Modbus协议地址模型详解学习笔记

1️⃣ 核心思想：地址 = 数据的“门牌号”

在上一篇笔记中，我们知道了Modbus有4个核心存储区：

• 输出线圈 (0区)
• 输入线圈 (1区)
• 输入寄存器 (3区)
• 输出寄存器 (4区)

但这只是“分区”。每个区里都有成千上万个“房间”（数据位或寄存器），我们需要一个“门牌号”来定位每一个房间。

✅ 一句话总结：
Modbus地址模型，就是一套给每个数据点分配“门牌号”的规则。

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2️⃣ PLC地址模型 vs. Modbus地址模型

图中首先对比了两种地址模型：

🔹 PLC地址模型（工业控制常用）

这是PLC（可编程逻辑控制器）内部使用的地址格式，非常直观：

• D100 → D区第100个字（寄存器）
• M10 → M区第10个位（线圈/开关）

这种地址的好处是：

• 直观易懂：一看就知道是哪个区、第几个。
• 与设备硬件对应：工程师在编程时直接使用。

但它的缺点是：

• 不通用：不同品牌的PLC地址格式可能不同（比如西门子、三菱、欧姆龙）。
• 不能直接用于Modbus通信：Modbus协议有自己的标准地址格式。

💡 简单理解：
PLC地址就像你家小区的“楼栋+单元+房号”，比如“3号楼2单元501室”，很具体，但只适用于你这个小区。

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🔹 Modbus地址模型（通信协议标准）

Modbus为了统一不同设备之间的通信，定义了一套标准化的地址格式。这套格式的核心公式是：

✅ Modbus地址 = 存储区代号 + (偏移量 + 1)

🧩 公式拆解：

• 存储区代号：就是我们熟悉的 0, 1, 3, 4。
• 偏移量：从 0 开始计数的位置。
• +1：这是Modbus协议的一个“历史遗留习惯”，为了兼容早期设备，地址编号从 1 开始，而不是从 0。

📌 举个栗子：

你想访问 4区第100个寄存器（也就是输出寄存器区的第100个位置）：

• 存储区代号 = 4
• 偏移量 = 99 （因为从0开始数，第100个是索引99）
• 地址 = 4 + (99 + 1) = 4 + 100 = 4100

但在实际应用中，Modbus地址通常以 五位或六位数字 表示，所以它会被写成：

• 长地址模型：40100 或 400100
• 短地址模型：40100

🚨 重要提醒：
很多软件（如Modbus Poll）默认显示的是 “相对地址”，也就是去掉区号后的偏移量。比如你看到 100，它其实代表的是 40100（4区第100个寄存器）。这一点一定要搞清楚，否则你会找不到数据！

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3️⃣ Modbus地址的两种表示方式：长地址 & 短地址

图中提到了两种主流的地址表示法：

🔹 长地址模型（六位地址模型）

这是最完整、最标准的表示法，由6位数字组成：

• 前两位：存储区代号
• 后四位：寄存器或线圈的编号

存储区	区号	示例地址	含义
输出线圈	0x	00001 - 065536	0区第1个到第65536个线圈
输入线圈	1x	10001 - 165536	1区第1个到第65536个线圈
输入寄存器	3x	30001 - 365536	3区第1个到第65536个寄存器
输出寄存器	4x	40001 - 465536	4区第1个到第65536个寄存器

✅ 优点：一目了然，看到地址就知道是哪个区、第几个。
❗ 缺点：数字太长，读起来有点拗口。

🔹 短地址模型（五位地址模型）

这是更常用的简化版，由5位数字组成：

• 第一位：存储区代号
• 后四位：寄存器或线圈的编号

存储区	区号	示例地址	含义
输出线圈	0x	00001 - 09999	0区第1个到第9999个线圈
输入线圈	1x	10001 - 19999	1区第1个到第9999个线圈
输入寄存器	3x	30001 - 39999	3区第1个到第9999个寄存器
输出寄存器	4x	40001 - 49999	4区第1个到第9999个寄存器

✅ 优点：简洁明了，大部分Modbus软件都默认使用这种格式。
❗ 缺点：最大只能表示到9999，超过这个数就需要用长地址模型。

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4️⃣ 绝对地址 vs. 相对地址（重中之重！）

这是新手最容易混淆的地方！图中专门强调了这一点。

🔹 绝对地址 (Absolute Address)

• 定义：包含存储区代号的完整地址。
• 例子：40001, 30001, 00001
• 特点：
  • 一眼就能看出是哪个区、第几个。
  • 在说明书或人与人交流时常用，比如：“出口压力的数据在40010地址”。

📌 适用场景：

• 设备手册
• 工程师之间沟通
• 需要精确指定地址时

🔹 相对地址 (Relative Address)

