MODBUS 通讯协议及编程

ModBus 通讯协议分为 RTU 协议和 ASCII 协议，多种仪表都采用 ModBus RTU通讯协议，如：YD2000 智能电力监测仪、巡检表、数显表、光柱数显表等。下面就 ModBus RTU 协议简要介绍如下：

一、通讯协议

（一）、通讯传送方式：

通讯传送分为独立的信息头，和发送的编码数据。以下的通讯传送方式定义也与 MO

DBUS RTU 通讯规约相兼容：

编 码 8 位二进制

起始位 1 位

数据位 8 位

奇偶校验位 1 位（偶校验位）

停止位 1 位

错误校检 CRC（冗余循环码）

初始结构 = ≥4 字节的时间

地址码 = 1 字节

功能码 = 1 字节

数据区 = N 字节

错误校检 = 16 位 CRC 码

结束结构 = ≥4 字节的时间

地址码：地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将

接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址码，并且响应回送均以各自

的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机发送的地址码表明回

送的从机地址。

功能码：通讯传送的第二个字节。ModBus 通讯规约定义功能号为 1 到 127。本仪表只

利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送，通过功能码告诉从机执行什么动作。作为

从机响应，从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机进行

操作。如果从机发送的功能码的最高位为１(比如功能码大与此同时 127)，则表明从机没

有响应操作或发送出错。

数据区：数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机

发送给从机或从机发送给主机的地址。

CRC 码：二字节的错误检测码。

（二）、通讯规约：

当通讯命令发送至仪器时，符合相应地址码的设备接通讯命令，并除去地址码，读

取信息，如果没有出错，则执行相应的任务；然后把执行结果返送给发送者。返送的信息2

中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后结果的数据以及错误校验码。如果出错就

不发送任何信息。

1．信息帧结构

地址码 功能码 数据区 错误校验码

8 位 8 位 N × 8 位 16 位

地址码：地址码是信息帧的第一字节(8 位)，从 0 到 255。这个字节表明由用户设置

地址的从机将接收由主机发送来的信息。每个从机都必须有唯一的地址码，并且只有符合

地址码的从机才能响应回送。当从机回送信息时，相当的地址码表明该信息来自于何处。

功能码：主机发送的功能码告诉从机执行什么任务。表 1-1 列出的功能码都有具体

的含义及操作。

代码 含义 操作

03 读取数据

读取当前寄存器内一个或多个二进

制值

06 重置单一寄存器 把设置的二进制值写入单一寄存器

数据区：数据区包含需要从机执行什么动作或由从机采集的返送信息。这些信息可以

是数值、参考地址等等。例如，功能码告诉从机读取寄存器的值，则数据区必需包含要读

取寄存器的起始地址及读取长度。对于不同的从机，地址和数据信息都不相同。

错误校验码：主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错。有时，由于电子噪

声或其它一些干扰，信息在传输过程中会发生细微的变化，错误校验码保证了主机或从机

对在传送过程中出错的信息不起作用。这样增加了系统的安全和效率。错误校验采用 CRC

-16 校验方法。

注：信息帧的格式都基本相同：地址码、功能码、数据区和错误校验码。

2．错误校验

冗余循环码（CRC）包含 2 个字节，即 16 位二进制。CRC 码由发送设备计算，放置于

发送信息的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的 CRC 码，比较计算得到的 CRC

码是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。

CRC 码的计算方法是，先预置 16 位寄存器全为 1。再逐步把每 8 位数据信息进行处理。

在进行 CRC 码计算时只用 8 位数据位，起始位及停止位，如有奇偶校验位的话也包括奇偶

校验位，都不参与 CRC 码计算。

在计算 CRC 码时，8 位数据与寄存器的数据相异或，得到的结果向低位移一字节，用

0 填补最高位。再检查最低位，如果最低位为 1，把寄存器的内容与预置数相异或，如果

最低位为 0，不进行异或运算。

这个过程一直重复 8 次。第 8 次移位后，下一个 8 位再与现在寄存器的内容相相异

或，这个过程与以上一样重复 8 次。当所有的数据信息处理完后，最后寄存器的内容即为

CRC 码值。CRC 码中的数据发送、接收时低字节在前。

计算 CRC 码的步骤为：3

 预置 16 位寄存器为十六进制 FFFF（即全为 1）。称此寄存器为 CRC 寄存器；

 把第一个 8 位数据与 16 位 CRC 寄存器的低位相异或，把结果放于 CRC 寄存器；

 把寄存器的内容右移一位(朝低位)，用 0 填补最高位，检查最低位；

 如果最低位为 0：重复第 3 步(再次移位); 如果最低位为 1：CRC 寄存器与多项式 A

001（1010 0000 0000 0001）进行异或；

 重复步骤 3 和 4，直到右移 8 次，这样整个 8 位数据全部进行了处理；

 重复步骤 2 到步骤 5，进行下一个 8 位数据的处理；

 最后得到的 CRC 寄存器即为 CRC 码。

3．功能码 03，读取点和返回值：

仪表采用 Modbus RTU 通讯规约，利用通讯命令，可以进行读取点(“保持寄存器”)

或返回值(“输入寄存器” )的操作。保持和输入寄存器都是 16 位（2 字节）值，并且高

位在前。这样用于仪表的读取点和返回值都是 2 字节。一次最多可读取寄存器数是 60。由

于一些可编程控制器不用功能码 03，所以功能码 03 被用作读取点和返回值。从机响应的

命令格式是从机地址、功能码、数据区及 CRC 码。数据区中的寄存器数据都是每两个字节

高字节在前。

4．功能码 06，单点保存

主机利用这条命令把单点数据保存到仪表的存储器。从机也用这个功能码向主机返送

信息。

二、编程举例

下面是一个用 VC 编写的 ModBus RTU 通讯的例子

（一）、通讯口设置

DCB dcb;

hCom=CreateFile("COM1",

GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,

0,

NULL,

OPEN_EXISTING,

0,

NULL);

if(hCom==INVALID_HANDLE_VALUE)

