Modbus 学习笔记（第一部分）通信协议基础知识

你好，欢迎来到 Modbus 学习的第一站。

这一部分我们不写一行代码，只做一件事：把 Modbus 协议的”底层逻辑”彻底讲明白。为什么要先学这些？因为后面你要写的串口助手、数据看板，本质上都是在”按照 Modbus 的规矩发消息、收消息”。规矩没弄懂，代码写得再顺也是稀里糊涂的。

我会尽量用大白话和生活中的例子来讲，每一个新概念都从一个具体的问题出发。你不用一次全部记住，跟着我一步步往下走就行。遇到看不懂的地方，停下来读两遍，再继续。

1.1 Modbus 协议背景及发展历程

1.1.1 先搞清楚一件事：什么是通信协议

在讲 Modbus 之前，我们先花一分钟解决一个更根本的问题：两台设备之间，是怎么"说话"的？

打个比方。两个人打电话，要能听懂对方，必须事先约好三件事：

用什么语言（都说中文，还是都说英语）；
先说什么、后说什么（是”喂你好”开头，还是直接说正事）；
说完一句怎么表示自己说完了（是停顿一下，还是说一句”完毕”）。

如果没有这些约定，一个人说中文、一个人说英语，或者两个人抢着说，通话就乱套了。

设备之间通信也是一模一样的道理。设备不会像人一样自由发挥，它们必须遵守一套非常死板的”规矩”，这套规矩就叫通信协议（Protocol）。

通信协议规定了设备之间交换数据时的统一格式，包括：

数据长什么样（一条消息由哪些部分组成）；
谁先说话、谁后说话（通信的先后顺序）；
怎么判断对方说的话是不是完整的、有没有传错。

有了协议，不同厂家、不同型号的设备，只要都遵守同一套协议，就能互相听懂。这就是协议存在的意义。

1.1.2 PLC 是什么

你可能已经听说过 PLC，这里用最简单的话解释一下。

PLC 全称是”可编程逻辑控制器”（Programmable Logic Controller），你可以把它理解成工业现场的一台”小电脑”。它专门负责控制机器干活，比如控制电机转不转、阀门开不开、传送带快还是慢。

工控现场的实际情况是：往往有很多台 PLC 分散在不同的地方，它们需要互相交换数据。比如一号 PLC 检测到温度超标了，要通知二号 PLC 赶紧打开冷却风扇。这个时候，就迫切需要一套统一的通信方法，让这些 PLC 能”互相打电话”。

1.1.3 Modbus 的诞生

发明公司：Modicon（中文音译”莫迪康”），后来这家公司被 Schneider（施耐德）收购，所以现在 Modbus 归施耐德。
命名：Modbus 这个名字是拼出来的，Mod 取自 Modicon 公司的名字，bus 就是”总线”的意思，合起来就是”Modicon 公司的总线协议”。
诞生时间：第一台 PLC 诞生于 1969 年，Modbus 协议诞生于 1979 年。

这里有个很有意思的背景：1979 年的时候，工业通信还没有一个大家都认可的标准，各家公司各搞各的，A 家的 PLC 没法跟 B 家的 PLC 说话，客户买了谁家的设备就被谁家绑死了。Modicon 公司为了解决这个痛点，发明了 Modbus 协议，专门用来让 PLC 控制器之间能够互相通信。

1.1.4 Modbus 协议的特点

Modbus 之所以能活到今天、用得这么广，靠的是三个特点：

第一个特点：免费。

Modbus 协议是公开免费的，任何人都可以下载它的规范文档，任何人都可以照着实现，不需要交专利费、授权费。这一点非常关键。想想看，如果一个协议要收钱，厂家就不愿意用；免费的协议，厂家随便用，用的人就越来越多，最后就成了事实上的标准。

第二个特点：简单。

Modbus 的报文（也就是设备之间发的那条消息）非常短小、非常紧凑，格式一目了然。对用户来说容易看懂，对设备厂家来说容易实现（哪怕是一块很便宜的单片机，也能轻松跑 Modbus）。简单，意味着门槛低，也意味着稳定、不容易出错。

