### Modbus协议解析
#### 一、概述
Modbus是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，它主要用于连接工业电子设备，如可编程逻辑控制器(PLC)、传感器等，实现它们之间的数据交换。Modbus协议简单易用，具有良好的开放性和兼容性，因此被广泛采用。本文将详细介绍Modbus协议的基本概念、格式以及主要功能码。
#### 二、Modbus协议基本格式
Modbus协议支持两种主要的数据传输模式：ASCII和RTU。其中，RTU（Remote Terminal Unit，远程终端单元）模式因其高效性和抗干扰能力而更常用。下面将以RTU模式为例进行说明：
1. **报文结构**：
- **从站地址**：1字节，标识目标设备的地址。
- **功能码**：1字节，用于指定执行的操作类型。
- **起始地址**：2字节，指明读取或写入的起始位置。
- **数据长度**：2字节，表示读取或写入数据的数量。
- **校验码**：2字节，使用CRC校验算法确保数据传输的完整性。
2. **示例**：
- **查询报文**：“010300000001840A”
- 01：从站地址
- 03：功能码，表示读取保持寄存器
- 0000：起始地址
- 0001：数据长度，读取1个寄存器
- 840A：CRC校验码
- **回复报文**：“01030002…”
- 01：从站地址
- 03：功能码
- 0002：字节长度，表明返回2个字节的数据
- 数据1, 数据2：具体的数据值
- 校验码
#### 三、Modbus功能码详解
Modbus协议定义了一系列的功能码，用于实现不同的操作功能。常见的功能码及其用途如下：
1. **读取线圈状态 (01)**：获取一组逻辑线圈的当前状态（开/关）。
2. **读取输入状态 (02)**：获取一组开关输入的当前状态（开/关）。
3. **读取保持寄存器 (03)**：获取一个或多个保持寄存器中的当前二进制值。
4. **读取输入寄存器 (04)**：获取一个或多个输入寄存器中的当前二进制值。
5. **强置单线圈 (05)**：设置一个逻辑线圈的通断状态。
6. **预置单寄存器 (06)**：将特定的二进制值写入一个保持寄存器。
7. **读取事件计数 (11)**：获取从站的事件计数。
8. **读取通信事件记录 (12)**：检索每台从机的Modbus通信事件记录。
9. **强置多线圈 (15)**：设置一系列连续逻辑线圈的通断状态。
10. **预置多寄存器 (16)**：将一系列特定的二进制值写入连续的保持寄存器。
#### 四、数据格式说明
1. **起始地址**：标识数据起始位置，通常用于定位寄存器或线圈的位置。
2. **数据长度**：指明读取或写入的数据数量。
3. **字节长度**：对于模拟量数据，字节长度等于数据长度乘以2；对于开关量数据，字节长度等于数据长度除以8。
4. **实际数据计算方法**：
- 模拟量数据：实际数据 = 高八位 * 256 + 低八位。
- 开关量数据：一个字节表示八个开关量状态，从高到低排列。
#### 五、Modbus ASCII协议转换
对于ASCII协议的Modbus报文，可以通过以下步骤从RTU协议报文转换而来：
1. **移除CRC校验并计算LRC校验**。
2. **将每个字节转换为两个字节的ASCII码**。
3. **添加起始标记“:”**。
4. **在报文末尾添加结束标记CR, LF**。
通过以上步骤，可以轻松地将RTU报文转换为ASCII报文格式，以适应不同的通信需求。
#### 六、总结
Modbus协议作为一种成熟的工业通信标准，在工业自动化领域占据着重要的地位。通过对Modbus协议格式、功能码以及数据格式的理解，可以更好地利用这一协议进行设备间的通信与数据交换。无论是简单的状态读取还是复杂的多寄存器操作，Modbus都能提供相应的解决方案，满足工业自动化控制的各种需求。
