1. 协议基础
主从架构：单主站（Master）轮询多个从站（Slave），从站仅在收到主站请求后响应。
传输模式：
二进制编码：数据以二进制形式传输，效率高于ASCII模式。
物理层：通常基于RS-485（多点通信）或RS-232（点对点）。
波特率：常用9600、19200、38400等，需所有设备一致。
地址范围：从站地址为1~247（0为广播地址，但实际中极少使用）。
2. 数据帧格式
Modbus RTU帧由地址、功能码、数据、CRC校验组成，格式如下：
| 字段 | 长度 | 说明 |
| 起始符 | 无 | 帧间需保持至少3.5字符时间的静默（由波特率计算） |
| 从站地址 | 1字节 | 1~247 |
| 功能码 | 1字节 | 定义操作类型（如读/写寄存器） |
| 数据字段 | N字节 | 具体操作的数据（如寄存器地址、数量、值等） |
| CRC校验 | 2字节 | 循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check） |
| 结束符 | 无 | 帧间需保持至少3.5字符时间的静默 |
示例帧（读取保持寄存器）：
主站请求：01 03 00 6B 00 03 76 87
01：从站地址
03：功能码（读保持寄存器）
00 6B：起始寄存器地址（0x006B = 十进制107）
00 03：寄存器数量（3个）
76 87：CRC校验
从站响应：01 03 06 02 2B 00 00 00 64 45 6F
01：从站地址
03：功能码
06：数据字节数（6字节）
02 2B 00 00 00 64：寄存器值（按顺序解析）
45 6F：CRC校验
3. 核心功能码
常用功能码如下：
| 功能码 | 名称 | 操作 |
| 01 | 读线圈状态 | 读取单个或多个线圈（输出）的ON/OFF状态 |
| 02 | 读输入状态 | 读取单个或多个输入（离散量输入）的状态 |
| 03 | 读保持寄存器 | 读取单个或多个保持寄存器的值（常用） |
| 04 | 读输入寄存器 | 读取输入寄存器的值（如传感器数据） |
| 05 | 写单个线圈 | 强制单个线圈为ON/OFF |
| 06 | 写单个保持寄存器 | 写入单个保持寄存器的值 |
| 15 | 写多个线圈 | 写入多个线圈状态 |
| 16 | 写多个保持寄存器 | 写入多个保持寄存器的值 |
4. 数据模型
Modbus定义四类数据存储区：
| 数据类型 | 读写权限 | 地址范围 |
| 线圈（Coils） | 读/写 | 00001 ~ 09999 |
| 离散输入（Inputs） | 只读 | 10001 ~ 19999 |
| 保持寄存器（Holding Registers） | 读/写 | 40001 ~ 49999 |
| 输入寄存器（Input Registers） | 只读 | 30001 ~ 39999 |
5. CRC校验
计算范围：从地址字段到数据字段的所有字节。
算法：使用多项式 0xA001（CRC-16）。
工具：可通过查表法或在线工具生成校验码。
6. 异常响应
从站返回异常时，功能码最高位置1（原功能码 + 0x80），并附加错误码：
示例：01 83 02 C0 F1
83：功能码0x03的异常（03 + 80 = 0x83）
02：错误码（02表示“无效地址”）
7. 物理层配置
RS-485：需终端电阻（120Ω）防止信号反射，支持最多32个设备。
接线：A/B线（差分信号）需正确连接，避免干扰。
波特率/数据位/校验位：常见配置为 8-N-1（8数据位、无校验、1停止位）。
8. 优缺点
优点：
简单易实现，资源占用低。
实时性强，适合低速串行通信。
缺点：
无加密或身份验证机制，安全性低。
主从架构不支持多主站。
9. 应用场景
PLC与传感器、仪表、变频器等设备通信。
工业控制系统（SCADA、DCS等）中的数据采集与控制。
10. 写入单个线圈实例
功能码：05（写单个线圈）
作用：强制线圈（Coil）的值为 ON（0xFF00）或 OFF（0x0000）。
10.1 请求帧格式
| 字段 | 字节数 | 示例值 | 说明 |
| 从站地址 | 1字节 | 01 | 目标从站地址（1~247） |
| 功能码 | 1字节 | 05 | 写单个线圈 |
| 线圈地址 | 2字节 | 00 13 | 线圈地址（0x0013 = 十进制19，对应协议地址 00020） |
| 写入值 | 2字节 | FF 00 或 00 00 | FF00 表示ON，0000 表示OFF |
| CRC校验 | 2字节 | 8C 3A | 校验地址、功能码、地址、数据的CRC |
