一文详解Modbus RTU数据帧格式
在介绍modbus rtu数据帧格式之前，首先让我们先了解一下modbus的通讯模式。
modbus通讯模式
modbus协议是典型的主-从通讯结构，链路中只能有一台主设备，可以有多台从设备。主设备向从设备发送请求指令，从设备对该指令进行响应。从设备不能主动向主设备发送指令，并且从设备之间也不能进行通信。
modbus协议通过这些请求、响应指令，实现了主设备对从设备中数字量或模拟量数据的访问和控制。通常，主设备是人机界面、监控或数据采集系统，从设备是传感器、可编程自动化控制器、智能仪器仪表等。
modbus数据帧格式
知道了modbus是典型的主-从式通讯方式后，我们再来看modbus rtu数据帧格式。
modbus rtu数据帧由四部分组成，设备地址，功能码，数据和校验。
设备地址 功能码 数据 校验
1个字节 1个字节 0~252字节 2个字节
设备地址占1个字节，范围是0~255之间。0是广播地址，1~247是从站设备地址，248~255保留不用。
功能码占1个字节，由协议明确规定，表中列出了一些常用的功能码。譬如03功能码是读保持寄存器，16功能码是写多个寄存器。
功能码 名称 作用
02 读离散量输入 读取离散量输入的状态
05 写单个线圈 强置一个逻辑线圈的通断状态
03 读取保持寄存器 读取多个保持寄存器的当前值
04 读输入寄存器 读取输入寄存器的当前值
16 写多个寄存器 将数值写入一连串寄存器中
... _ _
数据部分0~252字节，其长度和内容由功能码决定。功能码不同，数据部分的定义不尽相同。
校验2个字节，由发送设备计算，将校验码之前的数据按照crc16算法进行计算，生成2个字节的数据，放置于发送信息的尾部。接受信息的设备再重新计算接收到的信息的crc码，比较计算得到的crc码是否与接收到的相符，如果不相符，则表明数据在传输过程中出错。通过数据校验增加了系统的安全与效率。
常用功能码数据帧格式
1) 功能码-0x04(读输入寄存器)
举例：读取2号站，30008~30009 2个输入寄存器的数值。
modbus rtu主站设备请求帧格式：
设备
地址
[1字节] 功能码
[1字节] 起始地址
[2字节] 寄存器数量
[2字节] 校验[2字节]
高8位 低8位 高8位 低8位 高8位 低8位
0x02 0x04 0x00 0x07 0x00 0x02 0xc0 0x39
2号站设备响应帧格式：
设备
地址
(1字节) 功能码
(1字节) 字节数
(1字节) 寄存器值
[寄存器数量*2字节] 校验[2字节]
寄存器1
[高8位] 寄存器1
[低8位] ... 寄存器n
[高8位] 寄存器n
[低8位] 高8位 低8位
0x02 0x04 0x04 0x08 0x20 0x1a 0x43 0x81 0xbf
_ _ _ 寄存器
30008数值 _ 寄存器
30009数值 _ _
2) 功能码-0x10(写多个寄存器)
举例：向2号站，40002~40003 2个保持寄存器分别写入0x000a,0x0102数值
modbus rtu主站设备请求帧格式[点击下图可放大查看]：
2号站设备响应帧格式：
设备
地址
[1字节] 功能码
[1字节] 起始地址
[2字节] 寄存器数量
[2字节] 校验[2字节]
高8位 低8位 高8位 低8位 高8位 低8位
0x02 0x10 0x00 0x01 0x00 0x02 0x10 0x3b
3) 功能码-0x02(读离散量输入)
举例：读取2号站，10197~10218 22个离散量的状态。
modbus rtu主站设备请求帧格式：
设备
地址
[1字节] 功能码
[1字节] 起始地址
[2字节] 离散输入数量
[2字节] 校验[2字节]
高8位 低8位 高8位 低8位 高8位 低8位
0x02 0x02 0x00 0xc4 0x00 0x16 0xb8 0x0a
2号站设备响应帧格式：
设备
地址
[1字节] 功能码
[1字节] 字节数
[1字节] 离散量输入状态 校验[2字节]
离散量
1-8 离散量
9-16 ... 离散量
n~n+7 高8位 低8位
0x02 0x02 0x03 0xac 0xdb _ 0x35 0x22 0xbb
数据传输模式
