Modbus 算是嵌入式领域比较经典一种通信协议，不管你是初学者，还是工作多年的工程师，都很有必要了解一下。
1. 什么是 Modbus?
顾名思义 ，它是一个 Bus，即总线协议。比如串口协议、IIC 协议、SPI 都是通信协议。你接触到这种协议，相信你所处的行业是工业电子方面或者你的产品用于工业。
好了，现在知道了大概知道了，这是一个总线协议，是一个 Mod 什么的公司发表的一个通信协议。那为什么要用这个呢? 答案就是他们都在用，你就得学，啊哈哈!
正经的说，它被工业领域所接受的原因是它具备一下三个优点
- 公开发表并且无版权要求
- 易于部署和维护
- 对供应商来说，修改移动本地的比特或字节没有很多限制
简单的概括,就是免费+简单+方便修改 !
归纳：Modbus 就是一种用在工业上的简单协议!
2. Modbus 用来干什么?
用两个字概括：通信
是的，所有协议都是用来通信的，协议的制定就是让两个人根据这个协议看懂传来的一组数据。比如我给你一个6666 ，你要是没有协议，就只知道这是6666 ，而有了协议，你就知道了这是在问我是不是 大佬? 当然，也可以表示其他意思，具体什么意思就看你协议怎么制定！
归纳：Modbus 用来通信喽，是个人都知道！
3. Modbus 的内容是什么?
大致分为以下几种:
- Modbus-RTU
- Modbus-ASCII
- Modbus-TCP
以上三种协议，一个设备只会有一种协议，如果你的设备使用的是 Modbus-RTU，只需查看以下对应部分，一般来说大部分的设备都是 Modbus-RTU 协议的。
4. 通讯过程
Modbus 是主从方式通信 ，也就是说，不能同步进行通信，总线上每次只有一个数据进行传输，即主机发送，从机应答，主机不发送，总线上就没有数据通信。(所以说，这也算是一个缺点了)
举例 1 : 一个总线上有一个主机，多个从机，主机查询其中一个从机，首先你必须得这些从机分配地址(这样才能知道哪个从机，而且每个地址必须唯一)，分配好地址后，主机要查询，然后数据下发(数据内容下面会介绍)，从机得到主机发送的数据,然后对应地址的从机回复，主机得到从机数据，这样就是一个主机到从机的通信过程，是不是很简单呢?
举例 2 : 就像打电话，你得知道对方的电话(这就是唯一地址)，然后你打电话过去，相当于主机查找从机，然后对方接通电话，给你回复(返回数据)，正常是这样的。
如果这时候，对方正在打电话，你应该听到的是"sorry,you… "这一串英文，说明对方忙，但是 Modbus 总线 不能判断对方是否忙，也没有对应的仲裁机制，好了你又知道了一个缺点了！但是，你可以用软件的办法进行适当的处理数据！
5. Modbus-RTU 协议
设备必须要有 RTU 协议！这是 Modbus 协议上规定的，且默认模式必须是 RTU，ASCII 作为选项 。（也就是说，一般的设备只有 RTU 这个协议，ASCII 一般很少）所以说，一般学习 Modbus 协议，只需要了解 RTU 的协议，ASCII 作为学习的了解就足够了。
5.1 帧结构
帧结构 = 地址 + 功能码+ 数据 + 校验
- 地址 : 占用一个字节，范围 0-255，其中有效范围是 1-247，其他有特殊用途，比如 255 是广播地址(广播地址就是应答所有地址，正常的需要两个设备的地址一样才能进行查询和回复)。
- 功能码 ：占用一个字节，功能码的意义就是，知道这个指令是干啥的，比如你可以查询从机的数据，也可以修改数据，所以不同功能码对应不同功能。
- 数据 ：根据功能码不同，有不同结构，在下面的实例中有说明。
- 校验 ：为了保证数据不错误，增加这个，然后再把前面的数据进行计算看数据是否一致，如果一致，就说明这帧数据是正确的，我再回复；如果不一样，说明你这个数据在传输的时候出了问题，数据不对的，所以就抛弃了。
5.2 实战
只谈理论大家可能不太明白，下面举一个例子。Modbus-RTU 协议一般我们用的最多功能码就是 03 和 06 ，大部分都是用 modbus 来查询传感器上的信息用 03 查询功能码，如果需要修改传感器寄存器的值就用 06 修改功能码，其他的不需要过多关注，学多了你也记不住，哈哈哈！
2.1 查询功能码 0x03
功能描述：现在我是主机，我要查询从机地址为 01 的数据。我现在用电脑的 modbus 调试助手来代替主机，stm32 来代替从机。
我需要发送以下数据：
主机发送: 01 03 00 00 00 01 84 0A
从机回复: 01 03 02 19 98 B2 7E那么这一组数据是什么意思呢?
