Modbus ASCII数据报文结构详解

Modbus ASCII是Modbus的一种消息帧，相比RTU，ASCII的传输是按照字符传的，传输的数据量会比RTU更多，所以数据量大的时候一般使用的RTU，数据量小的时候才会用ASCII，然后ASCII协议帧里面添加了起始和结束，更换了校验算法，下面详细介绍ASCII协议

帧格式

Modbus ASCII 模式下的通讯帧格式如下：

名称	长度 (字节)	描述
Start	1	以冒号 : 开头，ASCII 十六进制值为 3A
Address	2	十六进制节点地址，字符表示
Function	2	十六进制功能码，字符表示
Data	n x 2	n 是数据字节数，它取决于功能码
LRC	2	LRC冗余检验码
End	2	CR / LF

注：地址、功能、数据和 LRC 都是表示 8 位值 (0-255) 的大写十六进制可读字符对；即：在 Modbus ASCII 中，每个数据字节被分割成表示十六进制值中的两个 ASCII 字符的两个字节。

组件	描述	字符数	ASCII表示
Start	消息开始	1 CHAR	:
Address	节点地址（十六进制表示）	2 CHARS
Function	功能码（十六进制表示）	2 CHARS
Data	数据（根据功能码变化，十六进制表示）	n CHARS
LRC CHECK	纵向冗余检验码（LRC）	2 CHARS
END	消息结束，回车换行	2 CHARS	CRLF

在 ASCII 模式下，Modbus 消息的每个部分都以特定的字符数和格式出现，如下所示：

:AA BB CC...DD EE<CRLF>

: – 消息的开始符号。
AA – 节点地址，十六进制表示。
BB – 功能码，十六进制表示。
CC...DD – 数据字段，根据功能码和需要传输的数据长度变化。
EE – LRC 校验码，用于错误检测。
<CRLF> – 消息的结束符号，代表回车和换行（Carriage Return Line Feed）。

ASCII帧的传输状态

上面状态图可以得到的信息:

1）“空闲” 态是没有发送和接收报文要处理的正常状态。

2）每次接收到 “:” 字符表示新的报文的开始。如果在一个报文的接收过程中收到该字符，则当前地报文被认为不完整并被丢弃。而一个新的接收缓冲区被重新分配。

3）检测到帧结束后，完成 LRC 计算和检验。然后，分析地址域以确定帧是否发往此设备，如果不是，则丢弃此帧。为了减少接收处理时间，地址域可以在一接到就分析，而不需要等到整个帧结束。

ASCII帧的报文传输

由于ASCII报文帧与RTU报文帧有着很大的不同，ASCII报文帧是有起始和结束标识符的，而RTU帧没有这样的标识。所以ASCII报文帧的接收就简单方便多了，也不需要什么t3.5的帧间隔时间。

但是呢，为了保证接收的报文帧连续，还是可以约定字符间的传输时间的。一般认为，报文中的字符时间间隔可以达到一秒，如果超过了这个时间间隔，就认为发生了错误，要废弃掉这一帧报文数据，重新开始接收。

功能码

ASCII 模式下最常用的功能代码与 RTU 模式下的功能代码定义相同。以下是一些基本的功能码及其描述：

访问地址	映射地址	描述	功能	R/W
1 ~ 10000	address-1	Coils	01/05/15	R/W
10001 ~ 20000	address-10001	Discrete Inputs	02	R
30001 ~ 40000	address-30001	Input Registers	04	R
40001 ~ 50000	address-40001	Holding Registers	03/06/16	R/W

ASCII传输示例

例如，要读取地址 0x20C1 的两个寄存器，需要发送以下 ASCII 消息：

:010420C1000218<CRLF>

请求：

: – 消息开始 – 0x3A
01 – 从站地址 – 0x01
04 – 功能码 (读取输入寄存器) – 0x04
20C1 – 要读取的寄存器地址 – 0x20C1
0002 – 要读取的寄存器长度 (必须是 2) – 0x0002
18 – LRC 校验码
<CRLF> – 消息结束，回车换行 – 0x0D0A

响应：

:01040400001234B1<CRLF>

响应：

: – 消息开始 – 0x3A
01 – 从站地址 – 0x01
04 – 功能码 (读取输入寄存器) – 0x04
04 – 读取数据长度 (4 字节) – 0x04
00001234 – 从 VAR1 读取的值 – 0x00001234
B1 – LRC 校验码
<CRLF> – 消息结束，回车换行 – 0x0D0A

常用功能码操作

以下是 Modbus 的常用功能码及其请求和响应示例：

功能 01（01H）读线圈

请求：读取从机中线圈的 ON/OFF 状态。

响应：线圈状态响应消息被打包为数据字段的每比特表示一个线圈。

功能 02（02H）读离散输入

请求：读取从机中离散输入的 ON/OFF 状态。

响应：离散输入状态响应消息的构造与线圈状态相同。

功能 03（03H）读保持寄存器

请求：读取从机中保持寄存器的二进制内容。

响应：保持寄存器数据在每个寄存器中打包为两个字节。

功能 04（04H）读输入寄存器

请求：读取从机中输入寄存器的二进制内容。

响应：读输入寄存器数据的响应消息的构造与读取保持寄存器相同。

功能 05（05H）写单线圈

请求：将单个线圈写入 ON 或 OFF。

响应：正常的响应是请求的回显。

功能 06（06H）写单个保持寄存器

请求将一个值写入单个保持寄存器中。当广播时，该函数在所有附加的从机上设置相同的寄存器引用。请求消息指定要写入的寄存器引用（指定地址和数值）。

响应
正常的响应是请求的回显，在写入保持寄存器内容之后返回。

功能 15（0FH）写多个线圈

请求：将一个线圈序列中的每个线圈写入 ON 或 OFF。

响应：正常响应返回从地址、功能代码、起始地址和写入的线圈数量。

功能 16（10H）写多个保持寄存器

请求：将值写入到一个保持寄存器序列中。

响应：正常响应返回从地址、功能代码、起始地址和写入的寄存器数量。

LRC校验

LRC 校验码的计算方法如下：

unsigned char ucMBLRC( unsigned char * pucFrame, unsigned short usLen )
{
    unsigned char ucLRC = 0;  /* LRC char initialized */

    while( usLen-- )
    {
        ucLRC += *pucFrame++;   /* Add buffer byte without carry */
    }

    /* Return twos complement */
    ucLRC = ( UCHAR ) ( -( ( CHAR ) ucLRC ) );
    return ucLRC;
}

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