基于Modbus_RTU（Modicon公司开发的一种通信协议）的远程输入输出接口的硬件电路框图如图5所示。硬件电路主要包括处理器（单片机）、输入输出隔离器件和RS485收发器三个部分。
单片机是输入输出接口设备的核心，其接收来自总线的数据命令，根据命令的形式，控制相应的端口输出或将采集到的端口信息进行回复。单片机的电路部分又可以分为电源、晶振、看门狗三个部分，电源是数字电路工作的必须部分，通常单片机的电源是一个降压稳压电路，通用单片机的工作电压一般为3.3V或5V，而普通开关电源或AC-DC模块的输出电压一般为12V或24V，所以需要降压。为了保证单片机工作的稳定，需要在降压器件的输出侧加稳压二极管和电容，以保证电压的稳定和降低纹波。晶振为单片机工作提供时基，晶振分为内部晶振和外部晶振两种，外部晶振具有更好的精度和稳定性。单片机工作在工业环境中，容易受到各种干扰，会导致控制程序出现异常，看门狗电路可以将出现异常的程序及时拉回到正常状态，防止出现事故。看门狗的原理是定时接收单片机发出的周期信号，当一定时间内没有收到周期信号后，将单片机热复位，让程序重新运行，而这个过程单片机的RAM不会发生改变，保证控制功能可以继续。
在工业控制环境中，各种干扰会冲击传输线路，这就需要对单片机的端口进行隔离，将干扰阻挡在隔离器件之外，首先保证单片机的安全。常用的隔离器件有光耦和磁耦，光耦传输速率相对较低，可以在输入输出端口隔离中使用，磁耦的传输速率相对较高，可以在通信隔离中使用。
软件设计流程图如图6所示。
初始化部分主要完成单片机的初始配置，包括晶振的设置、定时器的设置、Modbus_RTU协议栈的设置和端口的输入输出设置。采集端口信息部分完成对单片机输入端口的电平采集，端口的电平状态需要进行滤波，防止状态出现频繁跳动，滤波采用平均滤波法，即在一定时间内采集数次端口的电平，数次电平一致，则认为电平已稳定，将稳定的电平值定期存储在Modbus_RTU寄存器中，以备Modbus主站读取。Modbus数据处理部分采用中断的形式，当总线上收到来自主站的命令时，触发一次中断，置中断标识。在中断处理程序中，首先判断收到的命令是读命令还是写命令，如果是读命令，则根据Modbus_RTU协议规则，把主站想要读取的寄存器的值回复给主站，如果是写命令，则改变相应的寄存器的值，进而根据内部寄存器与外部端口的映射关系，将相应的单片机端口置位。
整个软件设计实现了主站对远程输入输出接口设备的输入口信息的采集和主站对远程输入输出接口设备的输出口的控制，主站具有总线控制权，可以随时采集端口信息和控制端口输出。
