概述
Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
Modbus有ASCII、RTU和TCP三种，其中TCP和RTU协议非常类似，只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可。所以仅介绍一下Modbus的ASCII和RTU协议。
ASCII模式：控制器设为在Modbus网络上以ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每字节都作为两个ASCII字符传输。主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。
RTU模式：控制器设为在Modbus网络上以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每字节按原值处理。主要优点是相对于ASCII，表达相同的信息需要较少的位数，且在相同通讯速率下具有更大的数据流量。因此通常情况下，一般工业智能仪器都采用RTU模式。
ASCII协议和RTU协议相比拥有开始和结束标记，因此在进行程序处理时能更加方便，而且由于传输的都是可见的ASCII字符，所以进行调试时就更加的直观，另外它的LRC校验也比较容易。但是因为它传输的都是可见的ASCII字符，RTU传输的数据每一个字节ASCII都要用两个字节来传输，比如RTU传输一个十六进制数0xF9,ASCII就需要传输’F’’9’的ASCII码0x39和0x46两个字节，这样它的传输的效率就比较低。所以一般来说，如果所需要传输的数据量较小可以考虑使用ASCII协议，如果所需传输的数据量比较大，最好能使用RTU协议。
Modbus是一种单主站的主从通信模式，Modbus网络上只能有一个主站存在，主站在Modbus网络上没有地址，每个从站必须有唯一的地址，从站的地址范围为0 - 247，其中0为广播地址（Modbus 从站地址为 0 时会向所有从站发送广播帧，从站均不响应），从站的实际地址范围为1 - 247。Modbus RTU 使用主/从站网络，其中整个通信仅由一个主站设备触发，而从站只能响应主站的请求。主站将请求发送到一个从站地址，并且只有该地址上的从站做出响应。
传输方式
目前，Modbus可以通过下列三种通信方式实现：
1.以太网方式：对应的传输模式是MODBUS TCP，通讯介质包括5类/6类网线或光纤等；
2.异步串行口方式：对应的传输模式是MODBUS RTU、ASCII，各种通讯介质包括有线的
RS-232/422/485、光纤、无线等；
3.高速令牌传递方式：对应的传输模式是Modbus PLUS，通讯介质包括双绞线、同轴电缆等。
帧介绍
数据传送帧结构顺序是，主站和从站/从站和主站之间的数据通信从从站地址开始，接下来是功能代码， 随后传输数据，数据字段的结构取决于使用的功能代码，帧的最后传送的是校验。
由发送设备将 Modbus 报文构造为带有已知起始和结束标记的帧。这使设备可以在报文的开始接收新帧，并且知道何时报文结束。不完整的报文必须能够被检测到而错误标志必须作为结果被设置。 在 RTU 模式，报文帧由时长至少为3.5个字符时间的空闲间隔区分。在后续的部分，这个时间区间被称作t3.5。
整个报文帧必须以连续的字符流发送。 如果两个字符之间的空闲间隔大于 1.5 个字符时间，则报文帧被认为不完整应该被接收节点丢弃。
地址码
地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址码，并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机发送的地址码表明回送的从机地址。
功能码
通讯传送的第二个字节。ModBus通讯规约定义功能号为1到127（128-255 为 异常响应保留）。只利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送，通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应，从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机进行操作。如果从机发送的功能码的最高位为１(比如功能码大与此同时127)，则表明从机没有响应操作或发送出错。
功能码中较长使用的是1、2、3、4、5、6号功能码，使用它们即可实现对下位机的数字量和模拟量的读写操作。
01读可读写数字量寄存器(线圈状态)：
发送命令：
[设备地址] [命令号01] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [读取的寄存器数高8位] [低8位] [CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址：在一个485总线上可以挂接多个设备，此处的设备地址表示想和哪一个设备通讯。例子中为想和17号(十进制的17是十六进制的11)通讯。
<2>命令号01：读取数字量的命令号固定为01。
<3>起始地址高8位、低8位：表示想读取的开关量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为19。
<4>寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个开关量。例子中为37个开关量。
<5>CRC校验：是从开头一直校验到此之前。在此协议的最后再作介绍。此处需要注意，CRC校验在命令中的高低字节的顺序和其他的相反。
设备响应：
[设备地址] [命令号01] [返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][01][05][CD][6B][B2][0E][1B][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址和命令号和上面的相同。
<2>返回的字节个数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。
<3>数据1...n：由于每一个数据是一个8位的数，所以每一个数据表示8个开关量的值，每一位为0表示对应的开关断开，为1表示闭合。比如例子中，表示20号(索引号为19)开关闭合，21号断开，22闭合，23闭合，24断开，25断开，26闭合，27闭合...如果询问的开关量不是8的整倍数，那么最后一个字节的高位部分无意义，置为0。
<4>CRC校验同上。
02读只可读数字量寄存器(输入状态)：
和读取线圈状态类似，只是第二个字节的命令号不再是1而是2。
03读可读写模拟量寄存器(保持寄存器)：
发送命令：
[设备地址] [命令号03] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [读取的寄存器数高8位] [低8位] [CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][03][00][6B][00][03][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址和上面的相同。
