Modbus 协议通信原理（通俗+技术结合）Modbus 是工业主流主从式总线通信协议，核心是一问一答、主站轮询，结构简单、可靠性高，广泛用于 PLC、仪表、传感器、变频器等工业设备。
一、核心架构：主从模式（最关键）
整个网络只分两类设备，严格单向发起通信：1. 主站（Master）：主动发起请求，比如上位机、PLC、触摸屏。
只能主站主动问话，从站不会主动发数据。
2. 从站（Slave）：被动响应，现场传感器、电表、阀门、变频器等。
收到对应自己的指令才回复，无请求则静默。
规则：一条总线上只能有 1 个主站，可挂载多个从站（最多 247 个），每个从站拥有**地址（1~247），用来区分设备。
二、通信流程（标准一问一答）
完整交互分 4 步，全程轮询执行：1. 主站发送请求帧
主站指定从站地址 + 功能码 + 寄存器地址 + 读写数量，广播到总线。
2. 从站地址匹配
所有从站都接收报文，对比地址，地址不符直接丢弃；地址一致才解析指令。
3. 从站执行指令并返回应答帧
按功能码执行读数据 / 写数据，把结果打包成应答帧发回主站。
4. 主站接收解析
校验数据、提取内容，一次通信结束，主站继续轮询下一个从站。
特点：不会冲突，因为永远只有主站发指令，从站只被动回复。
三、两种主流传输方式（物理 + 报文格式）
Modbus 分串行链路和以太网两大类，报文逻辑一致，底层载体不同。1. Modbus RTU（串口最常用：RS-485/RS-232）
工业现场串口**，二进制格式、效率高、帧紧凑。
报文帧结构（按顺序）
- 从站地址（1 字节）：定位设备
- 功能码（1 字节）：定义操作（读线圈、读寄存器、写数据等）
- 数据区：寄存器地址、长度、写入数值等
- CRC 校验（2 字节）：校验报文是否传输出错
2. Modbus ASCII（串口备选）
字符格式，用 ASCII 码传输，可读性强、传输慢，现在很少用。
用 LRC 校验，帧首尾有起止标记。
3. Modbus TCP（以太网，网口通信）
跑在标准 TCP/IP 网络上，电脑 / 交换机直接连接，无地址字段（靠 IP 区分设备）。
- 默认端口：502
- 增加 Modbus 报文头（MBAP） 做事务管理
- 内部指令逻辑和 RTU 完全兼容，只是封装在以太网包里。
四、核心：功能码（定义做什么操作）
功能码决定读写对象，常用基础码：- 01：读线圈（开关量，继电器通断）
- 02：读离散输入（外部开关、传感器状态）
- 03：读保持寄存器（最常用，读取温度、电压、转速等数值）
- 04：读输入寄存器（只读测量值）
- 05：写单个线圈（控制单路开关）
- 06：写单个寄存器（设置参数、下发指令）
五、数据存储模型（设备内部地址划分）
Modbus 把设备数据统一抽象成4 类存储区，所有读写都针对这四类：1. 线圈（Coils）：位数据，开关量，可读写
2. 离散输入（Discrete Inputs）：位数据，开关量，只读
3. 保持寄存器（Holding Registers）：16 位寄存器，数值，可读写
4. 输入寄存器（Input Registers）：16 位寄存器，数值，只读
所有设备都遵循这套统一模型，所以不同品牌设备能互通。
六、差错机制（保证通信可靠）
1. 地址过滤：非目标从站不响应，避免干扰2. 帧校验：RTU 用 CRC、ASCII 用 LRC、TCP 靠 TCP 校验，出错直接丢弃报文
3. 超时重传：主站发出请求后，超时未收到应答，判定通信失败，可重试
Modbus 依靠一主多从轮询架构，通过**从站地址区分设备，用功能码定义读写动作，搭配校验机制保证传输可靠；底层可跑串口 (RTU/ASCII) 或以太网 (TCP)，统一的数据模型让不同工业设备轻松实现互联互通。