从上面的结构图中，可以看出，主机发送的数据大致是地址+功能码+数据+校验；
所以解析如下:
发送数据解析
01-地址，也就是你传感器的地址
03-功功能码，03代表查询功能，查询传感器的数据
00 00-代表查询的起始寄存器地址.说明从0x0000开始查询。这里需要说明以下，Modbus把数据存放在寄存器中，通过查询寄存器来得到不同变量的值，一个寄存器地址对应2字节数据
00 01-代表查询了一个寄存器.结合前面的00 00,意思就是查询从0开始的1个寄存器值
84 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到84前面为止;
回复数据解析
01-地址，也就是你传感器的地址
03-功功能码，03代表查询功能，查询传感器的数据。这里要注意的是注意发给从机的功能码是啥，从机就要回复同样的功能码，如果不一样说明这一帧数据有错误
02-代表后面数据的字节数,因为上面说到,一个寄存器有2个字节,所以后面的字节数肯定是2*查询的寄存器个数;
19 98-寄存器的值是19 98,结合发送的数据看出,01这个寄存器的值为19 98
B2 7E-循环冗余校验
好了，是不是很简单呢?基本流程就是：
- 发送 ：从机的地址+我要干嘛的功能码+我要查的寄存器的地址+我要查的寄存器地址的个数+校验码
- 回复 ：从机的地址+主机发我的功能码+要发送给主机数据的字节数+数据+校验码
就是这么简单！
2.2 修改功能码 0x06
如果我要修改从机的数据呢?那么这个协议有吗？当然有，那就是 0x06
1、修改—0x06 功能码
主机发送: 01 06 00 00 00 01 48 0A
从机回复: 01 06 00 00 00 01 48 0A诶，看上去怎么一样的啊?是不是错了?答案是这是正确的；
发送数据解析
01-主机要查询的从机地址
06-功能码,06代表修改单个寄存器功能,修改有些不同,有修改一个寄存器和修改多个寄存器;
00 00-代表修改的起始寄存器地址.说明从0x0000开始.
00 01-代表修改的值为00 01.结合前面的00 00,意思就是修改0号寄存器值为00 01;
48 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到48前面为止;
回复数据解析
01-从机返回给主机自己的地址,说明这就是主机查的从机
06-功能码,代表修改单个寄存器功能，主机发啥功能码，从机就必须回什么功能码;
00 00-代表修改的起始寄存器地址.说明是0x0000.