• 定义：不包含存储区代号，只表示“偏移量”。
• 例子：0, 1, 2, ..., 9999
• 特点：
  • 协议报文里实际传输的就是相对地址！因为功能码已经说明了是哪个区（比如功能码03是读输出寄存器），所以不需要再传区号。
  • 如果你在软件里看到地址是 100，它其实是 40100 的相对地址（即偏移量为100）。
  • 如果在报文中错误地使用绝对地址，会引起冲突！

📌 适用场景：

• Modbus协议数据帧内部
• 大部分调试软件的“地址输入框”默认显示相对地址

✅ 终极记忆法：

• “绝对” = 完整门牌号（带区号）
• “相对” = 房间号（不带区号，靠功能码知道在哪栋楼）

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5️⃣ 存储区范围：每个区能存多少数据？

图中给出了每个存储区的最大容量：

• 所有区：最多可以存储 65536 个线圈或寄存器。
• 实际范围：

存储区	地址范围（长地址）	地址范围（短地址）	相对地址范围
输出线圈	00001 - 065536	00001 - 09999	0 - 65535
输入线圈	10001 - 165536	10001 - 19999	0 - 65535
输入寄存器	30001 - 365536	30001 - 39999	0 - 65535
输出寄存器	40001 - 465536	40001 - 49999	0 - 65535

💡 为什么是65536？
因为Modbus协议规定，地址偏移量是一个16位无符号整数，最大值是 2^16 - 1 = 65535，所以从0开始数，一共可以有65536个位置。

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6️⃣ 实际应用中的地址模型选择

图中提到，在实际应用中，有时不需要长地址模型，原因如下：

🔹 仪表、变频器等小型设备

• 通常只有几十或几百个寄存器。
• 使用 短地址模型 即可满足需求。
• 读起来比较“拗口”（因为数字小，容易记错），但足够用。

🔹 PLC映射表

• PLC内部地址非常多，通常需要映射到Modbus地址。
• 这种情况下，一般采用 长地址模型，因为需要精确到每一个寄存器。

✅ 总结：

• 小设备 → 用短地址模型（5位）
• 大系统/PLC → 用长地址模型（6位）
• 通信报文 → 用相对地址（功能码已说明区号）

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7️⃣ 实战模拟：手把手教你查地址

假设你现在有一个任务：

“我要读取PLC中‘出口压力’这个参数，手册上写着它在 40010 地址。”

📌 步骤1：判断这是什么地址？

• 40010 是 绝对地址，且是 短地址模型（5位）。
• 第一位 4 → 说明是 输出寄存器区（4区）。
• 后四位 0010 → 说明是第10个寄存器。

📌 步骤2：转换为相对地址

• 相对地址 = 0010 - 1 = 9 （因为地址从1开始，偏移量从0开始）
• 所以，在Modbus报文中，你要发送的地址是 0009（16进制是 0x0009）。

📌 步骤3：选择功能码

• 你要读取的是“输出寄存器”，所以功能码是 03。

📌 步骤4：构造请求帧

一个完整的Modbus RTU请求帧可能是这样的（十六进制）：

[设备地址] [功能码] [起始地址高字节] [起始地址低字节] [寄存器数量高字节] [寄存器数量低字节] [CRC校验]

比如：

01 03 00 09 00 01 84 0A

• 01：设备地址
• 03：功能码（读输出寄存器）
• 00 09：起始地址（相对地址9）
• 00 01：读1个寄存器
• 84 0A：CRC校验

🎯 恭喜你！你已经完成了从“手册地址”到“协议报文”的完整转换！

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8️⃣ 常见问题与避坑指南

❓ 问题1：为什么我输入40001读不到数据？

• 可能原因：
  1. 你输入的是绝对地址，但软件默认接受的是相对地址。
  2. 你应该输入 0（相对地址），而不是 40001。
  3. 检查功能码是否正确（读输出寄存器用03）。

❓ 问题2：为什么我的地址从40001开始，但别人说从40000开始？

• 历史原因：早期Modbus实现有些是从0开始计数的，但现在标准是从1开始。
• 解决方法：看设备手册！手册会明确告诉你“地址从几开始”。

❓ 问题3：长地址和短地址怎么选？

• 默认选短地址（5位），除非设备手册特别说明要用长地址（6位）。
• 如果你不确定，可以在软件里试试 40001 和 400001，看哪个能读到数据。

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🎯 下一步学习建议

1. 动手实践：使用Modbus调试工具（如Modbus Poll, QModBus），输入不同的地址和功能码，观察返回结果。
2. 阅读设备手册：任何Modbus设备都会在手册中列出支持的地址范围和功能码，一定要学会看手册！
3. 理解数据帧结构：地址只是Modbus数据包的一部分，后续可以学习完整的“请求帧”和“响应帧”格式。
4. 学习CRC校验：这是确保数据传输正确的关键，虽然复杂，但了解原理很重要。