Modbus协议详解：寄存器通信过程全解析

Modbus协议详解：寄存器通信过程全解析

在工业自动化领域，Modbus协议是实现设备间通信的基石。它简单、高效且广泛应用。今天，我们将深入探讨Modbus协议的核心——寄存器的通信过程。通过详细的表格和示例，帮助你快速掌握Modbus协议的精髓。

一、Modbus协议简介

Modbus协议是一种基于串行通信的协议，最初由施耐德电气于1979年开发，用于连接PLC和计算机。如今，它已成为工业自动化中最广泛使用的协议之一，适用于各种设备，包括传感器、执行器和变频器等。

Modbus协议的核心是主从通信模式。主设备（如计算机或HMI）发送请求命令，从设备（如PLC或传感器）根据请求返回相应的数据。这种通信模式简单高效，易于实现。

二、Modbus通信参数说明

在Modbus通信中，每个请求和响应都包含以下关键参数：

1. 设备地址

• 用途：标识从设备的地址，用于区分不同的设备。
• 格式：通常为1字节，范围为1到247（0x01到0xF7）。

2. 功能码

• 用途：指定操作类型，例如读取寄存器或写入寄存器。
• 格式：通常为1字节，例如：
  • 功能码01：读取线圈状态
  • 功能码02：读取离散输入状态
  • 功能码03：读取保持寄存器
  • 功能码04：读取输入寄存器
  • 功能码05：写单个线圈
  • 功能码06：写单个保持寄存器
  • 功能码15：写多个线圈
  • 功能码16：写多个保持寄存器

3. 寄存器地址

• 用途：指定要操作的寄存器地址。
• 格式：通常为2字节，范围为0x0000到0xFFFF。

4. 数据

• 用途：对于写入操作，包含要写入的数据；对于读取操作，返回读取的数据。
• 格式：根据具体寄存器类型和功能码，数据格式可能不同。例如：
  • 线圈寄存器：布尔值（0或1）
  • 输入寄存器和保持寄存器：16位整数或浮点数

三、寄存器通信过程详细解析

（一）离散输入寄存器（Discrete Input Register）

离散输入寄存器用于读取设备的离散输入状态，例如传感器信号或按钮状态。这些寄存器是只读的，存储布尔值（0或1）。

操作类型	功能码	主设备发送数据	从设备返回数据	说明
读取离散输入寄存器	02	设备地址 + 02 + 起始寄存器地址 + 寄存器数量	设备地址 + 02 + 数据字节长度 + 离散输入状态	读取离散输入寄存器的状态，返回数据为布尔值（0或1）。
示例	02	01 + 02 + 0000 + 0001	01 + 02 + 01 + 01	读取设备地址为01的第0个离散输入寄存器，返回状态为1（开启）。

（二）输入寄存器（Input Register）

输入寄存器用于存储模拟输入信号的值，例如温度、压力或电流等传感器的测量值。这些寄存器也是只读的，存储16位或32位的整数或浮点数。

操作类型	功能码	主设备发送数据	从设备返回数据	说明
读取输入寄存器	04	设备地址 + 04 + 起始寄存器地址 + 寄存器数量	设备地址 + 04 + 数据字节长度 + 寄存器值	读取输入寄存器的值，返回数据为16位整数或浮点数。
示例	04	01 + 04 + 0000 + 0001	01 + 04 + 02 + 000A	读取设备地址为01的第0个输入寄存器，返回值为10（十六进制0x0A）。

（三）保持寄存器（Holding Register）

保持寄存器是最通用的寄存器类型，用于存储设备的配置参数、控制命令或执行器状态等。这些寄存器是可读写的，存储各种类型的数值。

操作类型	功能码	主设备发送数据	从设备返回数据	说明
读取保持寄存器	03	设备地址 + 03 + 起始寄存器地址 + 寄存器数量	设备地址 + 03 + 数据字节长度 + 寄存器值	读取保持寄存器的值，返回数据为16位整数或浮点数。
示例	03	01 + 03 + 0000 + 0001	01 + 03 + 02 + 0014	读取设备地址为01的第0个保持寄存器，返回值为20（十六进制0x14）。
写单个保持寄存器	06	设备地址 + 06 + 寄存器地址 + 寄存器值	设备地址 + 06 + 寄存器地址 + 寄存器值	写入单个保持寄存器的值，返回数据与发送数据相同。
示例	06	01 + 06 + 0000 + 001E	01 + 06 + 0000 + 001E	写入设备地址为01的第0个保持寄存器，值为30（十六进制0x1E）。
写多个保持寄存器	10	设备地址 + 10 + 起始寄存器地址 + 寄存器数量 + 字节计数 + 寄存器值	设备地址 + 10 + 起始寄存器地址 + 寄存器数量	写入多个保持寄存器的值，返回数据为起始地址和数量。
示例	10	01 + 10 + 0000 + 0002 + 04 + 001E 0028	01 + 10 + 0000 + 0002	写入设备地址为01的第0和第1个保持寄存器，值分别为30和40。

（四）线圈寄存器（Coil Register）

线圈寄存器用于控制设备的输出状态，例如继电器的开关或电磁阀的通断。这些寄存器是可读写的，存储布尔值（0或1）。

操作类型	功能码	主设备发送数据	从设备返回数据	说明
读取线圈寄存器	01	设备地址 + 01 + 起始寄存器地址 + 寄存器数量	设备地址 + 01 + 数据字节长度 + 线圈状态	读取线圈寄存器的状态，返回数据为布尔值（0或1）。
示例	01	01 + 01 + 0000 + 0001	01 + 01 + 01 + 00	读取设备地址为01的第0个线圈寄存器，返回状态为0（关闭）。
写单个线圈寄存器	05	设备地址 + 05 + 寄存器地址 + 状态值（FF00或0000）	设备地址 + 05 + 寄存器地址 + 状态值	写入单个线圈寄存器的状态，返回数据与发送数据相同。
示例	05	01 + 05 + 0000 + FF00	01 + 05 + 0000 + FF00	写入设备地址为01的第0个线圈寄存器，状态为1（开启）。
写多个线圈寄存器	15	设备地址 + 15 + 起始寄存器地址 + 寄存器数量 + 字节计数 + 线圈状态	设备地址 + 15 + 起始寄存器地址 + 寄存器数量	写入多个线圈寄存器的状态，返回数据为起始地址和数量。
示例	15	01 + 15 + 0000 + 0002 + 02 + 03	01 + 15 + 0000 + 0002	写入设备地址为01的第0和第1个线圈寄存器，状态分别为1和1（二进制00000011）。

四、总结

通过以上表格和示例，你可以清晰地了解每种寄存器的通信过程和数据格式。希望这些信息能帮助你更好地理解和使用Modbus协议。

如果你对Modbus协议还有其他疑问，欢迎在评论区留言，我们一起探讨！