Modbus协议——ModbusRTU、ModbusASCII

Modbus 是一项应用层报文传输协议，用于在通过不同类型的总线或网络连接的设备之间的客户机/服务器通信。常用于串口、以太网上的数据传输。

Modbus数据帧格式

ADU：应用数据单元。最大不超过256个字节。一次Modbus通讯报文，可以被成为1个ADU。
PDU：协议数据单元。指代Modbus通讯报文中的 功能码 + 数据

串行通讯上的实现

Modbus 串行链路协议是一个主/从协议。

常用物理接口为RS485、RS232、RS422

Modbus串行链路上所有设备的 串口参数 和 传输模式 必须相同。

串口参数

参数名称	常见选项
波特率	9600、19200、38400、115200 （单位：bps）
数据长度	8 、7 （单位：bit）
校验方式	偶校验（Even）、奇校验（Odd）、无校验（None）
停止位	1、2 （单位：bit）

传输模式

该协议在串口上2种传输模式：Modbus-RTU 和 Modbus-ASCII。

两种传输模式的不同点

	Modbus-RTU	Modbus-ASCII
编码格式	二进制码	ASCII码
起始符	无	“冒号”（:）（ASCII码：0x3A）
结束符	无	“回车 + 换行”（CR LF）（ASCII码：0x0D、0x0A）
报文起停判断	时间间隔	起始符+结束符
校验方式	CRC	LRC

Modbus-RTU

数据帧格式

从站地址（站号）	功能码	数据	CRC校验
1 byte	1 byte	0~252 byte	2 byte

从站地址（站号）

广播地址	从站地址	保留
0	1~247	248~255

地址0 为广播地址。所有的子节点必须识别广播地址。（标准而已，并不是所有从站都完全遵照标准设计。在实际应用中较为少见）
Modbus主站没有节点地址，Modbus从站则必须拥有一个在串行链路上唯一的节点地址。

功能码

功能描述	功能码（十进制）	功能码（十六进制）	备注
读线圈	01	0x01	常用
写单个线圈	05	0x05
写多个线圈	15	0x0F
读输入寄存器	04	0x04
读保持寄存器	03	0x03	常用
写单个保持寄存器	06	0x06
写多个保持寄存器	16	0x10	常用
读/写多个保持寄存器	23	0x17

功能码 0x03 命令格式解析

请求命令格式

	大小	取值范围	备注
从站地址	1 byte	0x01 至 0xFF
功能码	1 byte	0x03
起始地址	2 byte	0x0000 至 0xFFFF
寄存器数量（N）	2 byte	0x0000 至 0x007D
CRC校验	2 byte	0x0000 至 0xFFFF	所有数据的CRC校验

响应命令格式

	大小	取值范围	备注
从站地址	1 byte	0x01 至 0xFF
功能码	1 byte	0x03
字节数	1 byte	2 * N	寄存器值所包括的字节数
寄存器值	2 * N byte	数据值	1个寄存器占用2个字节
CRC校验	2 byte	0x0000 至 0xFFFF	所有数据的CRC校验

注：N = 寄存器数量

错误响应格式

	大小	取值范围
从站地址	1 byte	0x01 至 0xFF
错误码	1 byte	0x83 （0x80 + 0x03）
异常码	1 byte	0x01：该功能码不支持 0x02：起始地址不支持或者起始地址+寄存器数量不支持 0x03：读取寄存器数量不支持 0x04：读取寄存器失败
CRC校验	2 byte	0x0000 至 0xFFFF

eg.使用功能码0x03 读取站号01 地址0x0000~0x0009 的数据

请求命令：SEND HEX>

（站号）01 （功能码）03 （起始地址）00 00 （读取寄存器数量）00 0A （CRC校验）C5 CD

响应命令：RECV HEX>

（站号）01 （功能码）03 （字节数）14 （读取的各个寄存器值）00 01 00 02 00 03 00 04 00 05 00 06 00 07 00 08 00 09 00 0A （CRC校验）8F 16

