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Modbus TCP 协议参考文档

用于 MThings 调试工具配置参考

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1. 地址划分

Modbus 协议定义了四种数据类型，每种类型有独立的地址空间：

类型	代码	地址范围	功能码	数据大小	访问	MThings BLOCK
Coils (线圈)	0x	00001-09999	01/05/15	1 bit	读/写	0
Discrete Inputs (离散输入)	1x	10001-19999	02	1 bit	只读	1
Holding Registers (保持寄存器)	4x	40001-49999	03/06/16	16 bit	读/写	2
Input Registers (输入寄存器)	3x	30001-39999	04	16 bit	只读	3

注意: 保持寄存器（Holding Registers）是最常用的类型，MThings 中 BLOCK=2

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2. 功能码说明

功能码	名称	说明
01	Read Coils	读取线圈状态（位）
02	Read Discrete Inputs	读取离散输入状态（位）
03	Read Holding Registers	读取保持寄存器（最常用）
04	Read Input Registers	读取输入寄存器
05	Write Single Coil	写单个线圈
06	Write Single Register	写单个保持寄存器
15	Write Multiple Coils	写多个线圈
16	Write Multiple Registers	写多个保持寄存器

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3. 错误码说明

当从站无法正常处理请求时，返回异常响应（功能码最高位置1）

代码	名称	说明	原因	解决方案
01	ILLEGAL_FUNCTION	非法功能码	从站不支持请求的功能码	检查功能码是否正确
02	ILLEGAL_DATA_ADDRESS	非法数据地址	请求的地址超出有效范围	检查起始地址和数量
03	ILLEGAL_DATA_VALUE	非法数据值	请求数据包中的值不合法	检查写入的数据值
04	SLAVE_DEVICE_FAILURE	从站设备故障	从站执行时发生错误	检查从站设备状态
05	ACKNOWLEDGE	确认	从站需要较长时间处理	稍后重新发送请求
06	SLAVE_DEVICE_BUSY	从站设备忙	从站正在处理其他命令	等待后重试
08	MEMORY_PARITY_ERROR	内存奇偶校验错误	从站内存错误	检查从站硬件
0A	GATEWAY_PATH_UNAVAILABLE	网关路径不可用	网关配置错误	检查网关配置
0B	GATEWAY_TARGET_FAILED	网关目标设备响应失败	目标设备未响应	检查目标设备是否在线

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4. Modbus TCP 帧格式

Modbus TCP 在标准 Modbus 帧前添加 MBAP 头：

MBAP 头 (7 字节)

字段	字节数	说明
Transaction ID	2	事务标识符，用于匹配请求和响应
Protocol ID	2	协议标识符，Modbus 固定为 0x0000
Length	2	后续字节数（单元标识符 + PDU）
Unit ID	1	单元标识符（从站地址），TCP 通常为 0 或 1

示例：读取保持寄存器

请求: 读取从站1的地址1000开始的3个寄存器

00 01 00 00 00 06 01 03 03 E8 00 03
│  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │
│  │  │  │  │  │  │  │  │  │  └──┴── 寄存器数量 (3)
│  │  │  │  │  │  │  │  └──┴────── 起始地址 (1000 = 0x03E8)
│  │  │  │  │  │  │  └─────────── 功能码 (03 = 读保持寄存器)
│  │  │  │  │  │  └────────────── 单元ID (从站地址 1)
│  │  │  │  └──┴───────────────── 长度 (6字节)
│  │  └──┴─────────────────────── 协议ID (0x0000 = Modbus)
└──┴───────────────────────────── 事务ID (0x0001)

响应: 返回3个寄存器的值

00 01 00 00 00 09 01 03 06 00 01 00 00 00 00
│  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │
│  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │  └──┴── 寄存器3 (0)
│  │  │  │  │  │  │  │  │  │  │  └──┴────── 寄存器2 (0)
│  │  │  │  │  │  │  │  │  └──┴──────────── 寄存器1 (1)
│  │  │  │  │  │  │  │  └───────────────── 字节数 (6)
│  │  │  │  │  │  │  └──────────────────── 功能码 (03)
│  │  │  │  │  │  └─────────────────────── 单元ID (1)
│  │  │  │  └──┴────────────────────────── 长度 (9字节)
│  │  └──┴──────────────────────────────── 协议ID
└──┴────────────────────────────────────── 事务ID

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5. 数据类型转换

Modbus 寄存器为 16 位，多字节数据需要多个寄存器：

类型	寄存器数	范围	说明
UINT16	1	0 ~ 65535	无符号16位整数
INT16	1	-32768 ~ 32767	有符号16位整数
UINT32	2	0 ~ 4294967295	无符号32位整数
INT32	2	-2147483648 ~ 2147483647	有符号32位整数
FLOAT32	2	IEEE 754	单精度浮点数

Float32 示例

值 50.0 的 IEEE 754 表示：

IEEE 754: 0x42480000

大端序 (Big Endian):
  寄存器1 (高位): 0x4248
  寄存器2 (低位): 0x0000

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6. MThings 配置参数说明

BLOCK (数据区域)

值	说明
0	线圈 Coils (功能码 01/05/15)
1	离散输入 Discrete Inputs (功能码 02)
2	保持寄存器 Holding Registers (功能码 03/06/16)
3	输入寄存器 Input Registers (功能码 04)

PrtcTYPE (数据类型)

值	说明
1	UINT16 - 无符号16位整数
2	FLOAT32 - 32位浮点数
3	INT16 - 有符号16位整数
4	UINT32 - 无符号32位整数
5	INT32 - 有符号32位整数

Size (寄存器数量)

值	说明
1	1个寄存器 (16位)
2	2个寄存器 (32位)
4	4个寄存器 (64位)

ByteOder (字节序)

值	说明
0	大端序 Big Endian (高字节在前) - 常用
1	小端序 Little Endian (低字节在前)

WordOder (字序)

值	说明
0	高字在前 - 常用
1	低字在前

ShowType (显示类型)

值	说明
0	浮点数显示
1	十六进制显示
2	十进制显示
3	二进制显示

LinkMode (连接模式)

值	说明
0	TCP Client 模式
1	TCP Server 模式

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7. 常见问题

Q1: 为什么读取的数据全是0？

A: 检查地址是否正确，注意有些设备地址从0开始，有些从1开始。

Q2: 为什么连接超时？

A: 检查IP地址和端口是否正确，防火墙是否放行502端口。

Q3: 为什么浮点数显示不正确？

A: 检查字节序（ByteOder）和字序（WordOder）设置，不同厂商可能使用不同的字节序。

Q4: 返回异常码02是什么意思？

A: 非法数据地址（ILLEGAL_DATA_ADDRESS），请求的地址超出设备有效范围。

Q5: 如何区分功能码03和04？

A:

• 功能码03：读取保持寄存器（Holding Registers），可读写
• 功能码04：读取输入寄存器（Input Registers），只读

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8. 参考资料

• Modbus 官方规范: modbus.org
• MThings 使用手册: Tools/MThings/MThings使用手册.pdf