第三个特点：接口多样，不挑传输介质。

Modbus 是一个应用层协议。这句话可能有点抽象，我用寄快递来打比方：

快递包裹里装的东西（信件内容）是”应用层”，而运送包裹的交通工具（汽车、火车、飞机、轮船）是”传输层”。信件内容写好了，用哪种交通工具送都可以。

Modbus 就是那个”信件内容”。它可以跑在串口上（RS232、RS485、RS422），也可以跑在以太网上，还可以跑在光纤、蓝牙、无线等各种各样的通信介质上。换一种”交通工具”，Modbus 的内容格式基本不变。这种”不挑介质”的特性，让它能适应各种各样的工业现场。

1.1.5 协议总结

这一节最后，我们把最核心的一句话记住：

协议，本质上就是设备或控制器之间交换数据的一套自定义规矩。

很多人一听”标准协议”就觉得高大上、神秘。其实 Modbus 当年也就是 Modicon 公司自己定义的”自定义协议”，只不过因为它免费、简单、好用，用的人越来越多，慢慢就成了整个行业公认的”标准协议”。

所以，你完全不需要敬畏它。它就是一个几十年前定下来的、现在大家都在用的”通信规矩”。搞懂了它，将来学其他协议，套路其实都差不多。

1.1.6 我们为什么要学它

在工控领域，Modbus 的使用极其广泛，几乎所有 PLC、仪表、传感器都支持 Modbus，学上位机绕不开它。
要写好上位机程序（比如用 C# 写一个采集软件），必须理解协议底层知识，不然你连”该发什么字节、收到的是什么意思”都说不清。
Modbus 是最容易入门的工业协议，把它作为基础，之后再去学别的协议（比如西门子的 S7 协议、OPC 等），你会轻松很多。

1.2 Modbus 调试软件安装使用

1.2.1 学习过程中要用到的几个软件

学 Modbus，光看文字是学不会的，一定要”亲眼看到报文、亲手收发数据”。所以我们需要几个调试软件来配合。常用的有这么几个：

软件	作用
Modbus Poll	充当 Modbus 主站（也叫 Modbus 客户端），主动发起请求
Modbus Slave	充当 Modbus 从站（也叫 Modbus 服务器），被动响应请求
VSPD	虚拟串口软件，可以在电脑里虚拟出一对串口，用来做串口通信实验
串口调试助手	查看和收发串口数据
网络调试助手	查看和收发网络（TCP/UDP）数据

1.2.2 先理解一对最重要的概念：主站和从站

这是整个 Modbus 学习里最基础、也最重要的一对概念，一定要先吃透。

Modbus 通信中，设备分为两种角色：

主站（Master），也叫客户端（Client）。

主站是"主动发起对话"的一方。它负责提出问题，比如"把你第 100 号寄存器的数据告诉我"。在 Modbus 里，一次通信总是由主站先开口的。

从站（Slave），也叫服务器（Server）。

从站是”被动回答问题”的一方。它平时不说话，只有当主站问它的时候，它才回答。

用生活中的例子来理解：

主站像一个领导，从站像一个员工。领导不开口，员工是不会主动汇报的；领导问一句，员工答一句。这就是 Modbus 的通信方式，专业上叫”主从模式”。

注意这两个叫法的对应关系，很多资料会混着用，你看到时要知道它们说的是同一个东西：

主站 = Master = 客户端 = Client；
从站 = Slave = 服务器 = Server。

再举一个具体的例子。你电脑上装一个 Modbus Poll 当主站，再装一个 Modbus Slave 当从站，让它们俩通信。整个过程就是：

Modbus Poll（领导）问：”1 号从站，把你第 1 个保持寄存器的值告诉我。”
Modbus Slave（员工）回答：”我第 1 个保持寄存器的值是 42。”
Modbus Poll 收到答案，显示在界面上。

这一个小实验，就是 Modbus 通信最核心的流程，后面的一切都是在这个基础上加东西。

1.2.3 三个名词：串口、虚拟串口、网络

串口（Serial Port）

串口是一种很古老但工业上极其常用的通信接口。你电脑后面或者 USB 转串口线出来的那种口，就叫串口。串口通信的特点是：一次只传一个比特位，一个接一个地传（所以叫”串”口）。