10.2 示例请求帧（将线圈20设为ON）：
01 05 00 13 FF 00 8C 3A
解析：
01：从站地址1。
05：功能码（写线圈）。
00 13：线圈地址为0x0013（十进制19），对应Modbus协议地址 00020（地址从1开始）。
FF 00：强制线圈为ON。
8C 3A：CRC校验码。
10.3 响应帧格式
成功写入后，从站返回与请求相同的帧（确认写入值）：
01 05 00 13 FF 00 8C 3A
字段含义与请求帧完全一致。
10.4 异常响应
若写入失败（如地址无效），从站返回异常帧：
01 85 02 80 71
解析：
01：从站地址。
85：异常功能码（0x05 + 0x80 = 0x85）。
02：错误码（02表示“无效地址”）。
80 71：CRC校验。
10.5 关键注意事项
线圈地址偏移：
协议中线圈地址范围为 00001-09999，但在数据帧中需转换为 0-based 地址（减1）。
例如：协议地址 00020 → 数据帧地址 0x0013（十进制19）。
写入值固定：
FF 00 表示ON，00 00 表示OFF，其他值无效。
CRC计算工具：
使用在线工具或代码库（如Python的 crcmod）生成校验码，避免手动计算错误。
10.6 实际应用场景
控制继电器、电磁阀等设备的开关。
示例代码（Python伪代码）：
python
import serialimport crcmod
# 构造请求帧
slave_address = 0x01
function_code = 0x05
coil_address = 0x0013 # 对应协议地址00020
value = 0xFF00 # ON
frame = bytes([slave_address, function_code]) + coil_address.to_bytes(2, ‘big’) + value.to_bytes(2, ‘big’)
# 计算CRC
crc_func = crcmod.mkCrcFun(0x18005, rev=True, initCrc=0xFFFF)
crc = crc_func(frame)
frame += crc.to_bytes(2, ‘little’) # CRC以小端字节序附加
# 通过串口发送
ser = serial.Serial(‘/dev/ttyUSB0’, baudrate=9600, timeout=1)
ser.write(frame)
总结来说，用户需要明确的步骤说明、实际例子以及常见问题的解决方法。确保回答结构清晰，覆盖所有关键点，特别是数据打包和地址转换，这些通常是容易出错的地方。
以下是 Modbus RTU 写多个线圈（功能码 15，十六进制 0x0F） 的详细指令示例和解析：
11. 写入多个线圈实例
功能码：15（0x0F，写多个线圈）
作用：一次性写入多个线圈（Coils）的ON/OFF状态。
11.1 请求帧格式
| 字段 | 字节数 | 示例值 | 说明 |
| 从站地址 | 1字节 | 01 | 目标从站地址（1~247） |
| 功能码 | 1字节 | 0F | 写多个线圈 |
| 起始线圈地址 | 2字节 | 00 13 | 起始线圈地址（0x0013 = 十进制19，对应协议地址 00020） |
| 线圈数量 | 2字节 | 00 06 | 要写入的线圈数量（6个线圈） |
| 字节数 | 1字节 | 01 | 数据字段的字节数（6线圈需1字节，见下文说明） |
| 数据（线圈状态） | N字节 | B2 | 线圈状态的二进制位组合（B2 = 1011 0010，见解析） |
| CRC校验 | 2字节 | 4E 8B | 校验所有字段的CRC值 |
示例请求帧（写入线圈20~25的6个线圈）：
01 0F 00 13 00 06 01 B2 4E 8B
解析：
01：从站地址1。
0F：功能码（写多个线圈）。
00 13：起始线圈地址0x0013（十进制19，对应协议地址 00020）。
00 06：写入6个线圈（地址20~25）。
01：数据字段占1字节（6个线圈需1字节，8位中仅使用低6位）。
B2：二进制 1011 0010，解析为线圈状态（见下表）。
4E 8B：CRC校验。
线圈状态解析（按地址顺序）：
| 线圈地址 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 未使用 | 未使用 |
| 位值 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 状态 | ON | OFF | ON | ON | OFF | OFF | – | – |
注意：
