Modbus通訊協議由Modicon公司（現已經為施耐德公司併購，成為其旗下的子品牌）於1979年發明的，是全球最早用於工業現場的匯流排規約。由於其免費公開發行，使用該協議的廠家無需繳納任何費用，Modbus通訊協議採用的是主從通訊模式（即Master/Slave通訊模式)，其在分散控制方面應用極其廣泛，從而使得Modbus協議在全球得到了廣泛的應用。

Modbus通訊協議具有多個變種，其具有支援串列埠（主要是RS-485匯流排），乙太網多個版本，其中最著名的是Modbus RTU,Modbus ASCII和Modbus TCP三種。其中Modbus RTU與Modbus ASCII均為支援RS-485匯流排的通訊協議，其中Modbus RTU由於其採用二進位制表現形式以及緊湊資料結構，通訊效率較高，應用比較廣泛。而Modbus ASCII由於採用ASCII碼傳輸，並且利用特殊字元作為其位元組的開始與結束標識，其傳輸效率要遠遠低於Modbus RTU協議，一般只有在通訊資料量較小的情況下才考慮使用Modbus ASCII通訊協議，在工業現場一般都是採用Modbus RTU協議，一般而言，大家說的基於串列埠通訊的Modbus通訊協議都是指Modbus RTU通訊協議。

在此我們著重討論Modbus RTU協議，而Modbus TCP協議則是在RTU協議上加一個MBAP報文頭，由於TCP是基於可靠連線的服務，RTU協議中的CRC校驗碼就不再需要，所以在Modbus TCP協議中是沒有CRC校驗碼，用一句比較通俗的話說就是：Modbus TCP協議就是Modbus RTU協議在前面加上五個0以及一個6，然後去掉兩個CRC校驗碼位元組就OK.雖然這句話說得不是特別準確，但是也基本上把RTU與TCP之間的區別說得比較清楚了。

RTU協議中的指令由地址碼(一個位元組），功能碼（一個位元組），起始地址（兩個位元組），資料（N個位元組），校驗碼（兩個位元組）五個部分組成，其中資料又由資料長度（兩個位元組，表示的是暫存器個數，假定內容為M）和資料正文（M乘以2個位元組）組成，而RTU協議是採用3.5個位元組的空閒時間作為指令的起始和結束，一般而言，只有當從機返回資料或者主機寫操作的時候，才會有資料正文，而其他時候比如主機讀操作指令的時候，沒有資料正文，只需要資料長度即可。（本章的討論只涉及暫存器的讀寫，其他比如線圈的讀寫指令我們暫時不涉及）。在此我們通過兩個指令（0x03H：讀多個暫存器指令以及0x10H:寫多個暫存器指令）來解釋Modbus RTU協議。在此我們使用的RTU裝置是深圳市國科偉業通訊技術有限公司的ND-1084型

ND-1084型485匯流排I/O模組採用RS-485匯流排通訊，支援四路開關量輸出以及八路開關量輸入，我們只講述讀取開關量輸出的狀態以及通過寫指令控制開關量的輸出。其中儲存開關量輸出狀態的四個暫存器分別：0x18E,0x18F,0x190,0x191。在此我們假設模組的地址為預設的0x01，當我們要去讀取開關量輸出對應的四個暫存器的狀態的時候，我們下發的十六進位制的指令為:“01 03 01 8E 00 04 25 DE”,其中“01”為模組的地址碼，“03”為功能碼，即表示讀暫存器，“01 8E”為暫存器地址，即從該暫存器地址開始讀取資料，“00 04”則表示讀取4個暫存器，而“25 DE”則為前面“01 03 01 8E 00 04”的CRC校驗碼，該數值通過CRC16校驗演算法計算出來的，我們會在其他文章中闡述。該指令的完整解讀就是，在地址碼為“01”的模組中，從“01 8E”暫存器開始，讀取4個暫存器的資料返回至主機。在此，我們可以看到，讀取指令中並沒有什麼資料正文，因為它只是讀取相應數量的暫存器，並不需要資料正文，而寫操作指令則相反，我們會在後面講到。

模組返回的指令是：“01 03 08 00 01 00 01 00 01 00 01 28 D7”，返回的指令內容解讀就是：“01”表示模組的地址碼，“03”表示該指令是讀操作返回的指令，“08”表示資料長度，在此表示的是8個位元組資料正文（即4個暫存器，每個暫存器兩個位元組表示），“00 01 00 01 00 01 00 01”是資料正文，表示四個暫存器的狀態，“28 D7”就是CRC16校驗碼。

同樣的當我們執行寫操作的是，我們舉例寫第一個開關量輸出，即暫存器“0x18E”，主機下發的指令為：“01 10 01 8e 00 01 02 00 00 A8 7E”，該指令的解讀就是：“01”表示模組的地址，“10”表示該指令為寫暫存器，“01 8E”表示從該暫存器地址開始執行寫操作指令“00 01”表示寫多少個暫存器，在此為寫1個暫存器，“02”表示資料長度，表示資料長度為兩個位元組，“00 00”表示寫入暫存器的資料，在此表示連通，“A8 7E”為CRC校驗碼。模組返回的指令和讀取暫存器的返回的指令類似。

前文所述，Modbus TCP協議是在RTU協議前面新增MBAP報文頭，共七個位元組長度，其分別的意義是：1.傳輸標誌,兩個位元組長度，標誌Modbus詢問/應答的傳輸，一般預設是00 00。2.協議標誌，兩個位元組長度，0表示是Modbus,1表示UNI-TE協議，一般預設也是00 00。3.後續位元組計數，兩個位元組長度，其實際意義就是後面的位元組長度，具體情況詳見下文。4.單元標誌，一個位元組長度，一般預設為00，單元標誌對應於Modbus RTU協議中的地址碼，當RTU與TCP之間進行協議轉換的時候，特別是Modbus閘道器轉換協議的時候，在TCP協議中，該資料就是對應RTU協議中的地址碼，具體情況詳見下文。

通過上面的描述我們差不多能夠理解Modbus RTU協議，我們再說說Modbus TCP通訊協議，前面就已經說過TCP協議就是在RTU協議的基礎上去掉校驗碼以及加上五個0和一個6，當是讀取相關暫存器的時候，該說法是沒有錯的，比如上文的“01 03 01 8E 00 04 25 DE”讀取指令，用TCP協議來表述的話，指令是“00 00 00 00 00 06 00 03 01 8E 00 04”，由於TCP是基於TCP連線的，不存在所謂的地址碼，所以06後面一般都是“00”（當其作為Modbus閘道器伺服器掛接多個RTU裝置的時候，數值從01-FF).即“00 03 01 8E 00 04”對應的是RTU中去掉校驗碼的指令，前面則是五個0以及一個6。其中6表示的是資料長度，即“00 03 01 8E 00 04”有6個位元組長度。而當其為寫操作指令的時候，其指令是“00 00 00 00 00 09 01 10 01 8e 00 01 02 00 00”,其中“00 09”表示後面有9個位元組。

Modbus RTU與Modbus TCP讀指令對比

指令的涵義：從地址碼為01（TCP協議單元標誌為00）的模組0x18E(01 8E)暫存器地址開始讀（03）四個（00 04）暫存器。

Modbus RTU與Modbus TCP寫指令對比

指令的涵義：從地址碼為01（TCP協議單元標誌為00）的模組0x18E(01 8E)暫存器地址開始寫（10）一個（00 01）暫存器，具體資料長度為2個位元組（02），資料正文內容為00 00（00 00）