串口下又分几种标准，最常用的是 RS232、RS485、RS422。它们的主要区别在传输距离和接线方式上，协议层的 Modbus 内容是一样的，现在你只需要知道”串口是 Modbus 常用的一种传输介质”就够了。

虚拟串口（VSPD 软件的作用）

做实验的时候有个小麻烦：真实的串口通信需要两台设备、两根线连起来，你电脑上可能没有那么多真实串口。

VSPD（Virtual Serial Port Driver）这个软件就是来解决这个问题的。它能在你的一台电脑上”凭空造出”一对串口（比如 COM3 和 COM4），并且让这两个串口”背靠背”连在一起：从 COM3 发出去的数据，COM4 能收到；反过来也一样。

这样一来，你不需要任何真实硬件，就能在电脑上做串口通信实验。比如让 Modbus Poll 打开 COM3，让 Modbus Slave 打开 COM4，它们就能通过这对虚拟串口互相通信了。

网络（以太网 TCP/UDP）

除了串口，Modbus 也能跑在以太网上（就是普通的网线、局域网、互联网）。这时通信靠的是网络协议 TCP 或 UDP。网络调试助手就是用来收发这种网络数据的工具。

1.2.4 这些软件分别怎么用（先有个印象）

这里先给你一个整体的使用思路，等后面真正做实验时，我会手把手带你操作：

做”串口 Modbus”实验：用 VSPD 虚拟出一对串口，Modbus Poll 连其中一个，Modbus Slave 连另一个，两端都用 Modbus RTU 模式。
做”网络 Modbus”实验：Modbus Poll 用 TCP 模式连到 Modbus Slave 的 IP 和端口，直接在局域网里收发。
想直接看底层报文长什么样：用串口调试助手（或网络调试助手）以十六进制方式显示收发的原始字节。

现在你不需要真的去装，只要先记住这几个软件是干嘛的就行。等我们进入实操环节，我会一步一步带你装、带你点。

1.3 Modbus 协议存储区说明

这一节讲的是：数据在设备里到底放在哪里。

1.3.1 通信的本质是数据交互

先想一个问题：两台设备通信，到底在”通”什么？

答案很简单：数据。主站问从站要数据，从站把自己的数据报给主站；主站也可以下命令，让从站的数据发生变化。所以通信的本质，就是数据的交换。

那数据存在哪里呢？存在设备的”存储区”里。这个概念，如果你接触过 PLC，一定不陌生。PLC 里有各种软元件，比如：

X 表示输入点；
Y 表示输出点；
M 表示中间继电器（内部标志位）；
D 表示数据寄存器。

这些 X、Y、M、D，其实就是 PLC 内部的一块块”存储区”。通信的时候，就是从这些存储区里读出数据，或者往这些存储区里写入数据。

Modbus 也是一样的思路。它把设备内部的存储空间，划分成了几个不同的”区域”，每个区域有固定的编号和用途。下面我们就来认识这几个区域。

1.3.2 先搞懂两个基本概念：线圈和寄存器

在讲存储区之前，有两个词必须先弄懂，因为整个 Modbus 的数据都是靠它们来区分的。

线圈（Coil）

线圈是”位”类型的数据，也就是说，它只有两种状态：开（1） 或者 关（0）。你可以把它理解成一个”开关”或者一个”灯泡”，要么亮要么灭，没有中间状态。

寄存器（Register）

寄存器是”字”类型的数据，它是一个具体的数字，比如 0、42、1000、65535 都可以。一个 Modbus 寄存器通常是 16 位，能表示的数字范围是 0 到 65535。

用最直观的比喻：

线圈 = 开关（只有开和关两种状态）；
寄存器 = 计数器（上面能显示一个具体的数字）。

1.3.3 只读和读写

除了”位还是字”这个区别，存储区还分”能不能改”：

只读：这个区域的数据，设备自己才能改（比如传感器测到的温度、开关的输入状态），外部（主站）只能读，不能写。
读写：这个区域的数据，主站既可以读，也可以写（比如主站可以下命令设置某个参数）。

