1、Modbus通信协议介绍
Modbus通信协议是OSI模型第7层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信，OSI模型见图1.1。
图1.1
Modbus是一个请求/应答协议，并且提供功能码规定的服务，modbus功能码是modbus请求/应答PDU的元素。
Modbus通信栈见图1.2所示。
图1.2
Modbus缩略语：
ADU 应用数据单元
HDLC 高级数据链路控制
HMI 人机界面
IETF 因特网工程工作组
I/O 输入/输出设备
IP 互连网协议
MAC 介质访问控制
MB MODBUS 协议
MBAP MODBUS 协议
PDU 协议数据单元
PLC 可编程逻辑控制器
TCP 传输控制协议
2、Modbus通信协议描述
Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU），特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。
Modbus通用帧见图1.3所示。
图1.3
启动Modbus事务处理的客户机创建Modbus应用数据单元。功能码向服务器指示将执行哪种操作。
Modbus协议建立了客户机启动的请求格式。
用一个字节编码Modbus数据单元的功能码域。有效的码字范围是十进制1-255（128-255是异常响应保留）。当从客户机向服务器设备发送报文时，功能码域通知服务器执行哪种操作。
从客户机向服务器设备发送的 报文数据域包括附加信息，服务器使用这个信息执行功能码定义的操作。这个域还包括离散项目和寄存器地址、处理的项目数量以及域中的实际数据字节数。
在某种请求中，数据域可以是不存在的（0长度），在此情况下服务器不需要任何附加信息。功能码仅说明操作。
如果在一个正确接收的MODBUS ADU中，不出现与请求MODBUS功能有关的差错，那么服务器至客户机的响应数据域包括请求数据。如果出现与请求 MODBUS 功能有关的差错，那么域包括一个异常码，服务器应用能够使用这个域确定下一个执行的操作。
当服务器对客户机响应时，它使用功能码域来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。对于一个正常响应来说，服务器仅对原始功能码响应，modbus事务处理见图1.4。
图1.4 modbus事务处理（无差错）
对于异常响应，服务器返回一个与原始功能码等同的码，设置该原始功能码的最高有效位为逻辑1，异常响应见图1.5所示。
3、Modbus功能码定义
modbus功能码定义见图1.6所示。
图1.6
4、以功能码03为例进行介绍
在远程设备通信中，使用03功能码读取保存寄存器连续块的内容，请求PDU说明了起始寄存器地址和寄存器数量，从零开始寻址寄存器，因此寻址寄存器1-16为0-15.
将响应报文中的寄存器数据分成每个寄存器有两个字节，每个字节中直接地调整二进制内容，对于每个寄存器，第一个字节包括高位比特，第二个字节包括低位比特。
|
请求 |
||
|
功能码 |
1个字节 |
0x03 |
|
起始地址 |
2个字节 |
0x0000至0xffff |
|
寄存器数量 |
2个字节 |
1-125（0x7D） |
|
响应 |
||
|
功能码 |
1个字节 |
0x03 |
|
字节数 |
1个字节 |
2xN |
|
寄存器值 |
Nx2个字节 |
|
|
N=寄存器的数量 |
||
|
错误 |
||
|
差错码 |
1个字节 |
0x83 |
|
异常码 |
1个字节 |
01/02/03/04 |
以读取寄存器108-110为例
|
请求 |
响应 |
||||
|
域名 |
（十六进制） |
备注 |
域名 |
（十六进制） |
备注 |
|
功能码 |
03 |
|
功能 |
03 |
··· |
|
高起始地址 |
00 |
0x006B |
字节数 |
06 |
2*3个字节 |
|
低起始地址 |
6B |
寄存器值Hi(108) |
02 |
0x022B |
|
|
高寄存器编号 |
00 |
0x0003 |
寄存器值Lo(108) |
2B |
|
|
低寄存器编号 |
03 |
寄存器值Hi(109) |
00 |
0x0000 |
|
|
|
寄存器值Lo(109) |
00 |
|||
|
寄存器值Hi(110) |
00 |
0x0064 |
|||
|
寄存器值Lo(110) |
64 |
||||
读保持寄存器流程框图见图1.7所示
图1.7