00 01-代表修改的值为00 01.结合前面的00 00,意思就是修改0号寄存器值为00 01;
48 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到48前面为止;
如果回复的一样，说明这个数据是修改成功的；如果功能码不是 06，而是别的，说明从机回复的数据有误，主机可以做相应的处理。
2、修改-0x10 功能码
如果我要修改多个寄存器，难道用 06 发好几次，这样不会太傻了吗？所以 Modbus RTU 协议包含了修改连续多个寄存器的方法，就是功能码为 0x10；这个大家自己去查询，基本和上面的数据格式差不多。
归纳
Modbus-RTU 协议只需要看懂功能码 0x03 、0x06 、0x10 这三个基本的就已经足够了，分别回想下其数据域部分：
0x03—主机需要发送起始地址 +寄存器数量 ，从机回复总字节数 +数据 ；
0x06—主机发送起始地址 +数据内容 （因为你只需要修改一个，所以起始地址就是所要修改的地址），从机返回起始地址 +数据内容 （发现居然一样！）
0x10—主机发送起始地址 +寄存器个数 +总字节数 +数据 ，从机返回起始地址 +寄存器数量
6. Modbus-ACSII 协议
一般只需要了解 RTU 协议，因为前面有说过，必须要有 RTU 协议的，所以只需要了解了 RTU 协议，就可以读出设备信息了，至于 ACSII 协议，做个大概了解即可。
6.1 帧形式
对于 RTU 协议，比如 RTU 发送一个字节：0x12 ；ASCII 协议则需要发送 2 个字节：一个字节代表 ASCII 码 1 ，一个代表 ASCII 码 2 ，即 0x31 和 0x32 ，才能代表 0x12 。所以，ASCII 协议的效率比较低。但是 ASCII 更符合串口打印查看，因为串口发送的数据一般都是文本模式(ASCII)。
比如用 RTU 方式，也叫 16 进制方式，要发 0x03 数据，RTU 方式就发送 00000011 。用 ASCII 发送 0x03 ，就要发送 0 的 ASCII 码 0x30 和 3 的 ASCII 码 0x33 ，对应到 2 进制也就是发送 00110000 和 00110011 。很显然 RTU 方式只需要发送 8 位就可以了(加上起始位和停止位就是 10 位数据)。那么 ASCII 码方式发送就需要两个 8 位(每个 8 位分别加上起始位和停止位就是 20 位数据)。也就是说 ASCII 码发送数据量是 RTU 方式的 2 倍，所以 ASCII 码效率更低。
那么 ASCII 码效率更低，数据发送量大为啥还采用这种方式呢？
因为假如你要发送数据 0x03 ，采用 RTU 方式(16 进制发送)，计算机中端设备接收到 0x03 后是不可以显示的，就是不能把 0x03 打印出来。因为可见字符的 ASCII 码是从 32—126 ，不是这个范围以外的显示屏上都看不到，会出现乱码，如果是串口助手的话就会显示 □□□□。 如果采用 ASCII 方式(文本模式发送)，就不会出现不可显示和乱码的情况，因为文本模式发送 0x03，就是发送 ASCII 码 0 和 ASCII 码 3，也就是 0x30 和 0x33 ，是可以正常显示在计算机中端的。所以现在知道为什么还要使用 ASCII 效率比较低的方式发送了吧，只是为了方便调试显示而已。
从上面的图中，看出：
1）比 RTU 多了起始段: ，多个结束符 CR ，LF
2）地址和功能都变成了 2 个字节 ；
3）数据部分更加繁琐，但是更符合人们的查看；
6.2 归纳
由于 Modbus-RTU 和 Modbus-ACSII 都是基于 232 和 485 链路的，所以其通讯模式半双工，一般是主机和从机的模式。其差别就是其字节的格式不同，一个是 16 进制的数据，一个是 ASCII 数据。ASCII 多了帧头和帧尾，也就是说可以有用这个头尾判断一帧字节来判断是否结束；而 RTU 没有帧头和帧尾，所以协议里明确两帧之间要大于 3.5 个字节时间间隔，作为一帧结束的判断依据。对于 RS485 来说，总线上一般允许最大 32 个设备。
7. 备注
最后再补充点：Modbus 从设备的回应数据格式是：1、回应的数据包与主机查询的数据包格式一致。从机正常回应时：功能码与主机发送的功能码一致(1-127) 如果异常回应时：功能码要在收的主机的功能码的基础上加 128。不要问为啥加 128，你去问造协议的那一帮人吧！
因为电脑只支持 USB，所以我们需要把 USB 转 TTL 串口，再转成 485 接口之后与单片机相连，这是硬件最基本的，但是也需要注意。
最后修改了一下串口调试助手，加了一个 CRC 校验的功能，就可以获取。
END
来源：strongerHuang
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