十進(jìn)制整數(shù)為16676，錯(cuò)誤校驗(yàn)值要根據(jù)傳輸方式而定。
（2）modbus的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式
crc-16（循環(huán)冗余錯(cuò)誤校驗(yàn)）
crc-16錯(cuò)誤校驗(yàn)程序如下：報(bào)文（此處只涉及數(shù)據(jù)位，不指起始位、停止位和任選的奇偶校驗(yàn)位）被看作是一個(gè)連續(xù)的二進(jìn)制，其最高有效位（msb）首選 發(fā)送。報(bào)文先與x↑16相乘（左移16位），然后看x↑16+x↑15+x↑2+1除，x↑16+x↑15+x↑2+1可以表示為二進(jìn)制數(shù) 11000000000000101。整數(shù)商位忽略不記，16位余數(shù)加入該報(bào)文（msb先發(fā)送），成為2個(gè)crc校驗(yàn)字節(jié)。余數(shù)中的1全部初始化，以免所 有的零成為一條報(bào)文被接收。經(jīng)上述處理而含有crc字節(jié)的報(bào)文，若無(wú)錯(cuò)誤，到接收設(shè)備后再被同一多項(xiàng)式（x↑16+x↑15+x↑2+1）除，會(huì)得到一個(gè) 零余數(shù)（接收設(shè)備核驗(yàn)這個(gè)crc字節(jié)，并將其與被傳送的crc比較）。全部運(yùn)算以2為模（無(wú)進(jìn)位）。
習(xí)慣于成串發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備會(huì)首選送出字符的最右位（lsb-最低有效位）。而在生成crc情況下，發(fā)送首位應(yīng)是被除數(shù)的最高有效位msb。由于在運(yùn)算中不 用進(jìn)位，為便于操作起見(jiàn)，計(jì)算crc時(shí)設(shè)msb在最右位。生成多項(xiàng)式的位序也必須反過(guò)來(lái)，以保持一致。多項(xiàng)式的msb略去不記，因其只對(duì)商有影響而不影響 余數(shù)。
生成crc-16校驗(yàn)字節(jié)的步驟如下：
①裝如一個(gè)16位寄存器，所有數(shù)位均為1。
②該16位寄存器的高位字節(jié)與開(kāi)始8位字節(jié)進(jìn)行“異或”運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果放入這個(gè)16位寄存器。
③把這個(gè)16寄存器向右移一位。
④若向右（標(biāo)記位）移出的數(shù)位是1，則生成多項(xiàng)式1010000000000001和這個(gè)寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算；若向右移出的數(shù)位是0，則返回③。
⑤重復(fù)③和④，直至移出8位。
⑥另外8位與該十六位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算。
⑦重復(fù)③~⑥，直至該報(bào)文所有字節(jié)均與16位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算，并移位8次。
⑧這個(gè)16位寄存器的內(nèi)容即2字節(jié)crc錯(cuò)誤校驗(yàn)，被加到報(bào)文的最高有效位。
另外，在某些非modbus通信協(xié)議中也經(jīng)常使用crc16作為校驗(yàn)手段，而且產(chǎn)生了一些crc16的變種，他們是使用crc16多項(xiàng)式x↑16+ x↑15+x↑2+1，單首次裝入的16位寄存器為0000；使用crc16的反序x↑16+x↑14+x↑1+1，首次裝入寄存器值為0000或 ffffh。
lrc（縱向冗余錯(cuò)誤校驗(yàn)）
lrc錯(cuò)誤校驗(yàn)用于ascii模式。這個(gè)錯(cuò)誤校驗(yàn)是一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)，可作為2個(gè)ascii十六進(jìn)制字節(jié)傳送。把十六進(jìn)制字符轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，加上無(wú)循環(huán)進(jìn) 位的二進(jìn)制字符和二進(jìn)制補(bǔ)碼結(jié)果生成lrc錯(cuò)誤校驗(yàn)（參見(jiàn)圖）。這個(gè)lrc在接收設(shè)備進(jìn)行核驗(yàn)，并與被傳送的lrc進(jìn)行比較，冒號(hào)（：）、回車符號(hào) （cr）、換行字符（lf）和置入的其他任何非ascii十六進(jìn)制字符在運(yùn)算時(shí)忽略不計(jì)。
表5 lrc生成范例－－讀取02號(hào)從機(jī)的前8個(gè)線圈
十六進(jìn)制
二進(jìn)制
地址
0
2
0000
0010
功能碼
0
1
0000
0001
起始地址高位
0
0
0000
0000
起始地址低位
0
0
0000
0000
單元數(shù)量
0
0
0000
0000
0
8
+
0000
1000
0000
1011
變成補(bǔ)碼
1111
0101
錯(cuò)誤校驗(yàn)
f
5
f
5
接受pc把所有收到的數(shù)據(jù)字節(jié)（包括最后的lrc）加在一起，8位應(yīng)全部為0（注意：和可能超過(guò)8位，應(yīng)略去最低位）
0000
0010
0000
0001
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
1000
錯(cuò)誤校驗(yàn)
1111
0101
和
0000
0000