背景
我这里用STM32实现，其实可以搬移到其他MCU，之前有项目使用STM32实现Modbus协议
这个场景比较正常，很多时候都能碰到
这里主要是Modbus和变频器通信
最常见的是使用Modbus实现传感器数据的采集，我记得之前用过一些传感器都是Modbus协议
这就需要MCU实现Modbus协议，不过实际使用的Modbus协议往往都是简化版本的
可能只是几条Modbus协议格式的指令而已
初学者，网上一搜Modubus协议，往往越看越糊涂
原理图
如下图所示，使用STM32 UART2，采用485接口设计引出
解释一下为什么这里的485电路设计的这么复杂
这里考虑485带电插拔操作，以及客户要求隔离功能等，所以硬件上设计比常用电路复杂很多
其实主要功能都是一致的
软件设计
初始化串口，这里写的比较复杂，因为考虑了串口2也就是485接口的波特率是可以配置的，并且配置后掉电保存，所以有个波特率的接口，当然同时也有校验位可配置
如下配置，串口采用中断模式，使用串口2，对应管脚PA2/PA3
void Bsp_usart2_cfg(u8 baud, u8 checkbit)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
u32 BaudRate;
switch(baud)
{
case 0:
{
BaudRate = 300;
break;
}
case 1:
{
BaudRate = 600;
break;
}
case 2:
{
BaudRate = 1200;
break;
}
case 3:
{
BaudRate = 2400;
break;
}
case 4:
{
BaudRate = 4800;
break;
}
case 5:
{
BaudRate = 9600;
break;
}
case 6:
{
BaudRate = 19200;
break;
}
case 7:
{
BaudRate = 38400;
break;
}
case 8:
{
BaudRate = 57600;
break;
}
case 9:
{
BaudRate = 115200;
break;
}
default:
{
BaudRate = 9600;
break;
}
}
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);
/*
* USART2_TX -> PA2 , USART2_RX -> PA3
*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
USART_InitStructure.USART_BaudRate = BaudRate;
///USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_9b;//9位数据
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
//if(checkbit == 0)
//USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_2;//1位停止位
//else
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//1位停止位
if((checkbit == 0) || (checkbit == 3))
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//
else if(checkbit == 1)
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_Even;//偶校验
else if(checkbit == 2)
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_Odd;//奇校验
else
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //硬件流控制失能
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //发送和接受使能
USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = USART2_IRQCHANNELPP;// 设置抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = USART2_IRQCHANNELSP;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
// USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 使能USART接收中断,这里先不开启接收中断
USART_Cmd(USART2, ENABLE);
USART_ClearITPendingBit(USART2, USART_IT_TC);//清除中断TC位
while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);//等待传输完成，否则第一位数据容易丢失
}串口2的中断处理函数如下
这里很简单，就是把串口2的数据收集起来放到队列comrx2xQueue中
void USART2_IRQHandler(void)
{
portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
uint8_t cChar;
uint16_t msg;
if (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_ORE) != RESET) // ORE中断
{
USART_ReceiveData(USART2);
}
if (USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET) // 接收数据中断
{
cChar = USART_ReceiveData( USART2 );
msg = MSG_USART_EVT | (cChar);
xQueueSendFromISR( comrx2xQueue, &msg, &xHigherPriorityTaskWoken );
}
portEND_SWITCHING_ISR( xHigherPriorityTaskWoken );
}
在串口2的接收任务中进行
协议帧格式匹对
如下代码，使用状态机跳转到接收处理位置
void tskcomrx2( void *pvParameters )
{
uint16_t Msg;
QueueHandle_t pq = pvParameters;
uint8_t stt = FSM_IDLE,*prx;
uint16_t tmp16,len;
while(1)
{
if( xQueueReceive( pq, &Msg, 20 ) == pdPASS )
{
if(MSG_NAME(Msg) == MSG_USART_EVT)
{
tmp16 = MSG_DATA(Msg);
//调试语句，打印接受数据到调试串口1
// while((USART1->SR&0x40)==0);//等待上一次发送完毕
// USART1->DR = tmp16;
//
switch (stt)
{
case FSM_IDLE :
{
prx = StdDatBufIn2;
*prx = 0;
len = 0;
if (tmp16 == FlashParagma.addr)
{
