在工业控制、电力通信、智能仪表等领域，数据交换通常依赖于串口通信。最初，RS232接口是主流选择，然而，由于工业现场的复杂性，各种电气设备产生的电磁干扰可能导致信号传输错误。

1979年，施耐德电气设计并推出了一个专为工业现场设计的总线协议，即Modbus协议。现在，许多采用RS485通信的工业场合都倾向于使用Modbus协议。在工业领域中，当涉及到RS485通信时，Modbus协议得到了广泛应用。接下来，我们将对RS485通信和Modbus通信协议进行详细介绍。

一、 RS485通信

1、在RS485之前，RS232已经问世，但RS232存在一些局限性：

1）其接口信号电平值较高，可能损坏接口电路的芯片，且与TTL电平不兼容，需要额外的转换电路与单片机电路连接。

2）RS232的共地模式通信方式容易产生干扰，并且抗干扰性能较弱。

3）其传输距离和速率均有限，最远只能达到几十米，且仅支持两点之间的通信，无法实现多机联网。

2、为了克服RS232的局限性，RS485等新型接口标准应运而生。RS485具有以下特点：

1）逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示，逻辑“0”则以-（2—6）V表示。其接口信号电平较RS232低，更不易损坏电路芯片，且兼容TTL电平，方便与TTL电路连接。

2）RS485通信速度快，数据最高传输速率可达10Mbps以上。其内部采用平衡驱动器和差分接收器的组合，显著提高了抗干扰能力。

3）其传输距离最远可达1200米左右，但传输速率与传输距离成反比。在100KB/s以下的传输速率下，才能实现最大的通信距离。若需传输更远距离，可使用中继器。

4）RS485支持多机通信，总线上可挂载多个收发器。根据现有RS485芯片，可挂载的设备数量有所不同，如32、64、128、256等。

3、RS485分为两线制和四线制。四线制仅支持点对点通信，现已较少使用。两线制为总线式拓扑结构，同一总线上最多可挂接32个节点。在RS485通信网络中，通常采用主从通信方式，即一个主机带多个从机。

4、在连接RS-485通信链路时，有时仅简单地将各接口的“A”、“B”端用双绞线连接，而忽略了信号地的连接。这种连接方式虽在某些场合能正常工作，但存在隐患。原因有二：

1）共模干扰问题：RS-485接口采用差分传输方式，无需参照点检测信号。但收发器有一定的共模电压范围（-7～+12V）。当网络线路中的共模电压超出此范围时，将影响通信稳定性甚至损坏接口。

2）EMI问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个低阻返回通道。若无此通道（信号地），信号将以辐射形式返回源端，导致总线向外辐射电磁波。

5、由于PC机默认仅配备RS232接口，可通过以下方法实现PC上位机的RS485电路：

1）使用RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换为RS485信号。对于复杂的工业环境，建议选择具有防浪涌和隔离功能的产品。

2）通过PCI多串口卡，选择输出信号为RS485类型的扩展卡。

二、Modbus通信协议

Modbus功能码是Modbus通信协议中用于指示设备执行何种操作的一组指令代码。它们允许主设备（通常是计算机或PLC）与从设备（例如传感器、执行器等）进行通信，以读取或写入数据。

功能码可以大致分为位操作和字节操作两类。位操作的最小单位是Bit，通常用于控制如开关状态等单个位的操作。字节操作的最小单位是2个字节（Byte），常用于读取或写入多字节数据，如寄存器值等。

以下是一些常见的Modbus功能码及其描述：

位操作指令：

01H：读线圈状态（Read Coils Status）

02H：读离散输入状态（Read Discrete Inputs Status）

05H：写单个线圈（Write Single Coil）

0FH：写多个线圈（Write Multiple Coils）

字节操作指令：

03H：读保持寄存器（Read Holding Registers）

用于从从设备读取一个或多个保持寄存器的值。保持寄存器通常用于存储设备的参数或状态信息。

04H：读输入寄存器（Read Input Registers）

用于从从设备读取一个或多个输入寄存器的值。输入寄存器通常用于存储从外部设备（如传感器）读取的数据。

06H：写单个保持寄存器（Write Single Holding Register）

用于向从设备的单个保持寄存器写入一个值。

10H：写多个保持寄存器（Write Multiple Holding Registers）

用于向从设备的多个连续保持寄存器写入值。这通常用于设置设备的参数或状态。请注意，上述功能码是十六进制表示，并且以“H”后缀表示。在实际通信中，这些功能码会被转换为二进制格式进行传输。

此外，还有其他一些功能码，如用于诊断或特定应用的功能码。这些功能码的具体用法和含义可能因设备制造商而异，因此在实际应用中需要参考设备的文档或手册。