1.3.4 Modbus 的四个存储区

把”位还是字”和”只读还是读写”这两组特点交叉组合，就得到了 Modbus 的四个存储区：

读写特性	数据类型	存储区名称	代号
只读	布尔（位）	输入线圈	1 区
只读	字	输入寄存器	3 区
读写	布尔（位）	输出线圈	0 区
读写	字	输出寄存器（保持型寄存器）	4 区

下面把每一个区都讲清楚：

0 区：输出线圈（读写，位类型）

这是一个”开关”集合，主站可以读它的状态，也可以写它（把它打开或关闭）。它通常对应设备的一些可以被外部控制的开关量输出，比如控制某个继电器吸合、某个指示灯亮灭。

注意：名字里虽然有”输出”，但主站是可以”写”它的，别被”输出”两个字绕晕。

1 区：输入线圈（只读，位类型）

这也是一个”开关”集合，但它只能读、不能写。它通常对应设备外部输入的开关量状态，比如某个按钮有没有被按下、某个限位开关有没有被触发。这些状态是现场硬件决定的，主站只能看，不能改。

3 区：输入寄存器（只读，字类型）

这是一个”数字”集合，只能读、不能写。它通常对应设备采集到的模拟量数据，比如温度、压力、流量、转速等。这些数据是设备测量出来的，主站只能读结果。

4 区：输出寄存器，也叫保持型寄存器（读写，字类型）

这是最重要的一个区，也是工控里用得最多的。它是一个”数字”集合，主站既能读、也能写。它通常对应设备的一些可设置的参数，比如目标温度、频率设定值、报警上下限等。

“保持型”这个词的意思是：这个寄存器的值即使设备断电，再上电也还能保持住（保存在断电不丢失的存储里），所以叫”保持型寄存器”。

1.3.5 为什么要分这么多区

你可能会问：搞这么多区，不嫌麻烦吗？

其实这样分是有道理的。因为它把数据的”用途”和”性质”说清楚了。看到某个数据属于”输入寄存器”，你就立刻知道：这是设备测出来的量，只能看不能改。看到它属于”保持寄存器”，你就知道：这是个参数，可以读也可以写。

这种明确的分区，让通信双方（主站和从站）对”这块数据是干嘛的、能不能动”有一致的认识，不会乱来。

1.4 Modbus 协议功能码说明

1.4.1 功能码是什么：行为的代号

上一节我们知道了数据存在哪，这一节我们解决另一个问题：主站想对数据做什么？

主站能对数据做的操作，无非就是这么几种：读、写。但是”读”要区分读线圈还是读寄存器，”写”要区分写一个还是写多个。Modbus 给每一种操作都编了一个号，这个号就叫功能码（Function Code）。

打个比方：功能码就是”行为的代号”。就像部队里用数字代号代表不同命令，”1”代表前进、”2”代表撤退一样。Modbus 用 01 表示”读输出线圈”、03 表示”读保持寄存器”，双方一看到这个数字，就知道对方想干什么。

所以一句话记住：功能码，本质就是行为的代号。

1.4.2 常用功能码一览表

功能	功能码
读取输出线圈	01 Hex
读取输入线圈	02 Hex
读取输出寄存器（保持型）	03 Hex
读取输入寄存器	04 Hex
写入单线圈	05 Hex
写入单寄存器	06 Hex
写入多线圈	0F Hex
写入多寄存器	10 Hex