ModbusSlave03

功能码 0x10 命令格式解析

请求命令格式

	大小	取值范围	备注
从站地址	1 byte	0x01 至 0xFF
功能码	1 byte	0x10
起始地址	2 byte	0x0000 至 0xFFFF
寄存器数量（N）	2 byte	0x0000 至 0x007D
字节数	1 byte	2 * N	寄存器值所包括的字节数
寄存器值	2 * N byte	数据值	1个寄存器占用2个字节
CRC校验	2 byte	0x0000 至 0xFFFF	所有数据的CRC校验

注：N = 寄存器数量

响应命令格式

	大小	取值范围	备注
从站地址	1 byte	0x01 至 0xFF
功能码	1 byte	0x03
起始地址	2 byte	0x0000 至 0xFFFF
寄存器数量（N）	2 byte	0x0000 至 0x007D
CRC校验	2 byte	0x0000 至 0xFFFF	所有数据的CRC校验

错误响应格式

	大小	取值范围
从站地址	1 byte	0x01 至 0xFF
错误码	1 byte	0x90 （0x80 + 0x10）
异常码	1 byte	0x01：该功能码不支持 0x02：起始地址不支持或者起始地址+寄存器数量不支持 0x03：读取寄存器数量不支持 0x04：读取寄存器失败
CRC校验	2 byte	0x0000 至 0xFFFF

eg.使用功能码0x10 写入站号01 地址0x0000~0x0009 的数据

请求命令：SEND HEX >

（站号）01 （功能码）10 （起始地址）00 00 （写入寄存器数量）00 0A （字节数）14 （各个寄存器的写入值）00 0A 00 14 00 1E 00 28 00 32 00 3C 00 46 00 50 00 5A 00 64 （CRC校验）69 8A

响应命令：RECV HEX >

（站号）01 （功能码）10 （起始地址）00 00 （寄存器数量）00 0A （CRC校验）40 0E

ModbusSlave10

CRC校验

除了CRC校验码外的所有Modbus-RTU帧的数据，均需要进行CRC校验计算。

移位法计算步骤：

步骤一：加载一个内容为 0xFFFF 的 16位缓存器，称之为『CRC』缓存器。

步骤二：将需要计算的数据的第一个字节与 CRC 缓存器的低字节进行异或运算（XOR），并将结果存回 CRC 缓存器。

步骤三：检查 CRC 缓存器的最低位（LSB），若此位为 0，则右移一位；若此位为 1，则 CRC 缓存器值右移一位后，再与 0xA001 进行异或运算（XOR）。

步骤四：回到步骤三，直到步骤三已被执行过 8 次（即当前字节已经处理完），才进到步骤五。

步骤五：对数据的下一个字节重复步骤二到步骤四，直到所有字节皆完全处理过，此时 CRC 缓存器的内容即是 CRC校验码。

半查表法

鉴于移位法、全查表法网上的资料已经太多了，这里介绍另外一种计算CRC校验码的方式。

//codesys3.5 Structured Text

//{attribute 'hide_all_locals'}
FUNCTION F_CRC16 : WORD
VAR_INPUT
	pData	:	POINTER TO BYTE	;	//计算数据首字节的指针 adr(data)
	usiLen	:	USINT	;	//计算数据的长度
END_VAR
VAR
	i		:	USINT	;
	temp	:	BYTE	;
	result	:	WORD	;
END_VAR
VAR CONSTANT
	aTable	: ARRAY[0..15] OF WORD :=[16#0, 16#CC01, 16#D801, 16#1400, 16#F001, 16#3C00, 16#2800, 16#E401, 16#A001, 16#6C00, 16#7800, 16#B401, 16#5000, 16#9C01, 16#8801, 16#4400];
END_VAR

//半字节查表法计算CRC16
result	:=	16#FFFF	;
FOR i:=0 TO usiLen-1 BY 1 DO 
	temp	:=	TO_BYTE((result AND 16#000F)) XOR (pData^ AND 16#0F)	;
	result	:=	SHR(result, 4)	;
	result	:=	result XOR aTable[temp]	;
	temp	:=	TO_BYTE((result AND 16#000F)) XOR SHR(pData^, 4)	;
	result	:=	SHR(result, 4)	;
	result	:=	result XOR aTable[temp]	;
	pData	:=	pData + 1	;
END_FOR
F_Crc16 := result	;

