Modbus常用功能码学习及实例

一.MODBUS寄存器种类说明

虽然MODBUS支持诸多功能码，但其中只涉及到四种寄存器：线圈寄存器、离散输入寄存器、保持寄存器、输入寄存器。
只要搞清楚寄存器的本质和功能码的联系，其实理解功能码就很简单。

寄存器种类	读写状态	位操作字操作	适用功能码
线圈寄存器	读/写	位	01H（读）； 05H（写单个位）； 0FH（写多个位）
离散输入寄存器	只读	位	02H
保持寄存器	读/写	字	03H（读）； 06H（写单个字节）； 0FH（写多个字节）
输入寄存器	只读	字	04H

线圈寄存器：可以类比为开关量，每个bit都对应一个信号的开关状态。所以一个字节可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。线圈寄存器支持读也支持写，比如控制或者读取电磁阀的开关志状态。对应的功能码有：0x01 0x05 0x0f

离散输入寄存器：离散输入寄存器相当于线圈寄存器的只读模式，每个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取，不能够写入。只能通过外部设定改变输入状态，比如我可以读取外部按键的按下还是松开，但是控制不了按键。对应的功能码有：0x02

保持寄存器：寄存器的单位不再是bit而是两个byte，也就是可以存放具体的数据量的，并且是可读写的。比如我不到那可以读取传感器报警上限下限，也可以设置它的大小。对应的功能码有：0x03 0x06 0x10

输入寄存器：输入寄存器相当于保持寄存器的只读模式，也是只支持读而不能写。一个寄存器也是占据两个字节的空间。比如通过读取输入寄存器获取现在的模拟量采样值。对应的功能码有 0x04

二.MODBUS部分功能码

MODBUS支持很多功能码，但是在实际应用的时候常用的也就那么几个。

上面介绍了Modbus的四个寄存器种类：线圈寄存器、离散输入寄存器、保持寄存器、输入寄存器，从寄存器角度理解了对应功能码。下面列出常用功能码，具体如下：

功能码	名称	数据类型	作用
0x01	读线圈寄存器	位	取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF )
0x02	读离散输入寄存器	位	取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF )
0x03	读保持寄存器	整型、浮点型、字符型	在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值
0x04	读输入寄存器	整型、浮点型	在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值
0x05	写单个线圈寄存器	位	强置一个逻辑线圈的通断状态
0x06	写单个保持寄存器	整型、浮点型、字符型	把具体二进值装入一个保持寄存器
0x0f	写多个线圈寄存器	位	强置一串连续逻辑线圈的通断
0x10	写多个保持寄存器	整型、浮点型、字符型	把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器

三.MODBUS功能码实例

1.功能码：01H 读线圈寄存器

1）功能：读从站线圈寄存器，位操作，可读单个或者多个
2）主机发送指令：
主机发送数据包括：从站地址+功能码+寄存器起始地址+寄存器数量+校验码
假设从站地址为0x01，线圈寄存器开始地址0x0021，结束地址0x002c，即寄存器地址范围为：0x0021~0x0032，总共读取12个连续线圈的状态值，则主机发送指令如下图所示：

从站地址	功能码	寄存器起始地址高8位	寄存器起始地址低8位	寄存器数量高8位	寄存器数量低8位	CRC校验低8位	CRC校验高8位
0x01	0x01	0x00	0x21	0x00	0x2c	0xXX	0xXX

3）从站响应返回：
从站响应返回数据包括：从站地址+功能码+返回字节数+数据值+校验码
其中，返回数据值的每一位对应线圈状态，线圈状态为ON时，其值为1；状态为OFF时，其值为0；
【数据以小端的形式进行存储，即最低有效位存放于内存最低位地址（位于二进制的右侧）。每8个位组成一个字节，当线圈的数量不是8的倍数时，剩余的位数添0补位。】

从站地址	功能码	返回字节数	data1	data2	CRC校验低8位	CRC校验高8位
0x01	0x01	0x02	0xCB	0x0B	0xXX	0xXX

本例中读取12个线圈，12/8商1余4，因此需要2个字节存放应答数据，返回字节数为2。
字节1存放线圈编号21~28的数值（小端字节序，线圈28的值存放在bit7，线圈21的值存放在bit0）；
字节2存放线圈编号29~32的数值，剩余位数添0补位；