数据字段的每个字节表示8个线圈状态，按位打包，低位在前（如字节 B2 的二进制为 10110010，但实际解析顺序为从右到左）：
第1位（最低位）：地址20 → 0（对应二进制 10110010 的第0位是 0，但此处示例可能需要修正位顺序）。
修正说明：Modbus协议规定，数据字段的每个字节中，最低位对应起始地址，后续位依次递增。例如：
字节 B2（二进制 10110010）解析为：
位0（最低位）→ 地址20：0（OFF）
位1 → 地址21：1（ON）
位2 → 地址22：0（OFF）
位3 → 地址23：0（OFF）
位4 → 地址24：1（ON）
位5 → 地址25：1（ON）
位6和7未使用（填充0）。
实际应根据具体需求调整位顺序。
11.3 响应帧格式
成功写入后，从站返回确认帧：
01 0F 00 13 00 06 3D 8C
解析：
01：从站地址。
0F：功能码。
00 13：起始地址。
00 06：写入的线圈数量。
3D 8C：CRC校验。
11.4 异常响应
若写入失败（如地址越界），返回异常帧：
01 8F 02 80 71
解析：
01：从站地址。
8F：异常功能码（0x0F + 0x80 = 0x8F）。
02：错误码（02表示“无效地址”）。
80 71：CRC校验。
11.5 关键注意事项
数据字节数计算：
线圈数量为 N，所需字节数为 ceil(N / 8)。
例如：6个线圈 → 1字节，10个线圈 → 2字节。
位顺序：
每个字节中，最低位（LSB）对应起始地址，后续位依次递增。
例如：数据字节 0x01（二进制 00000001）表示仅第一个线圈为ON。
未使用位填充：
若线圈数量不足8的倍数，最后一个字节的高位补0（例如6个线圈时，最后2位无意义）。
11.6 实际应用场景
批量控制多个继电器、指示灯或电磁阀。
Python伪代码示例：
python
import serialimport crcmod
def write_multiple_coils(slave_addr, start_addr, coil_states):
# 计算字节数和数据
coil_count = len(coil_states)
byte_count = (coil_count + 7) // 8
data_bytes = bytearray(byte_count)
# 将线圈状态打包为字节
for i in range(coil_count):
if coil_states[i]:
byte_index = i // 8
bit_index = i % 8
data_bytes[byte_index] |= (1 << bit_index)
# 构造请求帧
frame = bytes([slave_addr, 0x0F])
frame += start_addr.to_bytes(2, ‘big’)
frame += coil_count.to_bytes(2, ‘big’)
frame += bytes([byte_count])
frame += data_bytes
# 计算CRC
crc_func = crcmod.mkCrcFun(0x18005, rev=True, initCrc=0xFFFF)
crc = crc_func(frame)
frame += crc.to_bytes(2, ‘little’)
# 发送帧
ser = serial.Serial(‘/dev/ttyUSB0’, baudrate=9600)
ser.write(frame)
# 示例：写入线圈20~25为 [ON, OFF, ON, ON, OFF, OFF]
write_multiple_coils(1, 19, [1, 0, 1, 1, 0, 0])
11.7 常见问题
位顺序错误：确保数据字节的位顺序与线圈地址顺序一致。
字节数不足：未正确计算 ceil(N/8) 会导致数据截断。
地址偏移：协议地址（如00020）需转换为0-based地址（19）。
12. 写单个保持寄存器（功能码 0x06）
作用：向从站设备的单个保持寄存器写入一个16位值。
请求帧格式：
[从站地址] [功能码] [寄存器地址高] [寄存器地址低] [数据高] [数据低] [CRC低] [CRC高]
示例：
假设：
从站地址：0x01
寄存器地址：0x0002（对应MODBUS地址40003，因为地址从40001开始）
写入数据：0x00C8（十进制200）
请求帧（十六进制）：
01 06 00 02 00 C8 08 03
分解：
01：从站地址
06：功能码（写单个寄存器）
00 02：寄存器地址（大端格式）
00 C8：写入的数据（大端格式）
08 03：CRC校验值（低字节在前）