下面逐个解释，同时把每个功能码和上一节的存储区对应起来，这样你就串起来了：

01 Hex：读取输出线圈（0 区）

主站用这个功能码，去读从站”输出线圈”的开关状态。一次可以读一个，也可以读一串（连续多个线圈）。

02 Hex：读取输入线圈（1 区）

主站用这个功能码，去读从站”输入线圈”的开关状态。和 01 的区别只是：01 读的是可读可写的输出线圈，02 读的是只读的输入线圈。

03 Hex：读取保持寄存器（4 区）

主站用这个功能码，去读从站”保持寄存器”的数值。这是工控里最最常用的功能码，采集模拟量、读参数，基本都用它。

04 Hex：读取输入寄存器（3 区）

主站用这个功能码，去读从站”输入寄存器”的数值。和 03 的区别：03 读的是可读可写的保持寄存器，04 读的是只读的输入寄存器。

05 Hex：写入单个线圈（0 区）

主站用这个功能码，去控制某一个线圈的开关（把它置为开或关）。

06 Hex：写入单个寄存器（4 区）

主站用这个功能码，去设置某一个保持寄存器的值。比如把目标温度寄存器设置成 80。

0F Hex：写入多个线圈（0 区）

和 05 一样是写线圈，但 05 一次只能写一个，0F 一次可以写连续的一串。

10 Hex：写入多个寄存器（4 区）

和 06 一样是写寄存器，但 06 一次只能写一个，10 一次可以写连续的一串。

1.4.3 几个容易混淆的点，帮你理清楚

读和写，各有一组”单个”和”多个”：

写线圈：05（单个）、0F（多个）；
写寄存器：06（单个）、10（多个）。

注意多写的时候，0F 和 10 不是 0A 0B 那种连续编号，而是跳到了 0F、10（十六进制），这个记一下就行，别跟十进制搞混。

线圈和寄存器分得清清楚楚：

01、02、05、0F 这四兄弟，都是跟”线圈（开关）”打交道的；
03、04、06、10 这四兄弟，都是跟”寄存器（数字）”打交道的。

读的时候：01、02 读线圈，03、04 读寄存器；写的时候：05、0F 写线圈，06、10 写寄存器。这样一归类，8 个功能码就很好记了。

1.4.4 异常码：当从站”拒绝回答”的时候

正常情况下，主站发一个请求，从站乖乖照做。但有时候从站没法照做，比如主站要读的地址不存在、或者发过来的功能码从站不支持。这时候从站不能什么都不说，它要”回一句”告诉主站：出错了。

从站回错误的办法，是把功能码的最高位置 1，这个回应就叫异常响应。

具体是这样的：假设主站发的是功能码 03（读保持寄存器），如果出错，从站回应的功能码就是 03 加上 0x80，等于 0x83。

这就是你目录里写的”异常码 0x83”的来历：它对应的是”03 号功能码执行失败”。同理，如果是 06 号功能码执行失败，从站会回 0x86；01 号失败回 0x81。