通过前面的介绍，可以看到modbus rtu协议数据帧是没有起始符和结束符，所以两个数据帧之间需要靠时间间隔来区分。协议中规定信息帧发送至少要有3.5个字符时间的停顿间隔。即在一个数据帧的最后一个字符传输完成之后，需要至少3.5个字符时间的停顿标定数据帧的结束，一个新的数据帧可在此停顿之后开始。如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前个消息开始，接受的设备将认为它是前一数据帧的延续，这将导致crc校验出错。同时整个数据帧必须作为一连续的流传输。如果在帧完成之前有超过1.5字符时间的停顿时间，接受设备将刷新不完整的数据帧从而认为存在丢包现象。
那么一个字符是什么呢，他由1个bit起始位，8bit数据位，1个bit奇偶校验位，1个bit停止位组成，在发送时从起始位开始。
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modbus数据帧格式
知道了modbus是典型的主-从式通讯方式后，我们再来看modbus rtu数据帧格式。
modbus rtu数据帧由四部分组成，设备地址，功能码，数据和校验。
设备地址 功能码 数据 校验
1个字节 1个字节 0~252字节 2个字节
设备地址占1个字节，范围是0~255之间。0是广播地址，1~247是从站设备地址，248~255保留不用。
功能码占1个字节，由协议明确规定，表中列出了一些常用的功能码。譬如03功能码是读保持寄存器，16功能码是写多个寄存器。
功能码 名称 作用
02 读离散量输入 读取离散量输入的状态
05 写单个线圈 强置一个逻辑线圈的通断状态
03 读取保持寄存器 读取多个保持寄存器的当前值
04 读输入寄存器 读取输入寄存器的当前值
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... _ _
数据部分0~252字节，其长度和内容由功能码决定。功能码不同，数据部分的定义不尽相同。
校验2个字节，由发送设备计算，将校验码之前的数据按照crc16算法进行计算，生成2个字节的数据，放置于发送信息的尾部。接受信息的设备再重新计算接收到的信息的crc码，比较计算得到的crc码是否与接收到的相符，如果不相符，则表明数据在传输过程中出错。通过数据校验增加了系统的安全与效率。
常用功能码数据帧格式
1) 功能码-0x04(读输入寄存器)
举例：读取2号站，30008~30009 2个输入寄存器的数值。
modbus rtu主站设备请求帧格式：
设备
地址
[1字节] 功能码
[1字节] 起始地址
[2字节] 寄存器数量
[2字节] 校验[2字节]
高8位 低8位 高8位 低8位 高8位 低8位
0x02 0x04 0x00 0x07 0x00 0x02 0xc0 0x39
2号站设备响应帧格式：
设备
地址
(1字节) 功能码
(1字节) 字节数
(1字节) 寄存器值
[寄存器数量*2字节] 校验[2字节]
寄存器1
[高8位] 寄存器1
[低8位] ... 寄存器n
[高8位] 寄存器n
[低8位] 高8位 低8位
0x02 0x04 0x04 0x08 0x20 0x1a 0x43 0x81 0xbf
_ _ _ 寄存器
30008数值 _ 寄存器
30009数值 _ _
2) 功能码-0x10(写多个寄存器)
举例：向2号站，40002~40003 2个保持寄存器分别写入0x000a,0x0102数值
modbus rtu主站设备请求帧格式[点击下图可放大查看]：
2号站设备响应帧格式：
设备
地址
[1字节] 功能码
[1字节] 起始地址
[2字节] 寄存器数量
[2字节] 校验[2字节]
高8位 低8位 高8位 低8位 高8位 低8位
0x02 0x10 0x00 0x01 0x00 0x02 0x10 0x3b
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举例：读取2号站，10197~10218 22个离散量的状态。
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设备
地址
[1字节] 功能码
[1字节] 起始地址
[2字节] 离散输入数量
[2字节] 校验[2字节]
高8位 低8位 高8位 低8位 高8位 低8位
0x02 0x02 0x00 0xc4 0x00 0x16 0xb8 0x0a
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地址
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1-8 离散量
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