Modbus功能码

Modbus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。其系统结构既包括硬件、亦包括软件。它可应用于各种数据采集和过程监控。下表1是ModBus的功能码定义。

表1 ModBus功能码

功能码	名称	作用
01	读取线圈状态	取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF)
02	读取输入状态	取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF)
03	读取保持寄存器	在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值
04	读取输入寄存器	在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值
05	强置单线圈	强置一个逻辑线圈的通断状态
06	预置单寄存器	把具体二进值装入一个保持寄存器
07	读取异常状态	取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址由控制器决定，用户逻辑可以将这些线圈定义，以说明从机状态，短报文适宜于迅速读取状态
08	回送诊断校验	把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴
09	编程（只用于484）	使主机模拟编程器作用，修改PC从机逻辑
10	控询（只用于484）	可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信，探询该从机是否已完成其操作任务，仅在含有功能码9的报文发送后，本功能码才发送
11	读取事件计数	可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其是该命令或其他应答产生通信错误时
12	读取通信事件记录	可是主机检索每台从机的ModBus事务处理通信事件记录。如果某项事务处理完成，记录会给出有关错误
13	编程（184/384 484 584）	可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑
14	探询（184/384 484 584）	可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机是否已完成其程序操作，仅在含有功能13的报文发送后，本功能码才得发送
15	强置多线圈	强置一串连续逻辑线圈的通断
16	预置多寄存器	把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器
17	报告从机标识	可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状态
18	（884和MICRO 84）	可使主机模拟编程功能，修改PC状态逻辑
19	重置通信链路	发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置顺序字节
20	读取通用参数（584L）	显示扩展存储器文件中的数据信息
21	写入通用参数（584L）	把通用参数写入扩展存储文件，或修改之
22～64	保留作扩展功能备用
65～72	保留以备用户功能所用	留作用户功能的扩展编码
73～119	非法功能
120～127	保留	留作内部作用
128～255	保留	用于异常应答

Modbus网络只是一个主机，所有通信都由他发出。网络可支持247个之多的远程从属控制器，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。采用这个系 统，各PC可以和中心主机交换信息而不影响各PC执行本身的控制任务。表2是ModBus各功能码对应的数据类型。

表2 ModBus功能码与数据类型对应表

代码	功能	数据类型
01	读	位
02	读	位
03	读	整型、字符型、状态字、浮点型
04	读	整型、状态字、浮点型
05	写	位
06	写	整型、字符型、状态字、浮点型
08	N/A	重复“回路反馈”信息
15	写	位
16	写	整型、字符型、状态字、浮点型
17	读	字符型

（1）ModBus的传输方式

在ModBus系统中有2种传输模式可选择。这2种传输模式与从机PC通信的能力是同等的。选择时应视所用ModBus主机而定， 每个ModBus系统只能使用一种模式，不允许2种模式混用。一种模式是ASCII（美国信息交换码），另一种模式是RTU（远程终端设备）这两种模式的 定义见表3

表3 ASCII和RTU传输模式的特性

特性		ASCII(7位）	RTU(8位）
编码系统		十六进制（使用ASCII可打印字符：0～9，A～F)	二进制
每一个字符的位数	开始位	1位	1位
	数据位（最低有效位第一位）	7位	8位
	奇偶校验（任选）	1位（此位用于奇偶校验，无校应则无该位）	1位（此位用于奇偶校验，无校应则无该位）
	停止位	1或2位	1或2位
	错误校验	LRC（即纵向冗余校验）	CRC(即循环冗余校验）

ASCII可打印字符便于故障检测，而且对于用高级语言（如Fortan）编程的主计算机及主PC很适宜。RTU则适用于机器语言编程的计算机和PC主机。

用RTU模式传输的数据是8位二进制字符。如欲转换为ASCII模式，则每个RTU字符首先应分为高位和低位两部分，这两部分各含4位，然后转换成十六进 制等量值。用以构成报文的ASCII字符都是十六进制字符。ASCII模式使用的字符虽是RTU模式的两倍，但ASCII数据的译玛和处理更为容易一些， 此外，用RTU模式时报文字符必须以连续数据流的形式传送，用ASCII模式，字符之间可产生长达1s的间隔，以适应速度较快的机器。表4给出了以RTU 方式读取整数据的例子

