Modbus RTU指令手册

完整的技术参考指南

目录

概述

Modbus是一种串行通信协议，最初由Modicon公司（现在的施耐德电气）在1979年发布，用于PLC（可编程逻辑控制器）间的通信。Modbus RTU是Modbus协议的一种实现方式，采用二进制编码，适用于串行通信。

特点

帧格式

Modbus RTU消息帧由以下部分组成：

字段 字节长度 描述
设备地址 1 从机地址（0-247）
功能码 1 指定要执行的操作
数据区 0-252 包含发送的数据或请求参数
CRC校验 2 循环冗余校验码
注意：在RTU模式下，消息帧必须以至少3.5个字符时间的静默间隔开始和结束。

功能码详解

功能码定义了Modbus消息的类型和操作。以下是常用的功能码：

功能码 名称 操作
01 (0x01) 读线圈状态 读取一组开关输出状态（线圈）
02 (0x02) 读离散输入状态 读取一组开关输入状态（触点）
03 (0x03) 读保持寄存器 读取一组模拟输出值（保持寄存器）
04 (0x04) 读输入寄存器 读取一组模拟输入值（输入寄存器）
05 (0x05) 写单个线圈 写入单个线圈状态
06 (0x06) 写单个保持寄存器 写入单个保持寄存器值
15 (0x0F) 写多个线圈 写入多个线圈状态
16 (0x10) 写多个保持寄存器 写入多个保持寄存器值

功能码 01 (0x01) - 读线圈状态

此功能码用于读取从机的一个或多个线圈状态。

请求帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x01
起始地址高字节 2 线圈起始地址高位
起始地址低字节 3 线圈起始地址低位
线圈数量高字节 4 要读取的线圈数量高位
线圈数量低字节 5 要读取的线圈数量低位
CRC低字节 6 CRC校验低位
CRC高字节 7 CRC校验高位

响应帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x01
字节数 2 后续数据字节数
线圈状态 3-n 线圈状态数据（每个位代表一个线圈）
CRC低字节 n+1 CRC校验低位
CRC高字节 n+2 CRC校验高位

示例

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x01
起始地址: 0x0013 (寄存器20)
线圈数量: 0x0013 (19个线圈)
CRC: 0x0000 (示例值)

完整帧: 01 01 00 13 00 13 00 00

功能码 02 (0x02) - 读离散输入状态

此功能码用于读取从机的一个或多个离散输入状态。

请求帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x02
起始地址高字节 2 离散输入起始地址高位
起始地址低字节 3 离散输入起始地址低位
输入数量高字节 4 要读取的输入数量高位
输入数量低字节 5 要读取的输入数量低位
CRC低字节 6 CRC校验低位
CRC高字节 7 CRC校验高位

响应帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x02
字节数 2 后续数据字节数
输入状态 3-n 输入状态数据（每个位代表一个输入）
CRC低字节 n+1 CRC校验低位
CRC高字节 n+2 CRC校验高位

示例

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x02
起始地址: 0x0000 (输入0)
输入数量: 0x0010 (16个输入)
CRC: 0x0000 (示例值)

完整帧: 01 02 00 00 00 10 00 00

功能码 03 (0x03) - 读保持寄存器

此功能码用于读取从机的一个或多个保持寄存器的值。

请求帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x03
起始地址高字节 2 寄存器起始地址高位
起始地址低字节 3 寄存器起始地址低位
寄存器数量高字节 4 要读取的寄存器数量高位
寄存器数量低字节 5 要读取的寄存器数量低位
CRC低字节 6 CRC校验低位
CRC高字节 7 CRC校验高位

响应帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x03
字节数 2 后续数据字节数
寄存器值 3-n 寄存器值数据（每个寄存器占2个字节）
CRC低字节 n+1 CRC校验低位
CRC高字节 n+2 CRC校验高位

示例

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x03
起始地址: 0x006B (寄存器108)
寄存器数量: 0x0003 (3个寄存器)
CRC: 0x0000 (示例值)

完整帧: 01 03 00 6B 00 03 00 00

功能码 04 (0x04) - 读输入寄存器

此功能码用于读取从机的一个或多个输入寄存器的值。

请求帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x04
起始地址高字节 2 输入寄存器起始地址高位
起始地址低字节 3 输入寄存器起始地址低位
寄存器数量高字节 4 要读取的寄存器数量高位
寄存器数量低字节 5 要读取的寄存器数量低位
CRC低字节 6 CRC校验低位
CRC高字节 7 CRC校验高位

响应帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x04
字节数 2 后续数据字节数
寄存器值 3-n 寄存器值数据（每个寄存器占2个字节）
CRC低字节 n+1 CRC校验低位
CRC高字节 n+2 CRC校验高位

示例

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x04
起始地址: 0x0008 (输入寄存器8)
寄存器数量: 0x0002 (2个寄存器)
CRC: 0x0000 (示例值)

完整帧: 01 04 00 08 00 02 00 00

功能码 05 (0x05) - 写单个线圈

此功能码用于写入从机的单个线圈状态。

请求帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x05
输出地址高字节 2 线圈地址高位
输出地址低字节 3 线圈地址低位
输出值高字节 4 线圈值高位（0xFF为ON，0x00为OFF）
输出值低字节 5 线圈值低位（0x00）
CRC低字节 6 CRC校验低位
CRC高字节 7 CRC校验高位

响应帧格式

响应帧与请求帧相同，表示操作成功。

示例

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x05
输出地址: 0x00AC (线圈172)
输出值: 0xFF00 (设置为ON)
CRC: 0x0000 (示例值)