记住这条规律就行：正常功能码加上 0x80，就是对应的异常码。

（至于具体是什么错误原因，从站还会在报文里带一个”异常原因码”，这个我们到后面看实际报文时再讲，现在先知道有”异常码”这回事就行。）

1.5 Modbus 协议地址模型说明

这一节解决一个特别容易把新手绕晕的问题：Modbus 的地址到底是怎么算的？

1.5.1 PLC 的地址模型

先回忆一下 PLC 里的地址是怎么表示的。

PLC 里的地址，通常由”存储区代号 + 偏移量”组成。比如：

D100：表示 D 区（数据寄存器区）里的第 100 个字；
M10：表示 M 区（中间继电器区）里的第 10 个位。

这里 D、M 是存储区代号，100、10 是偏移量（就是”第几个”的意思）。

这个模型的特点是：存储区代号和编号是分开写的，一看到 D100，就知道是”数据寄存器区的第 100 个”。

1.5.2 Modbus 的地址模型

Modbus 的地址，本质上也是”存储区代号 + 偏移量”，但有一个很关键的小变化：

Modbus 地址 = 存储区代号 +（偏移量 + 1）

注意后面这个”加 1”。Modbus 的编号习惯是从 1 开始数，而不是从 0 开始数。所以：

4 区第 1 个寄存器，编号就是 40001（而不是 40000）；
4 区第 100 个寄存器，编号就是 40100。

这个”从 1 开始”的约定，是新手最容易出错的地方，一定要记住：Modbus 的地址编号从 1 开始。

1.5.3 长地址模型（六位地址模型）

所谓”长地址”，就是完整写出六位数字的地址。格式是：4XXXXX（第一位是区号，后面跟五位数字）。

比如：

4 区第 100 个寄存器，长地址写作 400100；
4 区第 1 个寄存器，长地址写作 400001。

六位数字里，第一位是区号（这里是 4），后面五位是寄存器编号（从 1 开始）。这样一眼就能看出：这是 4 区的、第多少个寄存器。

1.5.4 短地址模型（五位地址模型）

所谓”短地址”，就是省略掉一位的写法，格式是：4XXXX（第一位是区号，后面跟四位数字）。

比如：

4 区第 100 个寄存器，短地址写作 40100；
4 区第 1 个寄存器，短地址写作 40001。

你会发现：短地址里，区号”4”仍然在第一位，但后面的编号少了一位。这其实是早期 Modbus 规范里，寄存器编号只用了四位（最大 9999）时的写法。

1.5.5 长地址和短地址的区别

简单说：

长地址（六位）：区号 + 5 位编号，编号可以到 65535，能表示的范围更大；
短地址（五位）：区号 + 4 位编号，编号最多到 9999，范围小一些。

现在大多数设备和软件都支持长地址了，但你在一些老设备、老资料里还会看到短地址的写法。看到一个地址，先数数有几位，就知道它是长地址还是短地址了。

1.5.6 存储区范围（长地址）

下表列出了四个存储区的完整地址范围：

存储区	地址范围	偏移范围
输出线圈 0x	000001 到 065536	0 到 65535
输入线圈 1x	100001 到 165536	0 到 65535
输入寄存器 3x	300001 到 365536	0 到 65535
输出寄存器 4x	400001 到 465536	0 到 65535

这里解释两个概念：

地址（带区号的那个数）：是我们平时说的”绝对地址”或者”编号地址”，比如 400001。注意它从 1 开始。

偏移（Offset）：是”从第 0 个开始数，这是第几个”，从 0 开始。比如 400001 这个寄存器的偏移是 0，40100 的偏移是 99。

你会发现一个规律：地址 = 偏移 + 1。偏移是 0，地址就是 1；偏移是 99，地址就是 100。这就是 1.5.2 里说的”加 1”的由来。

1.5.7 绝对地址和相对地址

这是整个地址模型里最重要的一个区分，很多新手就是在这里被绕晕的。我们慢慢说。

绝对地址

绝对地址就是前面说的那种”带区号”的完整地址，比如 400001、30100、10001。它的好处是：一看就知道是哪个存储区、第多少个。

绝对地址是给人看的。说明书、资料、工程师之间交流，用的都是绝对地址。比如同事跟你说”读一下 40001 这个寄存器”，你立刻就明白是 4 区的第 1 个寄存器。

相对地址

相对地址就是”偏移量”，也就是把区号去掉、从 0 开始数的那种地址。比如 40001 对应的相对地址就是 0，40100 对应的相对地址就是 99。

关键结论来了：在 Modbus 实际的报文里，传输的都是相对地址，不是绝对地址。

为什么？因为报文里已经有”功能码”了，而功能码本身就说明了要访问哪个存储区。比如功能码 03 就是读 4 区（保持寄存器），那报文里的地址就只需要告诉对方”从第几个开始读”就行了，没必要再把”4 区”写一遍。如果硬要写绝对地址，反而会和功能码表达的信息重复、产生冲突。

所以记住这个对应关系：

绝对地址：给人看、写说明书、口头交流用的，能直接看出存储区和编号；
相对地址：给机器看、写在报文里用的，只有偏移量，存储区由功能码来体现。

用一个例子把两者串起来：

你要读”4 区第 1 个寄存器”（绝对地址 400001）。在报文里，你会看到：

功能码 = 03（表示读保持寄存器，也就是 4 区）；
起始地址（相对地址）= 00 00（表示从偏移 0 开始，即第 1 个寄存器）。

这样，功能码说明了”读 4 区”，相对地址说明了”从第 1 个开始”，两者合起来，就是”读 4 区第 1 个寄存器”。绝对地址里的信息，被功能码和相对地址”分工”表达了。

1.6 Modbus 协议分类及测试

这一节，我们把前面所有的概念串起来，看看一条完整的 Modbus 报文到底长什么样，以及 Modbus 有哪些分类。

1.6.1 Modbus 报文帧的三种类型

一条 Modbus 消息，专业上叫一个”报文帧”（Frame）。根据传输方式和校验方式的不同，Modbus 报文帧主要分三种：

帧类型	校验方式	说明
RTU	CRC 校验	二进制传输，效率高，最常用
ASCII	LRC 校验	字符传输，每个字节用两个字符表示，效率低但易读
TCP	没有校验（交给底层网络协议处理）	跑在以太网上，加了一个 MBAP 报文头