以RTU方式读取整数据的例子

主机请求
地址	功能码	第一个寄存器的高位地址	第一个寄存器的低位地址	寄存器的数量的高位	寄存器的数量的底位	错误校验
01	03	00	38	00	01	XX

从机应答
地址	功能码	字节数	数据高字节	数据低字节	错误校验
01	03	2	41	24	XX
十六进制数4124表示的十进制整数为16676，错误校验值要根据传输方式而定。

（2）Modbus的数据校验方式

CRC-16（循环冗余错误校验）

CRC-16错误校验程序如下：报文（此处只涉及数据位，不指起始位、停止位和任选的奇偶校验位）被看作是一个连续的二进制，其最高有效位（MSB）首选 发送。报文先与X↑16相乘（左移16位），然后看X↑16 X↑15 X↑2 1除，X↑16 X↑15 X↑2 1可以表示为二进制数 11000000000000101。整数商位忽略不记，16位余数加入该报文（MSB先发送），成为2个CRC校验字节。余数中的1全部初始化，以免所 有的零成为一条报文被接收。经上述处理而含有CRC字节的报文，若无错误，到接收设备后再被同一多项式（X↑16 X↑15 X↑2 1）除，会得到一个 零余数（接收设备核验这个CRC字节，并将其与被传送的CRC比较）。全部运算以2为模（无进位）。

习惯于成串发送数据的设备会首选送出字符的最右位（LSB-最低有效位）。而在生成CRC情况下，发送首位应是被除数的最高有效位MSB。由于在运算中不 用进位，为便于操作起见，计算CRC时设MSB在最右位。生成多项式的位序也必须反过来，以保持一致。多项式的MSB略去不记，因其只对商有影响而不影响 余数。

生成CRC-16校验字节的步骤如下：

①装如一个16位寄存器，所有数位均为1。

②该16位寄存器的高位字节与开始8位字节进行“异或”运算。运算结果放入这个16位寄存器。

③把这个16寄存器向右移一位。

④若向右（标记位）移出的数位是1，则生成多项式1010000000000001和这个寄存器进行“异或”运算；若向右移出的数位是0，则返回③。

⑤重复③和④，直至移出8位。

⑥另外8位与该十六位寄存器进行“异或”运算。

⑦重复③~⑥，直至该报文所有字节均与16位寄存器进行“异或”运算，并移位8次。

⑧这个16位寄存器的内容即2字节CRC错误校验，被加到报文的最高有效位。

另外，在某些非ModBus通信协议中也经常使用CRC16作为校验手段，而且产生了一些CRC16的变种，他们是使用CRC16多项式X↑16 X↑15 X↑2 1，单首次装入的16位寄存器为0000；使用CRC16的反序X↑16 X↑14 X↑1 1，首次装入寄存器值为0000或 FFFFH。

LRC（纵向冗余错误校验）

LRC错误校验用于ASCII模式。这个错误校验是一个8位二进制数，可作为2个ASCII十六进制字节传送。把十六进制字符转换成二进制，加上无循环进 位的二进制字符和二进制补码结果生成LRC错误校验（参见图）。这个LRC在接收设备进行核验，并与被传送的LRC进行比较，冒号（：）、回车符号 （CR）、换行字符（LF）和置入的其他任何非ASCII十六进制字符在运算时忽略不计。

表5 LRC生成范例－－读取02号从机的前8个线圈

十六进制 二进制

地址 0 2 0000 0010 功能码 0 1 0000 0001 起始地址高位 0 0 0000 0000 起始地址低位 0 0 0000 0000 单元数量 0 0 0000 0000 0 8 0000 1000 0000 1011 变成补码 1111 0101 错误校验 F 5 F 5 接受PC把所有收到的数据字节（包括最后的LRC）加在一起，8位应全部为0（注意：和可能超过8位，应略去最低位） 0000 0010 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 错误校验 1111 0101 和 0000 0000