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Modbus协议是一种在工业自动化领域广泛应用的通信协议，它允许不同设备之间进行可靠的数据交换和控制。该协议最初由Modicon公司于1979年创建，旨在提供一种简单而有效的方法，使PLC（可编程逻辑控制器）和其他自动化设备能够相互通信。

一，设计架构和通信模式

Modbus协议采用主从架构，其中一个设备充当主站（Master），而其他设备则充当从站（Slave）。主站是负责发起通信和提出请求的设备，而从站是响应请求并执行相应操作的设备。主站可以与多个从站通信，通过设备地址来唯一标识每个从站。

通信主要通过请求--响应的模式进行。主站向从站发送请求，请求中包含了功能码，指示从站应该执行的具体操作。从站收到请求后，执行相应操作并将结果返回给主站。这种模式适用于读取和写入寄存器、线圈状态等不同类型的数据。

二，Modbus RTU 和 Modbus ASCII

Modbus RTU和Modbus ASCII是两种常见的物理层和数据帧格式，用于串行通信。它们的帧结构有一些差异，但基本概念相似。

Modbus RTU：

• 使用二进制编码进行数据传输。

• 帧起始于一个静默线路的时间，设备地址和功能码后是数据字段和CRC校验码。

• CRC校验用于验证数据的完整性。

Modbus ASCII：

• 使用ASCII字符编码进行数据传输。

• 帧起始于一个冒号字符（":"），设备地址和功能码后是数据字段和LRC校验码。

• LRC校验用于验证数据的完整性。

三，Modbus TCP

Modbus TCP是基于TCP/IP的变种，用于在以太网上进行通信。与串行通信不同，Modbus TCP帧不包含物理层帧结构，而是通过TCP连接传输。

Modbus TCP：

• 采用标准的TCP/IP协议进行通信。

• 帧包括事务标识、协议标识、长度字段、设备地址、功能码和数据字段。

• 数据字段的长度和内容取决于执行的具体操作。

• 不需要像RTU和ASCII那样的物理层帧结构。

四，寄存器和功能码

Modbus协议定义了多种类型的寄存器，用于存储和传输数据。其中包括输入寄存器（只读）、保持寄存器（读写）、线圈（开关状态）等。功能码指定了具体的操作类型，如读取寄存器、写入寄存器、读取线圈状态等。

五，错误处理和安全性

Modbus协议提供了基本的错误检测和处理机制，例如在Modbus RTU中使用CRC校验来验证数据完整性。然而，它相对简单，没有内建的加密和安全特性。在实际应用中，如果安全性是关键问题，通常需要在网络层面或应用层面采取额外的安全措施。

六，应用领域

Modbus协议在工业自动化中应用广泛，用于PLC、传感器、执行器、仪表等设备之间的通信。其开放性使得不同厂商的设备能够互联，实现设备间的集成与协作。Modbus协议的简单性和可靠性使其成为许多自动化系统的首选通信协议。

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