RTU 帧（最常用，重点掌握）

RTU 是工控里最常用的格式，尤其是串口通信，几乎都是 RTU。它用二进制直接传输数据，报文紧凑、效率高。为了确保数据在传输中没出错，它在报文末尾加了一段 CRC 校验码（16 位）。接收方收到报文后，自己也算一遍 CRC，跟收到的 CRC 对比，一致就说明数据没传错。

ASCII 帧

ASCII 格式比较古老，它把每一个字节拆成两个字符来传输（比如字节 0x03 变成字符 ‘0’ 和字符 ‘3’）。好处是人一眼能读懂，坏处是报文长度翻倍、效率低。它用的是 LRC 校验（一个比较简单的纵向冗余校验）。现在新设备基本不用 ASCII 了，了解即可。

TCP 帧

Modbus TCP 是跑在以太网上的 Modbus。因为底层的 TCP 协议自己已经做了数据校验，所以 Modbus TCP 报文里不再带 CRC 校验，而是加了一个 MBAP 报文头（里面包含事务标识、协议标识、长度、单元标识等信息），用来在网络上正确传输。这一点要记牢：Modbus TCP 没有 CRC。

1.6.2 通信介质

Modbus 报文跑在什么物理通道上，就是”通信介质”。常见的有两类：

串口：RS232、RS485、RS422。特点是一对一（RS232）或一主多从（RS485），距离有限但抗干扰、成本低，是工业现场的主力。
以太网：TCP、UDP。特点是速度快、距离远、可以走局域网或互联网，越来越普及。

1.6.3 Modbus 的协议分类

把”帧类型”和”通信介质”组合起来，就得到了 Modbus 的完整分类。你的目录里列了 8 种：

Modbus RTU（串口 + RTU 帧）
Modbus RTU Over TCP（以太网 TCP + RTU 帧）
Modbus RTU Over UDP（以太网 UDP + RTU 帧）
Modbus ASCII（串口 + ASCII 帧）
Modbus ASCII Over TCP（以太网 TCP + ASCII 帧）
Modbus ASCII Over UDP（以太网 UDP + ASCII 帧）
Modbus TCP（以太网 TCP + TCP 帧）
Modbus UDP（以太网 UDP + TCP 帧，但用 UDP 传输）

解释一下”Over TCP / Over UDP”是什么意思：它的意思是”把本来用于串口的 RTU（或 ASCII）报文，原封不动地搬到以太网上去传输”。也就是说，报文内容还是 RTU 那一套（带 CRC），只是不再走串口线，而是通过 TCP 或 UDP 网络来收发。而”Modbus TCP”则是真正的网络版格式（去掉 CRC、加 MBAP 头）。

对初学者来说，最重要的是前两种：

Modbus RTU：串口通信的主力，最经典、最常用；
Modbus TCP：网络通信的主力，也是最常用的网络版。

先把这两个彻底搞懂，其余的”Over TCP / Over UDP”、”ASCII”之类，用到的时候再回头补即可。

1.6.4 手把手案例：完整拆解一条 Modbus RTU 报文

光讲理论不够，下面我们亲手拆一条真实的报文，把前面学到的”从站地址、功能码、地址、数据、校验”全部串起来。这一条报文是整个第一部分的”压轴”，读懂了它，你就真正入门了。

场景设定

现在有一台设备，它是”1 号从站”。它内部有一个保持寄存器，里面存了一个数值 42（比如代表当前温度是 42 度）。我们的电脑（主站）想知道这个值，于是发一条请求去读它。