{

MessageBox("createfile error,error");

}

BOOL error=SetupComm(hCom,1024,1024);

if(!error)

MessageBox("setupcomm error");

error=GetCommState(hCom,&dcb);

if(!error)

MessageBox("getcommstate,error");

dcb.BaudRate=2400;

dcb.ByteSize=8;4

dcb.Parity=EVENPARITY;//NOPARITY;

dcb.StopBits=ONESTOPBIT;

error=SetCommState(hCom,&dcb);

（二）、CRC 校验码计算

UINT crc

void calccrc(BYTE crcbuf)

{

BYTE i;

crc=crc ^ crcbuf;

for(i=0;i<8;i++)

{

BYTE TT;

TT=crc&1;

crc=crc>>1;

crc=crc&0x7fff;

if (TT==1)

crc=crc^0xa001;

crc=crc&0xffff;

}

}

（三）、数据发送

zxaddr=11;//读取地址为 11 的巡检表数据

zxnum=10;//读取十个通道的数据

writebuf2[0]=zxaddr;

writebuf2[1]=3;

writebuf2[2]=0;

writebuf2[3]=0;

writebuf2[4]=0;

writebuf2[5]=zxnum;

crc=0xffff;

calccrc(writebuf2[0]);

calccrc(writebuf2[1]);

calccrc(writebuf2[2]);

calccrc(writebuf2[3]);

calccrc(writebuf2[4]);

calccrc(writebuf2[5]);

writebuf2[6]=crc & 0xff;

writebuf2[7]=crc/0x100;

WriteFile(hCom,writebuf2,8,&comnum,NULL);

（四）、数据读取

ReadFile(hCom,writebuf,5+zxnum*2,&comnum,NULL);//读取 zxnum 个通道数据

可增加错误处理程序，如地址码错误、CRC 码错误判断、通讯故障处理等。5

MODBUS 通讯协议简介

一、概述

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例

如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以

连成工业网络，进行集中监控。

此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器

请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局

和内容的公共格式。

当在一 Modbus 网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，

决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用 Modbus 协议发出。在其它网络上，包含

了 Modbus 协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、

路由路径及错误检测的方法。

1、在 Modbus 网络上转输

标准的 Modbus 口是使用一 RS-232C 兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、

奇偶校验。控制器能直接或经由 Modem 组网。控制器通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始

化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可

编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。

主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回

应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus 协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）

地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。

从设备回应消息也由 Modbus 协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果

在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出

去。

2、在其它类型网络上转输

在其它网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过

程中，控制器既可作为主设备也可作为从设备。提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。

在消息位，Modbus 协议仍提供了主—从原则，尽管网络通信方法是“对等”。如果一控制器发送一消息，它只

是作为主设备，并期望从从设备得到回应。同样，当控制器接收到一消息，它将建立一从设备回应格式并返

回给发送的控制器。

Modbus 是 Modicon 公司为其 PLC 与主机之间的通讯而发明的串行通讯协议。其物理层采用 RS232、485 等

异步串行标准。由于其开放性而被大量的 PLC 及 RTU 厂家采用。

Modbus 通讯方式采用主从方式的查询－相应机制，只有主站发出查询时，从站才能给出响应，从站不能主

动发送数据。主站可以向某一个从站发出查询，也可以向所有从站广播信息。从站只响应单独发给它的查询，

而不响应广播消息。

Modbus 的串行口的通讯参数（如波特率、奇偶校验）可由用户选择。二、MODBUS 协议传送方式

MODBUS 通讯协议有两种传送方式:RTU 方式和 ASCII 方式,两种方式如下所示:

项目 RTU 方式 ASCII 方式

字节长度 8 BITS 7 BITS

奇偶校验 1 BIT OR 0 BIT 1 BIT OR 0 BIT

字节中止 1 BIT OR 2 BITS 1 BIT OR 2 BITS

开始标记 不要 :(冒号)

结束标记 不要 CR,LF

数据间隔 < 24 BIT < 1S

出错检验方式 CRC-16 LRC6

三、MODBUS 指令字符串格式:

下面以 WT301 模拟量数据采集器为例讲解 04 命令；

主机命令：

从机地址 功能码 数据起始地址 数据量 冗余校验

从机地址：（WT306 通讯控制器可以设置#1-#4 从机地址）

MODBUS 通讯是主从式通讯，WT306 通讯控制器采用的是从机的设置，通过面板上的跳线开关设置；

功能码：(模拟量信号采用功能码 04)

功能码 定义

04 READ INPUT REGISTERS

数据地址：

数据地址 定义

3XXXX INPUT REGISTERS

从机响应：

从机地址 功能码 数据字节量 数据量 数据 1 数据 2 数据 3 。。。。。 数据 n 冗余校验

从机地址：

MODBUS 通讯是主从式通讯，WT306 通讯控制器采用的是从机的设置，通过面板上的跳线开关设置；

 功能码：(WT301 数据采集器总采用功能码 04)

功能码 定义

04 READ INPUT REGISTERS

 数据字节量：

如温度、压力等模拟量每一个变量占用 2 字节；WT306 通讯控制器允许最大数据字节量为 256 字节,即 128

点数据；