<2>命令号:读模拟量的命令号固定为03。
<3>起始地址高8位、低8位：表示想读取的模拟量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为107。
<4>寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个模拟量。例子中为3个模拟量。注意，在返回的信息中一个模拟量需要返回两个字节。
设备响应：
[设备地址] [命令号03] [返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][03][06][02][2B][00][00][00][64][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址和命令号和上面的相同。
<2>返回的字节个数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。例子中返回了3个模拟量的数据，因为一个模拟量需要2个字节所以共6个字节。
<3>数据1...n：其中[数据1][数据2]分别是第1个模拟量的高8位和低8位，[数据3][数据4]是第2个模拟量的高8位和低8位，以此类推。例子中返回的值分别是555，0，100。
<4>CRC校验同上。
04读只可读模拟量寄存器(输入寄存器)：
和读取保存寄存器类似，只是第二个字节的命令号不再是3而是4。
05写数字量(线圈状态)：
发送命令：
[设备地址] [命令号05] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [下置的数据高8位] [低8位] [CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][05][00][AC][FF][00][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址和上面的相同。
<2>命令号:写数字量的命令号固定为05。
<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的开关的地址。
<4>下置的数据高8位，低8位：表明需要下置的开关量的状态。例子中为把该开关闭合。注意，此处只可以是[FF][00]表示闭合[00][00]表示断开，其他数值非法。
<5>注意此命令一条只能下置一个开关量的状态。
设备响应：
如果成功把计算机发送的命令原样返回，否则不响应。
06写单个模拟量寄存器(保持寄存器)：
发送命令：
[设备地址] [命令号06] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [下置的数据高8位] [低8位] [CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][06][00][01][00][03][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址和上面的相同。
<2>命令号:写模拟量的命令号固定为06。
<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模拟量寄存器的地址。
<4>下置的数据高8位，低8位：表明需要下置的模拟量数据。比如例子中就把1号寄存器的值设为3。
<5>注意此命令一条只能下置一个模拟量的状态。
设备响应：
如果成功把计算机发送的命令原样返回，否则不响应。
数据区
数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。
LRC校验
LRC域是一个包含一个8位二进制值的字节。LRC值由传输设备来计算并放到消息中，接收设备在接收消息的过程中计算LRC，并将它和接收到消息中LRC域中的值比较，如果两值不等，说明有错误。
LRC校验比较简单，它在ASCII协议中使用，检测了消息域中除开始的冒号及结束的回车换行号外的内容。它仅仅是把每一个需要传输的数据按字节叠加后取反加1即可。
如：30 31 30 33 30 31 32 31
首先30H+31H+30H+33H+30H+31H+32H+31H=188H，然后化为2进制，得0001 1000 1000，取反得1110 0111 0111，最后加1得1110 0111 1000，化为16进制，得0E78。
其完整消息帧应为：3A 30 31 30 33 30 31 32 31 0E 78 0D。
CRC校验
CRC域是两个字节，包含一16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两值不同，则有误。
CRC是先调入一值是全“1”的16位寄存器，然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。
CRC产生过程中，每个8位字符都单独和寄存器内容相或(OR)，结果向最低有效位方向移动，最高有效位以0填充。LSB被提取出来检测，如果LSB为1，寄存器单独和预置的值或一下，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次。在最后一位(第8位)完成后，下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或。最终寄存器中的值，是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。
计算CRC值：http://www.ip33.com/crc.html
优势
modbus通讯协议是一种工业自动化总线通信协议，其标准、开发和免费等特点，支持数千种工业智能仪器仪表厂家数据通信，同时支持多种通信接口RS232、RS85、TTL、光纤和无线等方式，协议公开、格式通俗易懂，广泛应用于多种工业自动化领域，作为该领域的无线通信设备厂家——为那…通信的WCTU设备，不仅兼容Modbus通讯协议，并且可以实现多种自主加密方式.支持多种串口通信方式，并集成多路模拟量采集AD接口和IO控制接口，监护前端PLC+DTU功能，实现一体化，节约成本，灵活多用。
不足
Modbus是在1970年末为可编程逻辑控制器通信开发的，这些有限的数据类型在那个时代是可以被PLC理解的，大型二进制对象数据是不支持的。
对节点而言，没有一个标准的方法找到数据对象的描述信息，举个例子，确定一个寄存器数据是否表示一个介于30-175度之间的温度。
由于Modbus是一个主/从协议，没有办法要求设备“报告异常”（构建在以太网的TCP/IP协议之上，被称为open-mbus除外）- 主节点必须循环的询问每个节点设备，并查找数据中的变化。在带宽可能比较宝贵的应用中，这种方式在应用中消耗带宽和网络时间，例如在低速率的无线链路上。
Modbus在一个数据链路上只能处理247个地址，这种情况限制了可以连接到主控站点的设备数量（以太网TCP/IP除外）
Modbus传输在远端通讯设备之间缓冲数据的方式进行，有对通信一定是连续的限制，避免了传输中的缓冲区漏洞的问题
Modbus协议自身提供针对未经授权的命令或截取数据没有安全性。