上表中data1表示0x0021-0x0028的线圈状态，data1的最低位代表最低地址的线圈状态；
data1:0xCB=1100 1011，则data1线圈状态如下表所示：

线圈地址	功能码	0x28	0x27	0x26	0x25	0x24	0x23	0x22	0x21
数值	0x01	1	1	0	0	1	0	1	1

data2表示地址0x0030-0x0038的线圈状态，不够8位，字节高位填充为0。
data2：0x0B=0000 1011，则data2线圈状态如下表所示：

线圈地址	功能码	0x30	0x2f	0x2e	0x2d	0x2c	0x2b	0x2a	0x29
数值	0x01	0	0	0	0	1	0	1	1

2.功能码：02H 读离散输入寄存器

1）功能：读离散输入寄存器，位操作，可读单个或多个，类似功能码0X01，此处省略；

3.功能码：03H 读保持寄存器

1）功能：读从站保持寄存器，字节操作，可读单个或者多个；每个保持寄存器占2个字节（16位）；
2）主机发送指令：
主机发送数据包括：从站地址+功能码+寄存器起始地址+寄存器数量+校验码
假设从站地址为0x03，保持寄存器开始地址为0x003B，结束地址0x003D，即寄存器地址范围为：0x003B~0x003D，总共读取3个保持寄存器的数据，则主机发送指令如下图所示：

从站地址	功能码	寄存器起始地址高8位	寄存器起始地址低8位	寄存器数量高8位	寄存器数量低8位	CRC校验低8位	CRC校验高8位
0x03	0x03	0x00	0x3B	0x00	0x03	0xXX	0xXX

3）从站响应返回：
从站响应返回数据包括：从站地址+功能码+返回字节数+数据值+校验码

从站地址	功能码	返回字节数	data1H	data1L	data2H	data2L	data3H	data3L	CRC校验低8位	CRC校验高8位
0x03	0x03	0x06	0x1B	0x0B	0x0A	0x01	0xC2	0xDB	0xXX	0xXX

本例中读取3个保持寄存器，每个保持寄存器占2个字节，因此需要6个字节存放应答数据，返回字节数为6。
0x003B~0x003D保持寄存器的数值如下图所示：

寄存器地址	0x003D	0x003C	0x003A
数值	0xC2 DB	0x0A 01	0x1B 0B

4.功能码：04H 读输入寄存器

1）功能：读输入寄存器，字节操作，可读单个或多个，类似功能码0X03，此处省略；

5.功能码：05H 写单个线圈寄存器

1）功能：对单个线圈进行写操作，位操作，只能写一个。写入0xFF00表示将线圈置为ON，写入0x0000表示将线圈置为OFF，其它值无效；
2）主机发送指令：
主机发送数据包括：从站地址+功能码+寄存器起始地址+数据值+校验码
假设从站地址为0x03，线圈寄存器起始地址为0x0032，要将其设置为ON，则主机发送指令如下表所示：

从站地址	功能码	寄存器起始地址高8位	寄存器起始地址低8位	dataH	dataL	CRC校验低8位	CRC校验高8位
0x03	0x05	0x00	0x32	0xff	0x00	0xXX	0xXX

3）从站响应返回：
从站应答数据包括：从站地址+功能码+寄存器地址+写入值+校验码
如果数据成功写入，则应答数据与请求数据一样，如下表所示：

从站地址	功能码	寄存器起始地址高8位	寄存器起始地址低8位	dataH	dataL	CRC校验低8位	CRC校验高8位
0x03	0x05	0x00	0x32	0xff	0x00	0xXX	0xXX

6.功能码：06H 写单个保持寄存器|

1）功能：对单个保持寄存器进行写操作，字节操作，只能写一个。
2）主机发送指令：
主机发送数据包括：从站地址+功能码+寄存器起始地址+数据值+校验码
假设从站地址为0x01，线圈寄存器起始地址为0x0048，写入数值为0x1234，则主机发送指令如下表所示：

从站地址	功能码	寄存器起始地址高8位	寄存器起始地址低8位	dataH	dataL	CRC校验低8位	CRC校验高8位
0x01	0x06	0x00	0x48	0x12	0x34	0xXX	0xXX

3）从站响应返回：
从站应答数据包括：从站地址+功能码+寄存器地址+写入值+校验码
如果数据成功写入，则应答数据与请求数据一样。