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Modbus功能码详解

Modbus功能码是Modbus消息帧（报文）的重要组成部分，是Modubs协议中通信事务处理的基础，代表消息将要执行的动作。

功能码概要

简而言之，Modbus功能码占用一个字节，取值范围是1127，之所以127以上不能使用，是因为Modbus规定出现异常时，功能码+0x80（十进制128）代替异常状态，因此129（1+128）255（127+128）的取值代表异常码。

Modbus标准协议中规定了由3类Modbus功能码，分别是：

公共功能码

被明确定义的功能码

保证一性

由Modbus协会确认，并提供公开的文档；

可进行一致性测试

包括协议定义的功能码和保留将来使用的功能码







用户自定义功能码

有两个用户自定义功能码区域，分别是6572和100110；

用户自定义，不保证一性。







保留功能码

保留功能码是因为历史遗留原因，某些公司的传统产品上现行使用的功能码不作为公共使用。

Modbus部分功能码如下：

功能码可分为位操作和字操作两类。位操作的较小单位为一位（bit），字操作的较小单位为两个字节。

位操作指令：读线圈状态功能码01，读（离散）输入状态功能码02，写单个线圈功能码06和写多个线圈功能码15.

字操作指令：读保持寄存器功能码03，读输入寄存器功能码04，写单个保持寄存器功能码06，写多个保持寄存器功能码16.

01（0x01）读取线圈/离散量输出状态

读取从设备的线圈或离散量输出的状态，即各DO的ON/OFF状态。消息帧中*了需读取的线圈起始地址和线圈数目。需要注意的一点是，在Modbus协议规定的PDU中，规定所有线圈或寄存器地址从0开始计算。

查询帧的消息里，定义了从设备地址为3，并读取从设备的Modbus地址0001900055（线圈地址0002000056）共计37个状态值。起始线圈地址为0x13（即十进制00019），因为线圈地址从0开始计数。

Modbus协议规定，起始地址由2个字节构成，取值范围为0x00000xFFFF；线圈数量由2个字节构成，取值范围为0x00010x07D0（即十进制1~2000）.

ASCII模式中直接按每4个位拆分为对应的字符表示。

响应报文的数据字段中，每一个线圈占用1个位（bit），状态被表示为1=ON和0=OFF两种类型。*1个数据字节的LSB（较低有效位）标识查询报文中的起始地址线圈的状态值，其他线圈依次类推，一直到这个字节的MSB（较高有效位）位置，并在后续字节中按照同样的方式（由低到高）排列。

一个字节可以表示8个线圈的状态，如果最后的数据字节中不能填满8个线圈的状态，则由0填充。对应于查询报文中需要读取37个线圈的状态，则共需要5个字节保存状态值。

02（0x02）读取离散量输入值

该功能码用于读取从设备的离散输入即DI的ON/OFF状态。消息帧中制定了需读取的离散输入寄存器起始地址和数目，可读取1~2000个连续的离散量输入状态。如果从设备接受主设备的请求则回复功能码02，并返回离散量输入各离散量的当前状态。如果返回的离散输入数量的个数不是8的整数倍，将用0填充最后数据字节的剩余位。

03（0x03）读取保持寄存器值

用于读取从设备保持寄存器的内容，不支持广播模式。消息帧中*了需读取的保持寄存器的起始地址和数目。而保持寄存器中各地址的具体内容和意义，则由设备开发者自行规定。

在查询报文中，必须*保持寄存器的开始地址和需读取的寄存器数量。起始位置由2个字节构成，取值范围为0x00000xFFFF；寄存器数量由2个字节构成，取值范围为0x00010x007D（即十进制1~255），即较多可以连续读取125个寄存器。

有一点特别需要注意，Modbus的保持寄存器和输入寄存器是以字（Word）为基本单位的（1Word=2byte），所以，如果读取保持寄存器地址为40001开始的一个16位（bit）的无符号数，那么返回2个字节（byte），并可以从40002开始读取下一个16位的无符号数。如果需读取寄存器地址40001开始的是一个32位浮点数，则需要返回4个字节，即必须连续读取40001和40002的内容，而且下一个32位浮点数必须从40003开始读取。对于浮点数（或者32位的整数）而言，连续读取的两个寄存器之间存在字节序和大小端的问题，这一点在开发时必须引起注意。

04（0x04）读取输入寄存器值

同功能码03类似，该功能码用于读取从设备输入寄存器的内容，不支持广播模式。消息帧中*了需读取的输入寄存器的起始地址和数目。而输入寄存器中各地址的具体内容和意义，则由设备开发者自行规定。

在查询报文中，必须*输入寄存器的起始地址和需读取的寄存器数量。

本功能码中，起始地址由2个字节构成，取值范围为0x00000xFFFF；寄存器数量由2个字节构成，取值范围为0x00010x007D（即十进制1~125），即较多可以连续读取125个寄存器。

同样有一点需要注意，Modbus的保持寄存器和输入寄存器是以字为基本单位的。所以对于浮点数（或32为的整数）而言，连续读取的两个寄存器之间存在字节序和大小端的问题。

05（0x05）写单个线圈或单个离散输出

用于将单个线圈寄存器（或离散输入）设置为ON或OFF，该功能码支持广播模式,在广播模式下，所有从站设备的同一地址的值将被统一修改，查询报文中的ON或OFF状态由报文数据字段的常熟*，0xFF00表示ON状态，0x0000表示OFF状态。其他所有值均是非法的，并且对寄存器不起作用，将会返回异常相应。

本功能码中，起始地址由2个字节构成，取值范围为0x0000~0xFFFF；变更目标数据由2个字节构成，取值只能为0xFF00或0x0000.

对于从设备，在线圈或离散输出寄存器正常变更的情况下，则返回于查询报文一样的响应报文。如果修改失败，则返回一个异常响应。

06（0x06）写单个保持寄存器

用于更新从设备的单个保存寄存器的值。该功能吗支持广播模式，在广播模式下，所有设备的同一地址的值将被统一修改。

查询报文中需要*从设备地址以及需要变更的保持寄存器地址和设定的值。同样需要注意的是，查询报文中，寄存器地址从地址0开始技术。

本功能码中，起始地址由2个字符构成，取值范围为0x00000xFFFF；变更目标数据由2个字节构成，取值范围为0x00000xFFFF。

对于从设备，在保持寄存器正常变更的情况下，则返回于查询报文一样的响应报文。如果修改失败，则返回一个异常返回。

08（0x08）诊断功能

该功能码仅用于串行链路，主要用于检测主设备和从设备之间的通信故障，或检测从设备的各种内部故障，该功能码不支持广播。为了区别各诊断类型，查询报文中提供了2各字节的子功能码字段。

通常在正常的响应报文中，从设备将回复功能码和子功能码。

查询报文中需要*从设备地址、功能码以及子功能码。

例如，表4-15中表示了子功能码“原样返回查询数据”的诊断功能，其中子功能码为0（0x0000）。在子功能码0x0000的情况下，数据字段可以为任意值。

本功能码中，子功能码由2个字节构成，取值则根据意义不同；数据字段由2个字节构成，其取值由子功能码确定。

对于从设备，在保持寄存器正常变更的情况下，则返回与查询报文一样的响应报文。如果修改失败，则返回一个异常响应。