Modbus 協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通信.它已經成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業(yè)網絡，進行集中監(jiān)控。
此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結構,而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設備的過程，如果回應來自其它設備的請求,以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式.
當在一Modbus網絡上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址,識別按地址發(fā)來的消息，決定要產生何種行動。如果需要回應,控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出.在其它網絡上,包含了Modbus協(xié)議的消息轉換為在此網絡上使用的幀或包結構.這種轉換也擴展了根據具體的網絡解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。
協(xié)議在一根通訊線上使用應答式連接（半雙工)，這意味著在一根單獨的通訊線上信號沿著相反的兩個方向傳輸.首先，主計算機的信號尋址到一臺唯一的終端設備（從機）,然后，在相反的方向上終端設備發(fā)出的應答信號傳輸給主機。 協(xié)議只允許在主計算機和終端設備之間，而不允許獨立的設備之間的數據交換，這就不會在使它們初始化時占據通訊線路,而僅限于響應到達本機的查詢信號。
1． 1 傳輸方式
傳輸方式是一個信息幀內一系列獨立的數據結構以及用于傳輸數據的有限規(guī)則，以RTU模式在Modbus總線上進行通訊時，信息中的每8位字節(jié)分成2個4位16進制的字符,每個信息必須連續(xù)傳輸下面定義了與Modebus 協(xié)議– RTU方式相兼容的傳輸方式。
代碼系統(tǒng)
· 8位二進制，十六進制數0。。.9，A。.。F
· 消息中的每個8位域都是一個兩個十六進制字符組成
每個字節(jié)的位 1-8-N-1
· 1個起始位
· 8個數據位，最小的有效位先發(fā)送
· 1個奇偶校驗位,無校驗則無
· 1個停止位(有校驗時），2個Bit(無校驗時）
錯誤檢測域
· CRC(循環(huán)冗長檢測)
1．2 協(xié)議
當信息幀到達終端設備時，它通過一個簡單的“口”進入尋址到的設備，該設備去掉數據幀的“信封”（數據頭),讀取數據,如果沒有錯誤，就執(zhí)行數據所請求的任務，然后，它將自己生成的數據加入到取得的“信封”中,把數據幀返回給發(fā)送者。返回的響應數據中包含了以下內容:終端從機地址(Address)、被執(zhí)行了的命令(Function）、執(zhí)行命令生成的被請求數據(Data）和一個校驗碼（Check)。發(fā)生任何錯誤都不會有成功的響應。
1．2．1 信息幀
Address
Function
Data
Check
8—Bits
8—Bits
N x 8-Bits
16—Bits
圖 1 – 1 . 信息幀格式
特注：Modbus信息幀所允許的最大長度為256個字節(jié)，即N的范圍是大于等于零且小于等于252（N｛0，252｝)。
即,所有的數據一共256個，數據剩下253個。
1．2．2 地址（Address）域
信息幀地址域(信息地址）在幀的開始部分，由8位組成,有效的從機設備地址范圍0-247（十進制)，各從機設備的尋址范圍為1-247。主機把從機地址放入信息幀的地址區(qū)，并向從機尋址.從機響應時，把自己的地址放入響應信息的地址區(qū)，讓主機識別已作出響應的從機地址。
地址0為廣播地址，所有從機均能識別.當Modbus協(xié)議用于高級網絡時，則不允許廣播或其它方式替代。
1．2．3 功能(Function）域
信息幀功能域代碼告訴了被尋址到的終端執(zhí)行何種功能.有效碼范圍1—225(十進制），有些代碼是適用于所有控制器，有些適應于某種控制器，還有些保留以備后用。有關功能代替碼的全部內容見附錄A。
當主機向從句發(fā)送信息時，功能代碼向從機說明應執(zhí)行的動作。如讀一組離散式線圈或輸入信號的ON/OFF狀態(tài)，讀一組寄存器的數據,讀從機的診斷狀態(tài)，寫線圈（或寄存器），允許下截、記錄、確認從機內的程序等。當從機響應主機時，功能代碼可說明從機正常響應或出現(xiàn)錯誤(即不正常響應），正常響應時，從句簡單返回原始功能代碼;不正常響應時，從機返回與原始代碼相等效的一個碼,并把最高有效位設定為“1”。
如,主機要求從機讀一組保持寄存器時，則發(fā)送信息的功能碼為：
0000 0011 (十六進制03)若從機正確接收請求的動作信息后,則返回相同的代碼值作為正常響應。發(fā)現(xiàn)錯時,則返回一個不正常響信息：
1000 0011（十六進制83）
從機對功能代碼作為了修改，此外,還把一個特殊碼放入響應信息的數據區(qū)中，告訴主機出現(xiàn)的錯誤類型和不正常響應的原因，不正常響應見附錄B。主機設備的應用程序負責處理不正常響應，典型處理過程是主機把對信息的測試和診斷送給從機，并通知操作者.表 1 – 1列出了所有設備常用的功能碼、它們的意義及它們的初始功能。
表 1– 1 常用功能碼
代碼
