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MODBUS RTU通信协议详解与调试指南

news 来源：原创 2025/6/8 16:52:44

一、MODBUS RTU简介

MODBUS RTU（Remote Terminal Unit）是一种基于串行通信（RS-485/RS-232）的工业标准协议，采用二进制数据格式，具有高效、可靠的特点，广泛应用于PLC、传感器、变频器等工业设备。

1. 主要特点

  • 通信方式：主从模式（Master/Slave）

  • 传输介质：RS-485（推荐）/ RS-232

  • 数据格式：二进制（HEX）

  • 校验方式：CRC-16（循环冗余校验）

  • 默认波特率：9600、19200、38400、115200等

  • 最大从站地址：247（地址范围1~247，0为广播地址）

二、MODBUS RTU数据帧格式

1. 基本帧结构

字段说明长度（字节）
从站地址设备地址（1~247）1
功能码操作类型（读/写等）1
数据域寄存器地址、数据等N
CRC校验循环冗余校验（低字节在前）2

2. 常用功能码

功能码名称操作
01读取线圈状态读取单个/多个DO（0x/1x）
02读取输入状态读取DI（1x）
03读取保持寄存器读取多个AO（4x）
04读取输入寄存器读取AI（3x）
05写单个线圈控制单个DO（0x）
06写单个寄存器写入单个AO（4x）
10（0x10）写多个寄存器写入多个AO（4x）

三、MODBUS RTU通信示例

1. 读取保持寄存器（功能码03）

请求帧（Master → Slave）：

[从站地址][功能码][起始地址高8位][起始地址低8位][寄存器数量高8位][寄存器数量低8位][CRC低8位][CRC高8位]

示例：读取从站地址1的保持寄存器40001（0x0000），读取1个寄存器

01 03 00 00 00 01 84 0A

解析：

  • 01：从站地址1

  • 03：功能码03（读保持寄存器）

  • 00 00：寄存器地址0x0000（对应40001）

  • 00 01：读取1个寄存器

  • 84 0A：CRC校验

响应帧（Slave → Master）：

[从站地址][功能码][字节数][数据1高8位][数据1低8位][CRC低8位][CRC高8位]

示例：返回数据1234（0x04D2）

01 03 02 04 D2 B8 5F

解析：

  • 01：从站地址1

  • 03：功能码03

  • 02：返回2字节数据

  • 04 D2：数据0x04D2（十进制1234）

  • B8 5F：CRC校验

四、MODBUS RTU调试方法

1. 使用串口调试助手

  1. 连接设备：

    • 使用USB转485转换器连接PC和设备

    • 确保A/B线正确连接（A-A，B-B）

    • 终端电阻（120Ω）在长距离通信时需启用

  2. 参数设置：

    • 波特率：9600（默认）

    • 数据位：8

    • 停止位：1

    • 校验位：无

  3. 发送MODBUS RTU指令：

    • 输入16进制格式指令，如 01 03 00 00 00 01 84 0A

    • 点击发送，观察返回数据

  4. 解析响应：

    • 检查返回的CRC是否正确

    • 解析数据域（如 04 D2 表示1234）

2. 使用MODBUS Poll（专业调试工具）

  • 可自动计算CRC

  • 支持多种功能码测试

  • 提供数据解析和图表显示

五、CRC-16校验计算

MODBUS RTU采用CRC-16校验，计算步骤如下（C语言示例）：

c

#include <stdint.h>uint16_t crc16(uint8_t *data, uint16_t length) {uint16_t crc = 0xFFFF;for (uint16_t i = 0; i < length; i++) {crc ^= data[i];for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {if (crc & 0x0001) {crc >>= 1;crc ^= 0xA001;} else {crc >>= 1;}}}return crc;
}

示例：
计算 01 03 00 00 00 01 的CRC：

c

uint8_t data[] = {0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01};
uint16_t crc = crc16(data, 6);  // 返回 0x840A（低字节在前：0A 84）

六、常见问题与解决方案

问题可能原因解决方案
无响应1. 接线错误（A/B反接）
2. 波特率不匹配
3. 从站地址错误		检查接线、波特率、地址
CRC校验错误1. 数据损坏
2. 校验算法错误		检查通信线路，重新计算CRC
返回异常码（错误响应）1. 功能码不支持
2. 寄存器不存在		检查设备文档，确认功能码和寄存器范围

七、总结

  • MODBUS RTU是工业自动化中最常用的串行通信协议之一。

  • 数据帧包含 地址+功能码+数据+CRC，采用 16进制（HEX） 传输。

  • 调试时需确保 波特率、数据位、停止位、校验位 一致。

  • CRC校验 是确保数据完整性的关键。

掌握MODBUS RTU协议，可以高效调试PLC、传感器、变频器等设备，适用于工业自动化、SCADA系统、能源监控等场景。 🚀

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