2024年5月18日发(作者：)

RS485与Modbus通信协议教程

1979年施耐德电气订立了一个用于工业现场的总线协议Modbus协

议，现在工业中使用RS485通信场合很多都采纳Modbus协议，所以今

日我们来了解下RS485通信和Modbus通信协议。

【一】/前言

在工业掌控、电力通讯、智能仪表等领域，通常情况下是采纳串

口通信的方式进行数据交换。最初采纳的方式是RS232接口，由于工业

现场比较多而杂，各种电气设备会在环境中产生比较多的电磁干扰，会

导致信号传输错误。

1979年施耐德电气订立了一个用于工业现场的总线协议Modbus协

议，现在工业中使用RS485通信场合很多都采纳Modbus协议，所以今

日我们来了解下RS485通信和Modbus通信协议。

【二】/RS485通信

1、实际上在RS485之前RS232就已经诞生，但是RS232也有不足：

1）接口的信号电平值较高，达到十几V，简单损坏接口电路的芯

片，而且和TTL电平不兼容，因此和单片机电路接起来的话必需加转换

电路。

2）接口使用的信号线与其他设备形成共地模式的通信，这种共地

模式传输简单产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。

3）传输距离、速率都有限，最多只能通信几十米；只能两点之间

进行通信，不能够实现多机联网通信。

2、针对RS232接口以上不足，显现了RS485等新的接口标准，

RS485具备以下的特点：

1）逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示；逻辑“0”以

两线间的电压差为（2—6）V表示。接口信号电平比RS232降低了，不

易损坏电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可便利与TTL电路连接。

2）RS485通信速度快，数据最高传输速率为10Mbps以上；其内部

的物理结构，采纳的是平衡驱动器和查分接收器的组合，抗干扰本领大

大加添。

3）传输距离最远可达到1200米左右，但传输速率和传输距离是

成反比的，只有在100KB/s以下的传输速率，才能达到最大的通信距离，

假如需要传输更远距离可以使用中继。

4）可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发

器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个

设备的驱动器。

3、RS485有两线制和四线制，四线制只能实现点对点的通信方式，

现很少采纳。两线制这种接线方式为总线式拓朴结构，在同一总线上最

多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采纳的是主从通信方

式，即一个主机带多个从机。

4、很多情况下，连接RS485通信链路时只是简单地用一对双绞线

将各个接口的“A”“B”端连接起来。而疏忽了信号地的连接，这种连

接方法在很多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有两个

原因：

1）共模干扰问题：RS485接口采纳差分方式传输信号方式，并不

需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就

可以了。但人们往往忽视了收发器有肯定的共模电压范围，RS485收发

器共模电压范围为7～+12V，只有充足上述条件，整个网络才能正常工

作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定牢靠，甚

至损坏接口。

2）EMI问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通

路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源

端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。

5、由于PC机默认的只带有RS232接口，以下方法可以得到PC上

位机的RS485电路：

1）通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成

RS485信号，对于情况比较多而杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离

的产品。

2）通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS485类型的扩

展卡。

【三】/Modbus通信协议

Modbus协议是应用于电子掌控器上的一种通用语言。通过此协议，

掌控器相互之间、掌控器经由网络（例如以太网）和设备之间可以通信。

它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的掌控设备可以连

成工业网络，进行集中监控。

此协议定义了一个掌控器能认得使用的消息结构，描述了一掌控

器恳求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的恳求，以及怎样

侦测错误并记录。它订立了消息域格局和内容的公共格式。

1、Modbus具有以下几个特点:

1）标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需

要交纳许可证费，也不会侵害学问产权。目前，支持Modbus的厂家超

过400家，支持Modbus的产品超过600种。

2）Modbus可以支持多种电气接口，如RS232、RS485等，还可以

在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。

3）Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用简单，厂商

开发简单。

2、Modbus寄存器种类说明

1）线圈状态：输出端口，可设定端口的输出状态，也可以读取该

位的输出状态；

2）离散输入状态：输入端口，通过外部设定更改输入状态，可读

但不可写；

3）保持寄存器：掌控器运行时被设定的某些参数，可读可写；

4）输入寄存器：掌控器运行时从外部设备获得的某些参数，可读

不可写。

3、Modbus通讯数据格式

1）单个写入：

2）多个写入：

3）读取：

4、Modbus功能码简述

功能码可以分为位操作和字节操作，位操作的最小单位是Bit，字

节操作的最小单位为2个字节（Byte）。

（1）位操作指令：读线圈状态01H、读离散输入状态02H、写单

个线圈05H、写多个线圈0FH。

（2）字节操作指令：读保存寄存器03H、读输入寄存器04H、写

单个保存寄存器06H、写多个保存寄存器10H。

5、Modbus功能码