名稱
作用
01
讀取線圈狀態(tài)
取得一組邏輯線圈的當前狀態(tài)（ON/OFF)
02
讀取輸入狀態(tài)
取得一組開關輸入的當前狀態(tài)（ON/OFF）
03
讀取保持寄存器
在一個或多個保持寄存器中取得當前的二進制值
04
讀取輸入寄存器
在一個或多個輸入寄存器中取得當前的二進制值
05
強置單線圈
強置一個邏輯線圈的通斷狀態(tài)
06
預置單寄存器
放置一個特定的二進制值到一個單寄存器中
07
讀取異常狀態(tài)
取得8個內部線圈的通斷狀態(tài)
15
強置多線圈
強置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷
16
預置多寄存器
放置一系列特定的二進制值到一系列多寄存器中
17
報告從機標識
可使主機判斷編址從機的類型及該從機運行指示燈的狀態(tài)
1．2．4 數據域
數據域包含了終端執(zhí)行特定功能所需要的數據或者終端響應查詢時采集到的數據。這些數據的內容可能是數值、參考地址或者極限值。他由數據區(qū)有2個16進制的數據位（2的8次方256),數據范圍為00—FF（16進制）。例如:功能域碼告訴終端讀取一個寄存器，數據域則需要指明從哪個寄存器開始及讀取多少個數據，內嵌的地址和數據依照類型和從機之間的不同能力而有所不同.若無錯誤出現(xiàn)，從機向主機的響應信息中包含了請求數據，若有錯誤出現(xiàn)，則數據中有一個不正常代碼,使主機能判斷并作出下一步的動作。數據區(qū)的長度可為“零”以表示某類信息。
1．2．5 錯誤校驗域
該域允許主機和終端檢查傳輸過程中的錯誤。有時,由于電噪聲和其它干擾，一組數據在從一個設備傳輸到另一個設備時在線路上可能會發(fā)生一些改變，出錯校驗能夠保證主機或者終端不去響應那些傳輸過程中發(fā)生了改變的數據，這就提高了系統(tǒng)的安全性和效率,出錯校驗使用了16位循環(huán)冗余的方法，即CRC校驗。
錯誤檢測域包含一16Bits值（用兩個8位的字符來實現(xiàn)）。錯誤檢測域的內容是通過對消息內容進行循環(huán)冗長檢測方法得出的.CRC域附加在消息的最后，添加時先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。故CRC的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個字節(jié)。
1．2．6 字符的連續(xù)傳輸
當消息在標準的Modbus系列網絡傳輸時，每個字符或字節(jié)按由左到右的次序方式發(fā)送:
最低有效位（LSB）。。.最高有效位（MSB）。
位的序列是:
有奇偶校驗
啟始位
1
2
3
4
5
6
7
8
奇偶位
停止位
無奇偶校驗
啟始位
1
2
3
4
5
6
7
8
停止位
停止位
圖 1 –2 . 位順序（RTU）
1．2 錯誤檢測
1、奇偶校驗
用戶可以配置控制器是奇或偶校驗,或無校驗。這將決定了每個字符中的奇偶校驗位是如何設置的。
如果指定了奇或偶校驗,“1”的位數將算到每個字符的位數中（ASCII模式7個數據位,RTU中8個數據位)。例如RTU字符幀中包含以下8個數據位：1 1 0 0 0 1 0 1
整個“1″的數目是4個。如果便用了偶校驗，幀的奇偶校驗位將是0，便得整個“1″的個數仍是4個。如果便用了奇校驗，幀的奇偶校驗位將是1，便得整個“1″的個數是5個.
如果沒有指定奇偶校驗位，傳輸時就沒有校驗位,也不進行校驗檢測。代替一附加的停止位填充至要傳輸的字符幀中.
2、CRC檢測
RTU方式時，采用CRC方法計算錯誤校驗碼，CRC校驗傳送的全部數據.它忽略信息中單個字符數據的奇偶校驗方法。
循環(huán)冗余校驗（CRC)域占用兩個字節(jié),包含了一個16位的二進制值。CRC值由傳送設備計算出來，然后附加到數據幀上,接收設備在接收數據時重新計算CRC值，然后與接收到的CRC域中的值進行比較，如果這兩個值不相等，就發(fā)生了錯誤。
CRC開始時先把寄存器的16位全部置成“1”,然后把相鄰2個8位字節(jié)的數據放入當前寄存器中,只有每個字符的8位數據用作產生CRC,起始位，停止位和奇偶校驗位不加到CRC中。
在生成CRC時，每個8位字節(jié)與寄存器中的內容進行異或,然后將結果向低位移位，高位則用“0”補充，最低位(LSB）移出并檢測,如果是1,該寄存器就與一個預設的固定值進行一次異或運算，如果最低位為0，不作任何處理。
上述處理重復進行，知道執(zhí)行完了8次移位操作，當最后一位（第8位)移完以后，下一個8位字節(jié)與寄存器材的當前值進行異或運算，同樣進行上述的另一個8次移位異或操作，當數據幀中的所有字節(jié)都作了處理，生成的最終值就是CRC值。
生成一個CRC的流程為:
1、 預置一個16位寄存器為0FFFFH（全1），稱之為CRC寄存器。
2、 把數據幀中的第一個8位字節(jié)與CRC寄存器中的低字節(jié)進行異或運算，結果存回CRC寄存器。
3、 將CRC寄存器向右移一位,最高位填以0，最低位移出并檢測。
4、 如果最低位為0：重復第3步（下一次移位)。
如果最低位為1：將CRC寄存器與一個預設的固定值(0A001H）進行異或運算。
5、 重復第3步和第4步直到8次移位。這樣處理完了一個完整的八位.
6、 重復第2步到第5步來處理下一個八位，直到所有的字節(jié)處理結束.
7、 最終CRC寄存器得值就是CRC的值。
CRC值附加到信息時,低位在先，高位在后.查閱附錄C中的一個實例，它詳細說明了CRC的校驗。