/*数据开始*/
len++;
*prx++ = tmp16;
*prx = 0;
stt = FSM_HEAD;
}
break;
}
case FSM_HEAD :
{
len++;
*prx++ = tmp16;
*prx = 0;
if ((tmp16 == 0x03) || (tmp16 == 0x06))
{
stt = FSM_ASCII_DATA;
}
else
{
stt = FSM_IDLE;//异常处理
}
break;
}
case FSM_ASCII_DATA :
{
len++;
*prx++ = tmp16;
*prx = 0;
if(len > 7)
{
//处理接收数据
modbusEventPro(StdDatBufIn2, len);
stt = FSM_IDLE;//异常处理
}
break;
}
default:
{
stt = FSM_IDLE;
break;
}
}
}/**end of if(MSG_NAME(pMsg)*/
}
}/*end of while(1)*/
}/*end of void tskDatRxCOM1(void * pdata) */根据modbus协议指令分类进行数据处理，代码如下
功能码03、06进行处理
// Modbus事件处理函数
void modbusEventPro(u8 *src, u16 len)
{
u16 crc,rccrc;
//收到数据包长度判定
//通过读到的数据帧计算CRC
crc = Modbus_CRC16(&src[0], len - 2);
// 读取数据帧CRC
rccrc = src[len - 2] + src[len - 1] * 256;
if(crc == rccrc) //CRC校验成功，开始分包
{
if(src[0] == FlashParagma.addr) //检测是否是自己的地址
{
switch(src[1]) //分析modbus功能码
{
case 3:
{
Modbus_Func3(src, len);
break;
}
case 6:
{
Modbus_Func6(src, len);
break;
}
default:
break;
}
}
else if(src[0] == 0) //广播地址不予回应
{
}
}
}
发送modbus协议指令，这里需要先把发送模式打开，发送数据完成后，注意要延时一段时间再切换为接收模式，这个延时时间需要自己根据调试情况进行实际调整
控制不同类型的从机，延时时间要求可能不太一样
void Modbus_USRAT2_SendStr(u8 *scr, u16 len)
{
u16 i;
// 开始返回Modbus数据
Modbus_USART2_TX_Mode;
vTaskDelay(5);
for(i = 0; i < len; i++)
{
while((USART2->SR&0x40)==0);//等待上一次发送完毕
USART2->DR = scr[i];
}
vTaskDelay(5);
Modbus_USART2_RX_Mode;
}
总结
这实现的比较简单，且常用的Modbus协议
协议格式如下，采用高字节在前方式
| 地址 |
功能码 |
从机地址 |
数据 |
校验 |
| 485从机地址 |
03H(读)、06H(写) |
CRC |
||
| 1byte |
1byte |
2byte |
4byte |
2byte |
上述Modbus协议，实现03、06指令，即可完成对从机地址的读写。
上述代码实现，也是根据表格中的格式进行实现的，可以和代码对的上。
其他
网上搜集了一下关于RS485和Modbus协议的解释，这里拿出来比较关键的，供参考
关于RS485（主要是关注传输距离、接口线、电平）
RS-485是美国电子工业协会（EIA）在1983年批准了一个新的平衡传输标准（balanced transmission standard），EIA一开始将RS（Recommended Standard）做为标准的前缀，不过后来为了便于识别标准的来源，已将RS改为EIA/TIA。目前标准名称为TIA-485，但工程师及应用指南仍继续使用RS-485来称呼此标准。
RS-485仅是一个电气标准，描述了接口的物理层，像协议、时序、串行或并行数据以及链路全部由设计者或更高层协议定义。RS-485定义的是使用平衡（也称作差分）多点传输线的驱动器（driver）和接收器（receiver）的电气特性。
- 差分传输增加噪声抗扰度，减少噪声辐射
- 长距离链路，最长可达4000英尺（约1219米）
- 数据速率高达10Mbps（40英寸内，约12.2米）
- 同一总线可以连接多个驱动器和接收器
- 宽共模范围允许驱动器和接收器之间存在地电位差异，允许最大共模电压-7-12V
关于Modbus协议
MODBUS 是 OSI 模型第 7 层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。
Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。
Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验，但TCP模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。另外，Modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某Slave站点断开后（如故障或关机），Master端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。因此，Modbus协议的可靠性较好。
对于Modbus的ASCII、RTU和TCP协议来说，其中TCP和RTU协议非常类似，我们只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可。
1通讯传送方式：
通讯传送分为独立的信息头，和发送的编码数据。以下的通讯传送方式定义也与ModBusRTU通讯规约相兼容：
初始结构 = ≥4字节的时间
地址码 = 1 字节
功能码 = 1 字节
数据区 = N 字节
错误校检 = 16位CRC码
结束结构 = ≥4字节的时间
地址码：地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址码，并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机发送的地址码表明回送的从机地址。
功能码：通讯传送的第二个字节。ModBus通讯规约定义功能号为1到127。本仪表只利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送，通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应，从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机进行操作。如果从机发送的功能码的最高位为１(比如功能码大与此同时127)，则表明从机没有响应操作或发送出错。
数据区：数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-478560.html
CRC码：二字节的错误检测码。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-478560.html
到了这里，关于STM32实现基于RS485的简单的Modbus协议的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
