一、MODBUS RTU简介
MODBUS RTU（Remote Terminal Unit）是一种基于串行通信（RS-485/RS-232）的工业标准协议，采用二进制数据格式，具有高效、可靠的特点，广泛应用于PLC、传感器、变频器等工业设备。
1. 主要特点
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通信方式：主从模式（Master/Slave）
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传输介质：RS-485（推荐）/ RS-232
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数据格式：二进制（HEX）
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校验方式：CRC-16（循环冗余校验）
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默认波特率：9600、19200、38400、115200等
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最大从站地址：247（地址范围1~247，0为广播地址）
二、MODBUS RTU数据帧格式
1. 基本帧结构
| 字段 | 说明 | 长度（字节） |
|---|---|---|
| 从站地址 | 设备地址（1~247） | 1 |
| 功能码 | 操作类型（读/写等） | 1 |
| 数据域 | 寄存器地址、数据等 | N |
| CRC校验 | 循环冗余校验（低字节在前） | 2 |
2. 常用功能码
| 功能码 | 名称 | 操作 |
|---|---|---|
| 01 | 读取线圈状态 | 读取单个/多个DO（0x/1x） |
| 02 | 读取输入状态 | 读取DI（1x） |
| 03 | 读取保持寄存器 | 读取多个AO（4x） |
| 04 | 读取输入寄存器 | 读取AI（3x） |
| 05 | 写单个线圈 | 控制单个DO（0x） |
| 06 | 写单个寄存器 | 写入单个AO（4x） |
| 10（0x10） | 写多个寄存器 | 写入多个AO（4x） |
三、MODBUS RTU通信示例
1. 读取保持寄存器（功能码03）
请求帧（Master → Slave）：
[从站地址][功能码][起始地址高8位][起始地址低8位][寄存器数量高8位][寄存器数量低8位][CRC低8位][CRC高8位]示例：读取从站地址1的保持寄存器40001（0x0000），读取1个寄存器
01 03 00 00 00 01 84 0A解析：
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01：从站地址1 -
03：功能码03（读保持寄存器） -
00 00：寄存器地址0x0000（对应40001） -
00 01：读取1个寄存器 -
84 0A：CRC校验
响应帧（Slave → Master）：
[从站地址][功能码][字节数][数据1高8位][数据1低8位][CRC低8位][CRC高8位]示例：返回数据1234（0x04D2）
01 03 02 04 D2 B8 5F解析：
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01：从站地址1 -
03：功能码03 -
02：返回2字节数据 -
04 D2：数据0x04D2（十进制1234） -
B8 5F：CRC校验
四、MODBUS RTU调试方法
1. 使用串口调试助手
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连接设备：
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使用USB转485转换器连接PC和设备
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确保A/B线正确连接（A-A，B-B）
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终端电阻（120Ω）在长距离通信时需启用
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参数设置：
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波特率：9600（默认）
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数据位：8
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停止位：1
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校验位：无
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发送MODBUS RTU指令：
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输入16进制格式指令，如
01 03 00 00 00 01 84 0A -
点击发送，观察返回数据
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解析响应：
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检查返回的CRC是否正确
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解析数据域（如
04 D2表示1234）
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2. 使用MODBUS Poll（专业调试工具）
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可自动计算CRC
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支持多种功能码测试
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提供数据解析和图表显示
五、CRC-16校验计算
MODBUS RTU采用CRC-16校验，计算步骤如下（C语言示例）：
c
#include <stdint.h>
uint16_t crc16(uint8_t *data, uint16_t length) {
uint16_t crc = 0xFFFF;
for (uint16_t i = 0; i < length; i++) {
crc ^= data[i];
for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {
if (crc & 0x0001) {
crc >>= 1;
crc ^= 0xA001;
} else {
crc >>= 1;
}
}
}
return crc;
}示例 ：
计算 01 03 00 00 00 01 的CRC：
c
uint8_t data[] = {0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01};
uint16_t crc = crc16(data, 6); // 返回 0x840A（低字节在前：0A 84）六、常见问题与解决方案
| 问题 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 无响应 | 1. 接线错误（A/B反接） 2. 波特率不匹配 3. 从站地址错误 | 检查接线、波特率、地址 |
| CRC校验错误 | 1. 数据损坏 2. 校验算法错误 | 检查通信线路，重新计算CRC |
| 返回异常码（错误响应） | 1. 功能码不支持 2. 寄存器不存在 | 检查设备文档，确认功能码和寄存器范围 |
七、总结
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MODBUS RTU是工业自动化中最常用的串行通信协议之一。
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数据帧包含 地址+功能码+数据+CRC ，采用 16进制（HEX） 传输。
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调试时需确保 波特率、数据位、停止位、校验位 一致。
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CRC校验 是确保数据完整性的关键。
掌握MODBUS RTU协议，可以高效调试PLC、传感器、变频器等设备，适用于工业自动化、SCADA系统、能源监控等场景。 🚀