Modbus 协议的数据帧格式是其核心组成部分，理解它有助于实现设备间的通信。以下从物理层、传输模式、协议结构三个方面详细说明：

一、物理层与传输模式

Modbus 协议支持多种物理层，常见的有两种：

• 串行通信（RTU/ASCII 模式）：基于 RS-232/RS-485，适用于短距离、多设备通信。RTU 模式：数据以二进制形式传输，每个字节包含 8 位数据，用 CRC 校验，效率高，是最常用的模式。ASCII 模式：数据以 ASCII 字符形式传输，每个字节拆分为两个 ASCII 字符（如 0x5A → '5' 'A'），用 LRC 校验，可读性好，但传输效率低。
• 以太网（TCP 模式）：基于 TCP/IP 协议，数据帧通过网络传输，用 MBAP（Modbus 应用协议头）标识，适用于远程通信。

二、RTU 模式数据帧格式

RTU 模式是最常用的传输模式，其数据帧结构如下：

示例：读取保持寄存器（功能码 0x03）

假设主站要读取从站 1 的寄存器 0x0000~0x0002（共 3 个寄存器），数据帧如下：

plaintext

主站发送：01 03 00 00 00 03 84 0A
从站响应：01 03 06 00 01 00 02 00 03 C5 E9

• 主站请求解析：01：从站地址03：功能码（读保持寄存器）00 00：起始寄存器地址（0x0000）00 03：寄存器数量（3 个）84 0A：CRC 校验值
• 从站响应解析：01：从站地址03：功能码06：数据字节数（3 个寄存器 × 2 字节 / 寄存器 = 6 字节）00 01 00 02 00 03：3 个寄存器的值（分别为 1、2、3）C5 E9：CRC 校验值

三、TCP 模式数据帧格式

TCP 模式的数据帧在 RTU 基础上增加了 MBAP 头，结构如下：

示例：TCP 模式读取保持寄存器

主站请求：

plaintext

00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 03

• MBAP 头解析：00 01：事务标识符00 00：协议标识符（0 表示 Modbus）00 06：长度字段（后续 6 字节）01：单元标识符（从站地址）
• 功能码和数据区：03：功能码（读保持寄存器）00 00：起始寄存器地址00 03：寄存器数量

四、异常响应格式

当从站接收到无效请求时，会返回异常响应，格式如下：

• 功能码：原功能码 + 0x80（如 0x03 → 0x83）
• 异常码：1 字节，指示错误类型（如 0x01：不支持的功能码；0x02：无效的数据地址）

总结

Modbus 数据帧格式设计简洁、易于实现，这也是它广泛应用的原因之一。掌握 RTU 和 TCP 模式的数据帧结构，是开发 Modbus 通信程序的基础。实际应用中，还需注意字节序、寄存器地址映射规则等细节。

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