13. 写多个保持寄存器（功能码 0x10）
作用：向从站设备的连续多个保持寄存器写入多个16位值。
请求帧格式：
[从站地址] [功能码] [起始地址高] [起始地址低] [寄存器数量高] [寄存器数量低] [字节数] [数据1高] [数据1低] [数据2高] [数据2低] … [CRC低] [CRC高]
示例：
假设：
从站地址：0x01
起始寄存器地址：0x0000（对应MODBUS地址40001）
写入2个寄存器：
寄存器1数据：0x1234
寄存器2数据：0x5678
请求帧（十六进制）：
01 10 00 00 00 02 04 12 34 56 78 7C 9A
分解：
01：从站地址
10：功能码（写多个寄存器）
00 00：起始地址（大端格式）
00 02：寄存器数量（写入2个寄存器）
04：后续数据的总字节数（2寄存器 × 2字节 = 4字节）
12 34：第一个寄存器的数据（0x1234）
56 78：第二个寄存器的数据（0x5678）
7C 9A：CRC校验值（低字节在前）
关键注意事项：
寄存器地址与MODBUS地址的映射：
MODBUS地址40001对应协议中的寄存器地址0x0000，40002对应0x0001，依此类推。
数据格式：
所有数值均为大端格式（高字节在前），但CRC校验值为小端格式（低字节在前）。
CRC计算：
使用标准MODBUS CRC16算法，可借助工具（如在线CRC计算器）生成。
从站响应：
成功写入后，从站会返回与请求相同的帧（写单个寄存器）或返回起始地址和寄存器数量（写多个寄存器）。
14. 读取离散输入（Inputs，功能码 02）
在 Modbus 协议中，读取离散输入（Inputs，功能码 02）和读取线圈（Coils，功能码 01）的返回数据格式完全相同，均以 按位打包的字节（bit-packed bytes） 形式表示每个输入或线圈的状态。以下是具体分析：
1. 返回数据格式
无论是读取线圈（01）还是离散输入（02），响应报文的数据部分均为 位（bit）的紧凑打包形式：
每个字节（Byte）表示 8 个输入/线圈的状态（从低地址到高地址依次排列）。
字节内位的顺序：最低有效位（LSB）对应第一个地址，最高有效位（MSB）对应第 8 个地址。
例如，若读取地址 0~7 的状态为 [1,0,1,0,1,0,1,0]，则返回字节为 `0x55`（二进制 01010101）。
剩余位填充：如果请求的输入/线圈数量不是 8 的倍数，最后一个字节的高位部分补零。
2. 响应报文结构
以功能码 02（读离散输入） 为例：
响应报文格式：
[事务ID] [协议ID] [长度] [单元ID] [功能码] [字节数] [数据字节1] [数据字节2] …
字节数（Byte Count）：表示后续数据的总字节数。
数据字节（Data Bytes）：按位打包的输入状态。
3. 示例对比
假设读取 10 个离散输入（地址 0~9），响应报文如下：
功能码（02） | 字节数（2） | 数据字节1（0xCD） | 数据字节2（0x01）
数据解析：
字节1 0xCD → 二进制 11001101，表示地址 0~7 的状态：1,0,1,1,0,0,1,1。
字节2 0x01 → 二进制 00000001，表示地址 8~9 的状态：1,0（高位补零）。
4. 与线圈（Coils，功能码 01）的区别
功能码不同：线圈（01）与离散输入（02）的功能码不同，但数据格式一致。
读写权限：
线圈（Coils）：可读可写（功能码 01 读，05 写单个，15 写多个）。
离散输入（Inputs）：只读（功能码 02）。
5. 解析方法
无论是线圈还是离散输入，均需按以下步骤解析：
提取 字节数 字段，确定数据长度。
将数据字节转换为二进制，按位拆解。
按顺序映射到具体地址。
代码示例（Lua）：
— 假设收到数据字节为 {0xCD, 0x01}，读取 10 个输入local bytes = {0xCD, 0x01}local bits = {}
for i, byte in ipairs(bytes) do
for bit_pos = 0, 7 do
local bit = (byte >> bit_pos) & 1
bits[#bits + 1] = bit
endend
— 输出地址 0~9 的状态for addr = 0, 9 do
print(“地址”, addr, “状态:”, bits[addr + 1]) — Lua 索引从 1 开始end
6. 总结
是，返回包格式相同：离散输入（02）和线圈（01）的响应数据均以 位打包的字节 形式返回。
唯一区别：功能码和寄存器类型（线圈可写，离散输入只读）。
解析代码可复用，只需注意功能码对应的寄存器类型。
