基于STM32f103的modbus协议485通信（从机）

简介

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。[^1]

1. 上层协议

串口——位协议——位

2. 自己定义的协议

帧头、地址信息、数据长度、数据块、检验码、帧尾
1A1B——1————len——……——ab cd——A1 B1
在这里我把地址信息设为每个MCU的ID，检验码为计算得到的CRC校验码

1. 保存

数组、结构体
Typedef struct{
U8 head[2];
U8 id;//保存设备地址
U16 lenth;
U8 data[64];//保存接收到的数据
U8 jiaoyan[2];
U8 end[2];
}XXX;

2. 发送

——循环
我这里还没上系统，所以开的是时间片

3. 接收

串口中断+DMA 、空闲中断 、 定时器的溢出中断

4. 解析

——状态机
由自己定义的数据解析方式

Modbus

1. modbus基于232 485 以太网的上层协议

数据帧格式：

2. 通信方式 --请求 – 响应

请求：功能码+数据
正常响应：操作码+数据

异常响应：差错码+异常码

3.数据长度

对串行链路通信来说，MODBUS PDU=256-服务器地址（1字节）-CRC（2字节）=253字节
从而：
RS232/RS485 ADU=253字节+服务器地址（1byte）+CRC（2字节）=256字节。
TCP MODBUS ADU=249字节+MBAP（7字节）=256字节。

4. 数据模型：

离散量输入：按键、热释电
线圈：LED、BEEP、继电器
输入寄存器：光照、噪声、空气质量
保持寄存器：DHT11、OLED、W25Q

5. 事务处理过程

6.异常码

7.功能码

公共功能码、用户自定义功能码、保留功能码

03 功能码：
请求 —— 响应



请求：03 00 00 00 03
响应：03 06 00 37 00 50 ….

Modbus： 数据格式

1. Modbus通信模式

单播、广播

2. 数据格式：RTU ASCII

3. STM32如何判断RTU报文帧数据传输完成 – 3.5ms

CRC

生成 CRC 的过程为:

1. 将一个 16 位寄存器装入十六进制 FFFF (全 1). 将之称作 CRC 寄存器.
2. 将报文的第一个 8 位字节与 16 位 CRC 寄存器的低字节异或，结果置于 CRC 寄存器.
3. 将 CRC 寄存器右移 1 位 (向 LSB 方向)， MSB 充零. 提取并检测 LSB.
4. (如果 LSB 为 0): 重复步骤 3 (另一次移位).
   (如果 LSB 为 1): 对 CRC 寄存器异或多项式值 0xA001 (1010 0000 0000 0001).
5. 重复步骤 3 和 4，直到完成 8 次移位。当做完此操作后，将完成对 8 位字节的完整操作。
6. 对报文中的下一个字节重复步骤 2 到 5，继续此操作直至所有报文被处理完毕。
7. CRC 寄存器中的最终内容为 CRC 值.
8. 当放置 CRC 值于报文时，高低字节必须交换。

程序

#include "modbus.h"
#include "rs485.h"
#include "stdio.h"
#include "crc_16_tab.h"
#include "crc_8_tab.h"

MODBUS modbus_slave={.id=0x01,.rxcount=0,.rxover=0,.txcount=0};

uint8_t Get_ID(void)
{
	u8 id=0;
	u8 *p = (u8 *)0x1FFFF7E8;
	id = CRC_8_Tab(p,12);
	return id;
}

void Modbus_Config(uint32_t brr)
{
	u8 ID;
	RS485_Config(brr);
	TIM3_Config(72,4000);  //>3.6  --4ms
	ID = Get_ID();
	modbus_slave.id = ID;
	printf("ID=%d\r\n",modbus_slave.id);
}

void TIM3_Config(u16 psc,u16 arr)
{
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE); //TIM3时钟使能
	
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //时钟分频因子 -- 用于输入捕获
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = arr-1;  //重装载值
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = psc -1; //分频值
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStruct); //初始化TIM3时基单元
	TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);//更新中断
	
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;//TIM3中断
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //中断通道使能
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;//次级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//占先
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);//初始化 NVIC 寄存器
	
	TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);//失能TIM3
}

void USART3_IRQHandler(void)
{
	if(USART_GetITStatus(USART3,USART_IT_RXNE))
	{	
		USART_ClearFlag(USART3,USART_FLAG_RXNE);
		modbus_slave.rxbuff[modbus_slave.rxcount++] = USART_ReceiveData(USART3);
		if(modbus_slave.rxcount ==1)
		{
			TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//启动TIM3
		}
		TIM_SetCounter(TIM3,0);//计数器清0
	}
}

void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update))
	{
		TIM_ClearFlag(TIM3,TIM_FLAG_Update);
		TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);//失能TIM3
		modbus_slave.rxover = 1;
	}
}

void Modbus_EvenPoll(void)
{
	u8 i=0;
	u16 rx_crc =0; //存放接收到的CRC的值
	u16 current_crc = 0;//存放计算的CRC的值
	if(modbus_slave.rxover==0)return;//未接收完成
	if(modbus_slave.rxcount<4)goto MODBUS_REEOR;//解决TIM bug问题
		//测试
		for(i=0;i<modbus_slave.rxcount;i++)
		{
			printf("%x\t",modbus_slave.rxbuff[i]);
		}
		printf("\r\n");
		