Modbus-ASCII

数据帧格式

起始字符	从站地址（站号）	功能码	数据	LRC校验	结束字符
1 byte 冒号（：）	2 byte	2 byte	0~504（252*2） byte	2 byte	2 byte 回车换行（CR LF）

** 注：**

ASCII数据项最大长度为252 * 2 个字节。是RTU的两倍
除了起始字符、结束字符，以及校验方式。其他项的数据是将RTU的报文直接翻译为十六进制数字对应的ASCII码，即0x01 翻译为 ‘01’(ASCII码：0x30、0x31)

eg.使用功能码0x03 读取站号01 地址0x0000~0x0009 的数据

请求命令：SEND ASCII >

（冒号）:（站号）01（功能码）03（起始地址）0000（读取的寄存器数量）000A（LRC校验）F2（回车换行）CRLF

（对比）请求命令：SEND Hex >

（冒号）0x3A（站号）0x30 0x31（功能码）0x30 0x33（起始地址）0x30 0x30 0x30 0x30（读取的寄存器数量）0x30 0x30 0x30 0x3A（LRC校验）0x41 0x32（回车换行）0x0D 0x0A

LRC校验

除了起始字符、结束字符，以及LRC校验外的所有数据，均需要进行LRC校验计算。

LRC计算步骤：

步骤一：对需要校验的数据（2n个字符）两两组成一个16进制的数值求和。

步骤二：将求和结果与256求模。

步骤三：用256减去所得模值得到校验结果。（另一种方法：将模值按位取反然后加1）

//codesys3.5 Structured Text

//{attribute 'hide_all_locals'}
FUNCTION F_LRC8 : BYTE
VAR_INPUT
	pData	:	POINTER TO BYTE	;	//计算数据首字节的指针 adr(data)
	usiLen	:	USINT	;	//计算数据的长度
END_VAR
VAR
	i		:	USINT	;
	temp	:	BYTE	;
	result	:	BYTE	;
END_VAR

FOR i:=0 TO usiLen-1 BY 1 DO 
	result 	:=	result + pData^	;
	pData	:=	pData + 1	;
END_FOR
result	:= TO_BYTE(result MOD 16#100)	;
F_LRC8 := TO_BYTE(16#100 - result)	;

使用命令字符对应的数字进行LRC计算。

以请求命令（:01030000000AF2 CRLF）为例子说明：

需要进行LRC校验计算的数据为 01030000000A

另外一种LRC计算步骤如下：

步骤一：（累加）0+1+0+3+0+0+0+0+0+0+0+10 = 0xE （不是 30 + 31 … + 40 = 0x176）

步骤二：（FF减去步骤一累加值）0xFF - 0xE = 0xF1

步骤三：（步骤二值加1）0xF1 + 1 = 0xF2

通讯协议

#Modbus

Modbus协议——ModbusRTU、ModbusASCII

https://jacobblog.pages.dev/2026/03/08/Modbus-01Rtu-Ascii/

作者

Jacob Chen

发布于

2026年3月8日

许可协议

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PackML从会到不会——状态、管理标签（5）下一篇

Modbus协议——ModbusRTU、ModbusASCII

串行通讯上的实现

串口参数

传输模式

两种传输模式的不同点

Modbus-RTU

数据帧格式

从站地址（站号）

功能码

功能码 0x03 命令格式解析

eg.使用 功能码0x03 读取 站号01 地址0x0000~0x0009 的数据

功能码 0x10 命令格式解析

eg.使用 功能码0x10 写入 站号01 地址0x0000~0x0009 的数据

CRC校验

移位法计算步骤：

Modbus-ASCII

数据帧格式

eg.使用 功能码0x03 读取 站号01 地址0x0000~0x0009 的数据

LRC校验

LRC计算步骤：

使用命令字符对应的数字进行LRC计算。

eg.使用功能码0x03 读取站号01 地址0x0000~0x0009 的数据

eg.使用功能码0x10 写入站号01 地址0x0000~0x0009 的数据

eg.使用功能码0x03 读取站号01 地址0x0000~0x0009 的数据