Modbus协议作为一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，其核心在于通过不同的命令码（Function Code）实现设备间的数据交互，Modbus命令码是Modbus报文中的关键字段，用于标识具体的操作功能，如读取 coils（线圈状态）、discrete inputs（离散输入）、holding registers（保持寄存器）和input registers（输入寄存器）等，Modbus协议支持多种通信串行链路（如RTU、ASCII）和以太网（如TCP/IP），但命令码的定义在所有传输方式中保持一致,确保了协议的通用性和兼容性。
Modbus命令码主要分为两大类：公共功能码（Public Function Codes）和用户自定义功能码（User-Defined Function Codes），公共功能码由Modbus组织官方定义和管理，具有标准化的行为和规范，而用户自定义功能码则由设备制造商根据特定需求自行定义，通常用于扩展协议功能或实现私有功能，以下将详细介绍常用的公共功能码及其应用场景,并通过表格形式归纳总结。
常用公共功能码详解
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功能码01（读取线圈状态）
该命令用于读取一个或多个coils的状态（1位二进制值，0为OFF，1为ON），报文中的起始地址（address）和数量（quantity）参数决定了读取的范围，起始地址为0，数量为8，将读取前8个线圈的状态，响应报文包含一个字节数组，每个bit对应一个线圈的状态，该功能常用于读取开关量输出设备的状态，如继电器、接触器等。 -
功能码02（读取离散输入）
与功能码01类似，但功能码02用于读取离散输入的状态（1位二进制值），这些输入通常是外部物理信号（如传感器状态）的映射，由设备内部只读存储，其报文格式和响应结构与功能码01相同，但应用场景不同，常用于读取限位开关、光电传感器等输入信号的状态。
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功能码03（读取保持寄存器）
保持寄存器是设备可读写的16位寄存器，用于存储配置参数、测量值等数据，功能码03允许读取一个或多个保持寄存器的值（每个寄存器16位），起始地址和数量参数指定了读取范围，响应报文以字节数组形式返回寄存器值（高位在前），该功能是Modbus中最常用的功能之一，例如读取变频器的频率设定值、温度传感器的当前温度等。 -
功能码04（读取输入寄存器）
输入寄存器是只读的16位寄存器，通常用于存储设备的测量数据（如电压、电流、功率等）或系统状态，功能码04的报文格式与功能码03相同，但数据来源不同,读取电能表的累计用电量或PLC的模拟量输入值。 -
功能码05（写入单个线圈）
该命令用于将一个线圈的状态设置为ON（0xFF00）或OFF（0x0000），报文包含目标线圈地址和状态值（0x0000或0xFF00），响应报文返回相同的地址和状态值以确认操作，常用于控制单个开关量输出设备，如启动/停止电机。 -
功能码06（写入单个保持寄存器）
与功能码05类似，但功能码06用于写入单个保持寄存器的16位值，报文包含目标寄存器地址和写入值，响应报文返回相同的地址和值,修改PID控制器的比例系数或设定设备的运行速度。
（图片来源网络，侵删） -
功能码15（写入多个线圈）
当需要同时控制多个线圈时，使用功能码15可提高通信效率，报文包含起始地址、线圈数量和字节数组（每个bit对应一个线圈状态），响应报文返回起始地址和数量以确认写入,一次性控制8个指示灯的开关状态。 -
功能码16（写入多个保持寄存器）
功能码16允许一次性写入多个保持寄存器的值，适用于批量更新设备参数，报文包含起始地址、寄存器数量、字节数组和寄存器值数组，响应报文返回起始地址和数量,同时配置多个PID参数或更新设备的工作模式。 -
功能码22（屏蔽写寄存器）
该命令用于对保持寄存器的特定位进行操作（置位、复位或保持不变），报文包含目标寄存器地址、与掩码（AND）和或掩码（OR），通过逻辑运算修改寄存器值，修改寄存器的某一位以启用/禁用特定功能。 -
功能码23（读写多个寄存器）
结合读取和写入操作，功能码23允许在一次通信中先读取一组寄存器的值，再写入另一组寄存器的值，报文包含读取和写入的起始地址、数量及数据，响应报文返回读取的数据，适用于需要数据交互的场景,如数据交换和同步。
Modbus命令码分类与功能总结表
| 功能码 | 名称 | 操作数据类型 | 是否支持读写 | 典型应用场景 |
|--------|--------------------|--------------------|--------------|----------------------------------|
| 01 | 读取线圈状态 | Coils（1位） | 读 | 读取开关量输出状态 |
| 02 | 读取离散输入 | Discrete Inputs（1位） | 读 | 读取传感器或开关输入状态 |
| 03 | 读取保持寄存器 | Holding Registers（16位） | 读 | 读取配置参数、测量值 |
| 04 | 读取输入寄存器 | Input Registers（16位） | 读 | 读取模拟量输入或系统状态 |
| 05 | 写入单个线圈 | Coils（1位） | 写 | 控制单个开关量输出 |
| 06 | 写入单个保持寄存器 | Holding Registers（16位） | 写 | 修改单个寄存器参数 |
| 15 | 写入多个线圈 | Coils（1位） | 写 | 批量控制开关量输出 |
| 16 | 写入多个保持寄存器 | Holding Registers（16位） | 写 | 批量更新设备参数 |
| 22 | 屏蔽写寄存器 | Holding Registers（16位） | 写 | 对寄存器特定位进行修改 |
| 23 | 读写多个寄存器 | Holding Registers（16位） | 读+写 | 数据交换和同步操作 |
注意事项
- 地址范围：Modbus协议中的地址定义存在差异，例如Modbus TCP/IP使用0-based地址（如400001对应寄存器0），而Modbus RTU/ASCII可能使用1-based地址，需根据设备规范确认。
- 异常响应：当命令执行失败时，设备返回异常码（Exception Code），如“非法功能码”（0x01）、“非法数据地址”（0x02）等，需通过异常码排查问题。
- 数据对齐：多字节数据（如寄存器值）需注意字节序（Big-Endian或Little-Endian），避免解析错误。
相关问答FAQs
Q1：Modbus功能码15和16的主要区别是什么？
A1：功能码15用于写入多个线圈（1位数据），适用于批量控制开关量输出（如同时控制多个指示灯）；功能码16用于写入多个保持寄存器（16位数据），适用于批量更新数值型参数（如同时修改多个PID参数），两者的数据类型和操作对象不同，需根据具体需求选择。
Q2：如何处理Modbus通信中的异常响应？
A2：当设备返回异常响应时，首先检查异常码（Exception Code），异常码0x03表示“非法数据值”，需确认输入的数据范围是否符合设备要求；异常码0x04表示“从设备故障”，需检查设备电源或通信线路，还需核对报文格式（如地址、数量、校验和）是否正确,确保主站和从站的配置一致。
