modbus通讯协议是一种工业通讯协议，它定义的是一种设备控制器可以识别和使用的信息帧结构，独立于物理层介质，可以承载于多种网络类型中。modbus协议把通信参与者规定为“主站”（master）和“从站”（slave），数据和信息的通信遵从主/从模式，当它应用于标准modbus网络时，信息被直接传送。modbus总线网络中的各个智能设备通过异步串行总线连接起来，只允许一个控制器作为主站，其余智能设备作为从站。采用命令/应答的通信方式，主站发出请求，从站应答请求并送回数据或状态信息，从站不能够自己发送信息。modbus协议定义的各种信息帧格式，描述了主站控制器访问从站设备的过程，规定从站怎样做出应答响应，以及检查和报告传输错误等。网络中的每个从设备都必须分配给一个唯一的地址，只有符合地址要求的从设备才会响应主设备发出的命令。
由于modbus总线系统开发成本低，简单易用，并且现在已有很多器、、显示屏等都具有modbus通信接口，所以它已经成为一种公认的通信标准。通过modbus总线，可以很方便地将不同厂商生产的控制设备连成工业网络，进行集中监控。
modbus最初为plc通信而设计，它通过24种总线命令实现plc与外界的信息交换。这些总线命令对应的通信功能主要包括ai/ao、di/do的数据传送。但不是很多modbus设备的控制只使用其中的几条命令，对其余命令不做反应。
1.modbus通信格式
modbus协议定义了两种传输模式，即rtu（remote terminal unit）和ascii。在rtu模式中，1字节的信息作为一个8位字符被发送，而在ascii模式中则作为两个ascii字符被发送，如发送字符“20”时，采用rtu模式时为“00100000”，然而采用ascii模式则成为“00110010”＋“00110000”（ascii字符的“2”和“0”）。可见，发送同样的数据时，rtu模式的效率大约为ascii模式的两倍。一般来说，数据量少而且主要是文本时采用ascii；通信数据量大而且是二进制数值时，多采用rtu模式。
主站一次可向一个或所有从站发送通信请求（或指令），主设备通过消息帧的地址域来选通从设备。主站发送的消息帧的内容和顺序为：从站地址、功能码、数据域（数据起始地址、数据量、数据内容）、crc校验码；从站应答的信息内容和顺序与主站信息帧基本相同。modbus除了定义通信功能码之外，同时还定义了出错码，标志出错信息。主站接收到错误码后，根据错误的原因采取相应的措施。从站应答的数据内容依据功能码进行响应，例如功能代码03要求读取从站设备中保持寄存器的内容。
modbus部分功能码
2. crc校验的实现
modbus通信的rtu模式中，规定信息帧的最后两个字节用于传递crc（cyclic redundancy check，循环冗余校验）码。发送方将信息帧中地址域、功能码、数据域的所有字节按规定的方式进行位移并进行xor（异或）计算，即可得到2字节的crc码，并把包含crc校验码的信息帧作为一连续的流进行传输。接收方在收到该信息帧时按同样的方式进行计算，并将结果同收到的crc码的双字节比较，如果一致就认为通信正确，否则认为通信有误，从站将发送crc错误应答。
rtu模式一般采用crc-16冗余校验方法，crc-16的校验码为16位（2字节），其中低字节在前，高字节在后。实现crc校验有两种方法：根据crc校验的定义公式进行计算，或者在程序中建立crc校验值表。在程序中使用前者更容易实现，这里需要使用crc生成多项式x16＋x15＋x2＋1。该多项式对应的码组系数为18005h（16进制），去除最高位，对应的16位余数为8005h，即为crc-16常数。crc-16校验过程如下：将crc寄存器的每一位预置为1；把该寄存器值与8bit的信息帧数据进行异或，结果存于该寄存器；对crc寄存器从高到低进行移位，在最高位（msb）的位置补零，而最低位（lsb，移位后已经被移出crc寄存器）如果为1，则把寄存器与crc-16常数进行异或，否则如果lsb为零，则无需进行异或。重复上述的由高至低的移位8次，第一个8bit数据处理完毕，用此时寄存器的值与下一个8bit数据异或并进行如前一样的8次移位。所有的字符处理完成后crc寄存器内的值即为最终的crc值。crc添加到消息中时，先加入低字节，然后高字节。
3. 链路特征
modbus标准的物理层可以采用rs-232串行通信方式，但在长距离通信中常采用rs-422或rs-485代替。在多点通信情况下只采用rs-485方式，所以rtu模式下的modbus系统采用屏蔽双绞线，通信距离可达1000m。一条总线上最多可配置31个从站设备。传输线上的信息交换是半双工的，即同时只能有一台设备允许发送信息，主站在发送下一条指令之前等待从站回应，从而避免了线路的冲突。
rtu模式的传输格式是1个数据位，2个停止位，没有奇偶校验位。通信数据安全由控制参数crc-16码保证。rtu接收设备依靠接收字符间经过的时间判断一帧的开始，如果经过3个半的字符时间后仍然没有新的字符或者没有完成帧，接收设备就会放弃该帧，并设下一个字符为新一帧的开始。