		//判断CRC
		rx_crc = (modbus_slave.rxbuff[modbus_slave.rxcount-1]<<8) | modbus_slave.rxbuff[modbus_slave.rxcount-2];
		//计算的CRC的值
		current_crc = CRC_16_Tab(modbus_slave.rxbuff,modbus_slave.rxcount-2);
		if(current_crc != rx_crc)goto MODBUS_REEOR;
		//判断ID -- 是否是广播地址 和 本身地址
		if((modbus_slave.rxbuff[0] != modbus_slave.id)&&(modbus_slave.rxbuff[0] != 0x00))goto MODBUS_REEOR;
		//功能码
		switch(modbus_slave.rxbuff[1])
		{
			case 0x00:break;
			case 0x01:break;//读线圈
			case 0x02:break;//读输入离散量
			case 0x03:Modbus_Funtion03();break;
			default:Modbus_FunctionError(modbus_slave.rxbuff[1],0x01);break;//错误
		}
		//发送数据
		RS485_SendData(modbus_slave.txbuff,modbus_slave.txcount);

MODBUS_REEOR:
	modbus_slave.txcount = 0;
	modbus_slave.rxcount = 0;
	modbus_slave.rxover = 0;

}

void Modbus_Function00(void)
{
	u16 tx_crc = 0;
  //设备ID
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = modbus_slave.id;
	//功能码
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = 0x00;
	//数据码
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = 0x00;
	//crc校验
	tx_crc =CRC_16_Tab(modbus_slave.txbuff,modbus_slave.txcount);
	//将crc值存放发送缓冲区
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = (tx_crc & 0xff);
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = (tx_crc & 0xff00)>>8;
}

void Modbus_FunctionError(u16 error_code,u16 abnormal)
{
	u16 tx_crc =0;
	//设备id
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = modbus_slave.rxbuff[0];
	//差错码
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = error_code | 0x80;
	//异常码
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = abnormal;
	//CRC校验
	//计算CRC
	tx_crc = CRC_16_Tab(modbus_slave.txbuff,modbus_slave.txcount);
	//将CRC校验值写入发送缓存区
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = tx_crc & 0xff;//低位
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = (tx_crc & 0xff00)>>8;//高位
}

u16 hold_reg[6]={0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x60};
void Modbus_Funtion03(void)
{
	u16 tx_crc = 0;
	u16 register_count  = 0;//保存寄存器的数量
	u16 register_addr = 0;//寄存器的起始地址
	//寄存器数量
	register_count = (modbus_slave.rxbuff[4]<<8) | modbus_slave.rxbuff[5];
	//寄存器的起始地址
	register_addr = (modbus_slave.rxbuff[2]<<8) | modbus_slave.rxbuff[3];
	//判断寄存器的数量是否在0x01 ~ 0x7D之间
	if(register_count <0x01 || register_count>0x7D)
	{
		Modbus_FunctionError(0x03,0x03);
	}
	//寄存器的起始地址  起始地址+寄存器的数量
	if(register_addr>6 || (register_addr +register_count)>6)
	{
		Modbus_FunctionError(0x03,0x02);
	}
	//响应
	//设备ID
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = modbus_slave.rxbuff[0];
	//功能码
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = 0x03;
	//字节数
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = 2*register_count;
	//寄存器的数值
	for(u8 i=0;i<register_count;i++)
	{
		modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = (hold_reg[register_addr+i]&0xff00)>>8;//高位
		modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = hold_reg[register_addr+i]&0xff;//低位
	}
	//计算CRC
	tx_crc = CRC_16_Tab(modbus_slave.txbuff,modbus_slave.txcount);
	//将CRC值存放发送缓存区
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = (tx_crc & 0xff);
	modbus_slave.txbuff[modbus_slave.txcount++] = (tx_crc & 0xff00)>>8;
}

void RS485_SendData(u8 *tx_buff,u8 lenth)
{
	//设置为发送模式
	RS485_RE = RS485_ModeTx;
	for(u8 i=0;i<lenth;i++)
	{
		//发送数据
		USART3->DR = tx_buff[i];
		//判断数据是否发送完成
		while(USART_GetFlagStatus(USART3,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待发送结束
	}
	//配置为接收模式
	RS485_RE = RS485_ModeRx;
}
extern float temp,hum;
//更新数据
void Updata_Data(void)
{
	hold_reg[0] = temp;
	hold_reg[1] = hum;
}

本篇接上一篇RS485上实现的，加油

上一篇 基于STM32f103——RS458通信
上上篇 基于STM32f103c8t6的红外接收发送

[参考文档]：modbus协议