参考资料：Modbus软件开发实战指南
Modbus是一种串口通信协议，随着技术的发展modbus也有对应的TCP/IP版本（标准端口502）。本文只记录modbus串口协议相关内容。
在串口modbus协议网络中多个串口设备连接到一根总线上，所以这个网络中的任何设备都可以接收到其他设备发出的报文。Modbus串口协议网络中只存在一个主设备（master），所有的主动请求命令都由这个master发出，其他设备称为slave，只能对master发出的命令做出响应。
常见的Modbus调试软件有modbus poll和modbus slave，前者可以模拟master设备，后者模拟slave设备（下载地址）。在一台电脑上模拟串口需要虚拟串口软件VSPD。
Modbus有两种编码方式：RTU和ASCII，二者不能混用，即同一个系统中只能存在一种编码方式。RTU是二进制形式；ASCII将RTU中的一个字节拆成两个字节，每个字节对应一个ASCII码，并且ASCII格式的帧由冒号作为帧头。本文主要介绍RTU格式的帧。
Modbus的报文格式（RTU）如下所示：
|
地址（1byte） |
功能码（1byte） |
数据（0~n） |
校验位（2byte） |
地址：
取值范围1~247，0为广播地址，slave对地址为0的报文做出动作之后不发出应答报文。
功能码：
三个类别：标准中定义的；自定义的（65~72和100~110）；预留的。
Slave收到指令后如果出现异常则将接收到的命令中的功能码最高位置1并将指令发出，所以功能码128~255为异常响应码。
功能码分为两类，位操作与字操作。位操作的基本单元是bit，字操作最小单位是2byte。
数据：
数据的基本单位是字节（byte），数据位包含两种类型的数据：寄存器的起止和有效数据。对于包含有效数据的数据区间，第一个字节表示数据区间有效数据的字节数。如果数据位表示的是寄存器的起始和结束位置，则数据区间有4个字节，前两个字节表示寄存器的起始位置，后两个字节表示读取的字节数。
校验位：
RTU报文最后两个字节是校验位，一般使用的算法是CRC-16。
Modbus寄存器地址分配
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寄存器种类 |
PLC地址 |
Modbus协议地址 |
简称 |
读写状态 |
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线圈状态 |
00001~09999 |
0000H~FFFFH |
0x |
WR |
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离散输入状态 |
10001~19999 |
0000H~FFFFH |
1x |
R |
|
保持寄存器 |
40001~49999 |
0000H~FFFFH |
4x |
WR |
|
输入寄存器 |
30001~39999 |
0000H~FFFFH |
3x |
R |
Modbus协议地址和设备（PLC）地址有一个映射关系，设备地址均映射到modbus协议中的0000H~FFFFH，因为不同寄存器的命令不同所以不会出现冲突。
Modbus报文示例（RTU，16进制）：
Master发出的报文：01 03 00 00 00 0A C5 CD
01：设备地址为1
功能码03：读保持寄存器
00 00 ：寄存器起始地址为0
00 0A：读10个字（20个字节）
C5 CD：校验码
结合功能码03可知读PLC40001~40020，共20个字节。
Slave返回的报文：
01 03 14 00 01 00 02 00 03 00 04 00 05 00 06 00 07 00 08 00 09 00 0A 8F 16
01：设备地址
03：读保持寄存器
0x14：数据区域有20字节的有效数据
0x14后的20个字节都是有效数据
8F 16：校验位