完整帧: 01 05 00 AC FF 00 00 00

功能码 06 (0x06) - 写单个保持寄存器

此功能码用于写入从机的单个保持寄存器值。

请求帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x06
寄存器地址高字节 2 寄存器地址高位
寄存器地址低字节 3 寄存器地址低位
寄存器值高字节 4 寄存器值高位
寄存器值低字节 5 寄存器值低位
CRC低字节 6 CRC校验低位
CRC高字节 7 CRC校验高位

响应帧格式

响应帧与请求帧相同，表示操作成功。

示例

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x06
寄存器地址: 0x0001 (寄存器2)
寄存器值: 0x0003 (设置为3)
CRC: 0x0000 (示例值)

完整帧: 01 06 00 01 00 03 00 00

功能码 15 (0x0F) - 写多个线圈

此功能码用于写入从机的多个线圈状态。

请求帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x0F
起始地址高字节 2 线圈起始地址高位
起始地址低字节 3 线圈起始地址低位
线圈数量高字节 4 要写的线圈数量高位
线圈数量低字节 5 要写的线圈数量低位
字节数 6 后续数据字节数
线圈值 7-n 线圈状态数据（每个位代表一个线圈）
CRC低字节 n+1 CRC校验低位
CRC高字节 n+2 CRC校验高位

响应帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x0F
起始地址高字节 2 线圈起始地址高位
起始地址低字节 3 线圈起始地址低位
线圈数量高字节 4 线圈数量高位
线圈数量低字节 5 线圈数量低位
CRC低字节 6 CRC校验低位
CRC高字节 7 CRC校验高位

示例

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x0F
起始地址: 0x0010 (线圈16)
线圈数量: 0x000A (10个线圈)
字节数: 0x02 (2个字节)
线圈值: 0xFF 0x03 (设置线圈16-23为ON，线圈24-25为ON，其余为OFF)
CRC: 0x0000 (示例值)

完整帧: 01 0F 00 10 00 0A 02 FF 03 00 00

功能码 16 (0x10) - 写多个保持寄存器

此功能码用于写入从机的多个保持寄存器值。

请求帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x10
起始地址高字节 2 寄存器起始地址高位
起始地址低字节 3 寄存器起始地址低位
寄存器数量高字节 4 要写的寄存器数量高位
寄存器数量低字节 5 要写的寄存器数量低位
字节数 6 后续数据字节数（寄存器数×2）
寄存器值 7-n 寄存器值数据（每个寄存器占2个字节）
CRC低字节 n+1 CRC校验低位
CRC高字节 n+2 CRC校验高位

响应帧格式

字段 字节索引 描述
设备地址 0 从机地址
功能码 1 0x10
起始地址高字节 2 寄存器起始地址高位
起始地址低字节 3 寄存器起始地址低位
寄存器数量高字节 4 寄存器数量高位
寄存器数量低字节 5 寄存器数量低位
CRC低字节 6 CRC校验低位
CRC高字节 7 CRC校验高位

示例

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x10
起始地址: 0x0001 (寄存器2)
寄存器数量: 0x0002 (2个寄存器)
字节数: 0x04 (4个字节)
寄存器值: 0x000A 0x0102 (寄存器2设为10，寄存器3设为258)
CRC: 0x0000 (示例值)

完整帧: 01 10 00 01 00 02 04 00 0A 01 02 00 00

错误码

当发生错误时，从机会返回异常响应，功能码最高位置1，并附带异常码：

异常码 含义 描述
01 (0x01) ILLEGAL FUNCTION 功能码不支持
02 (0x02) ILLEGAL DATA ADDRESS 数据地址无效
03 (0x03) ILLEGAL DATA VALUE 数据值无效
04 (0x04) SLAVE DEVICE FAILURE 从机设备故障
05 (0x05) ACKNOWLEDGE 确认
06 (0x06) SLAVE DEVICE BUSY 从机设备忙
08 (0x08) MEMORY PARITY ERROR 存储奇偶校验错误
10 (0x0A) GATEWAY PATH UNAVAILABLE 网关路径不可用
11 (0x0B) GATEWAY TARGET DEVICE FAILED TO RESPOND 网关目标设备无响应

异常响应格式

字段 描述
设备地址 从机地址
功能码 原功能码+0x80
异常码 异常类型
CRC CRC校验

CRC校验

Modbus RTU使用16位循环冗余校验（CRC）来检测传输错误。

CRC算法

CRC计算示例

假设消息帧为：01 03 00 6B 00 03
计算步骤：
1. 初始化CRC寄存器为0xFFFF
2. 对每个数据字节进行处理
3. 最终结果取反并交换高低字节

计算得到的CRC值：71 42
完整帧：01 03 00 6B 00 03 71 42

应用示例

示例1：读取保持寄存器

主机请求读取设备地址为1的从机，起始地址为0x0030的5个保持寄存器：

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x03
起始地址: 0x0030
寄存器数量: 0x0005
CRC: 0x8B7E

完整帧: 01 03 00 30 00 05 8B 7E

从机响应返回5个寄存器的值：

响应帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x03
字节数: 0x0A (10个字节，5个寄存器×2)
寄存器值: 00 0A 01 02 00 00 00 64 00 00
CRC: 0x8B3E

完整帧: 01 03 0A 00 0A 01 02 00 00 00 64 00 00 8B 3E

示例2：写入单个保持寄存器

主机请求将设备地址为1的从机，地址为0x0002的保持寄存器设置为0x01F4：

请求帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x06
寄存器地址: 0x0002
寄存器值: 0x01F4
CRC: 0x1A8F

完整帧: 01 06 00 02 01 F4 1A 8F

从机响应确认写入成功：

响应帧：
设备地址: 0x01
功能码: 0x06
寄存器地址: 0x0002
寄存器值: 0x01F4
CRC: 0x1A8F

完整帧: 01 06 00 02 01 F4 1A 8F
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