假设我们要读的是”4 区第 1 个寄存器”（绝对地址 400001，相对地址 0）。

第一步：主站发出的请求报文

主站发出去的完整报文（用十六进制表示）是这样的：

1	01 03 00 00 00 01 84 0A

一共 8 个字节。我们一个字节一个字节地拆：

字节	数值	含义
第 1 个字节	01	从站地址，表示”我要问 1 号从站”
第 2 个字节	03	功能码，表示”读取保持寄存器”
第 3、4 个字节	00 00	起始地址（相对地址 0），即从第 1 个寄存器开始读
第 5、6 个字节	00 01	要读的数量，即读 1 个寄存器
第 7、8 个字节	84 0A	CRC 校验码，用来检查报文有没有传错

看明白了吗？这条报文用大白话翻译过来就是：

“1 号从站，请把你保持寄存器里，从第 1 个开始、一共 1 个寄存器的值告诉我。”

（说明：CRC 校验码是设备或程序自动算出来的，你现在完全不用手动算它，只要知道最后两个字节是”校验码”这个身份就够了。等后面我们自己写串口助手时，再带你在代码里算 CRC。）

第二步：从站回应的报文

1 号从站收到请求后，回一条报文：

1	01 03 02 00 2A 39 9B

一共 7 个字节，继续拆：

字节	数值	含义
第 1 个字节	01	从站地址，表示”我是 1 号从站，我回话了”
第 2 个字节	03	功能码，表示”这是对读取寄存器的回应”
第 3 个字节	02	后面数据部分的字节数。1 个寄存器是 2 个字节，所以这里是 02
第 4、5 个字节	00 2A	真正的数据。00 2A 换算成十进制就是 42，也就是我们想要的那个值
第 6、7 个字节	39 9B	CRC 校验码

用大白话翻译这条回应：

“我是 1 号从站，你要的那个寄存器（第 1 个）的值是 42。”

到这里，一次完整的”主站读寄存器”通信就结束了。主站拿到 00 2A，把它换算成十进制 42，显示在软件界面上，这就是你以后要在 C# 里实现的事情：发报文、收报文、解析出数据。

第三步：再看一条”写”的报文，加深印象

假设现在我们要让 1 号从站把那个寄存器改成 42（写单个寄存器，功能码 06），主站发的报文是：

1	01 06 00 00 00 2A 08 15

拆解如下：

字节	数值	含义
第 1 个字节	01	从站地址
第 2 个字节	06	功能码，表示”写单个寄存器”
第 3、4 个字节	00 00	要写的寄存器地址（相对地址 0，即第 1 个寄存器）
第 5、6 个字节	00 2A	要写入的值 42（十六进制 00 2A）
第 7、8 个字节	08 15	CRC 校验码

对比一下”读”（功能码 03）和”写”（功能码 06），你会发现结构很像，区别只是功能码不同、报文里带的”数据”含义不同：读的时候带的是”起始地址和数量”，写的时候带的是”地址和要写的值”。这种”套路一致、细节不同”的感觉，正是 Modbus 简单好懂的地方。

第一部分小结

到这里，第一部分（协议基础知识）就学完了。我们回顾一下你掌握了什么：

Modbus 是 Modicon 公司 1979 年发明的免费工业通信协议，特点就是免费、简单、不挑传输介质；
通信分为主站（主动问）和从站（被动答）两种角色，一切对话都由主站发起；
数据存在四个存储区里：输出线圈、输入线圈、输入寄存器、保持寄存器，区分的依据是”位还是字”和”只读还是读写”；
主站对数据的操作，用功能码来表示，最常用的是 03（读保持寄存器）和 06（写单寄存器）；
Modbus 地址从 1 开始编号，报文里传的是”相对地址”，绝对地址是给人看的；
Modbus 报文分 RTU、ASCII、TCP 三种帧，最常用的是 RTU（串口）和 TCP（网络）；
一条完整报文由”从站地址 + 功能码 + 数据 + 校验”组成，你已经能手把手拆解”读”和”写”两条报文了。

下一部分，我们会进入真正的动手环节：装好调试软件，用 Modbus Poll 和 Modbus Slave 亲手做一次收发实验，亲眼看到上面讲的这些报文在电脑里跑起来。然后再一步步用 C# 写出我们自己的 Modbus 通信程序。

学习路上，最重要的不是一次记住所有东西，而是每一步都能看懂、能跑通。有任何卡住的地方，随时停下来问我，我会陪你慢慢啃。