在 MODBUS RTU 协议中，功能码 0x10（写多个保持寄存器） 只能操作连续的寄存器地址。如果需要对不连续地址写入数据，必须分多次发送不同的请求，或依赖设备支持自定义扩展协议。以下是针对你的需求的详细分析和解决方案：
15. 是否可以用10 写入非连续地址的数据：比如
用指令 16 写多个保持寄存器 可以是不连续地址吗， 比如开始地址0000，我要写00，04，06 这三个地址，00，04写入4字节浮点数（ABCD序），06写入2个字节的整数(AB需要）
标准MODBUS协议的限制
功能码 0x10 的规则：必须指定一个连续的寄存器块，起始地址 + 寄存器数量，且数据按顺序填充。
你的需求矛盾：
要写入 0000, 0004, 0006 三个不连续地址。
每个浮点数占用 2 个连续寄存器（4 字节，ABCD 序），整数占用 1 个寄存器（2 字节，AB 序）。
无法通过单次功能码 0x10 实现。
在 Modbus RTU 协议中，功能码 0x04（读输入寄存器） 支持一次性读取多个连续的输入寄存器。以下是具体说明和示例：
14. 读取一个或多个输入寄存器
功能码：0x04（读输入寄存器）
用途：从从站设备读取只读输入寄存器的数据（例如传感器数值、设备状态等）。
支持范围：可一次性读取 1~125 个连续寄存器（每个寄存器为 16 位）。
1. 请求帧格式
[从站地址] [功能码] [起始地址高] [起始地址低] [寄存器数量高] [寄存器数量低] [CRC低] [CRC高]
起始地址：输入寄存器的起始地址（大端格式，即高字节在前）。
寄存器数量：要读取的寄存器个数（大端格式）。
示例：
从站地址：0x01
起始地址：0x0000（对应 Modbus 地址 30001）
读取数量：3 个寄存器
请求帧（十六进制）：
01 04 00 00 00 03 [CRC]
分解：
01：从站地址
04：功能码（读输入寄存器）
00 00：起始地址（大端格式）
00 03：读取 3 个寄存器（大端格式）
[CRC]：CRC 校验值（低字节在前）。
2. 响应帧格式
[从站地址] [功能码] [字节数] [数据1高] [数据1低] [数据2高] [数据2低] … [CRC低] [CRC高]
字节数：后续数据的字节总数（寄存器数量 × 2）。
数据格式：每个寄存器数据为大端格式（高字节在前）。
示例响应（假设读取到 3 个寄存器的值为 0x1234, 0x5678, 0x9ABC）：
01 04 06 12 34 56 78 9A BC [CRC]
分解：
01：从站地址
04：功能码
06：数据总字节数（3 寄存器 × 2 字节 = 6 字节）
12 34：第一个寄存器的值（0x1234）
56 78：第二个寄存器的值（0x5678）
9A BC：第三个寄存器的值（0x9ABC）
[CRC]：CRC 校验值。
3. 关键注意事项
(1) 地址范围限制
Modbus 输入寄存器的逻辑地址范围为 30001~39999（协议中的寄存器地址为 0x0000~0x270F）。
确保起始地址和寄存器数量不超出设备支持的范围（参考从站设备文档）。
(2) 数据解析
若数据为 32 位浮点数或 32 位整数，需根据设备定义的字节序（如 ABCD、CDAB 等）组合两个寄存器的值。
例如，浮点数占用地址 0000 和 0001，需将两个寄存器的值拼接后转换。
(3) 错误响应
如果请求非法（如地址无效或数量超限），从站返回错误帧：
[从站地址] [功能码 + 0x80] [异常码] [CRC]
异常码：0x02（非法地址）、0x03（非法数据值）等。
4. 实际应用场景
(1) 读取传感器数据
假设从站的输入寄存器存储了以下数据：
地址 30001（0x0000）：温度值（16 位整数）
地址 30002（0x0001）：湿度值（16 位整数）
地址 30003（0x0002）：压力值（32 位浮点数，占用 0x0002 和 0x0003）
请求帧（读取 4 个寄存器）：
01 04 00 00 00 04 [CRC]
响应帧：
01 04 08 00 64 00 32 43 1C 00 00 [CRC]
00 64 → 温度值（0x0064 = 100）
00 32 → 湿度值（0x0032 = 50）
43 1C 00 00 → 浮点数（需按 ABCD 序解析为 0x431C0000 = 156.0）。
6. 总结
功能码 0x04 支持一次性读取多个连续的输入寄存器，最大数量为 125 个。
需确保请求的地址和数量在设备允许范围内，并正确解析数据格式（如浮点数、整数、字节序）。
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