STM32CUBUMX配置RS485 modbus STM32（从机）亲测可用

小光学嵌入式

发布时间 2023.08.23阅读数 1818 评论数 0

大家好哇！我是小光，嵌入式爱好者，一个想要成为系统架构师的大三学生。
最近在开发一个STM32H723ZGT6的板子，使用STM32CUBEMX做了很多驱动，包括ADC、UART、RS485、EEPROM(IIC)、FLASH(SPI)、modbus等等。
本篇文章对STM32CUBEMX在RS485通信的基础上做modbus通信做一个详细的使用教程。
感谢你的阅读，不对的地方欢迎指正。

modbuspoll

工具下载
modbus协议简介
STM32CUBEMX配置
- RS485配置
- 定时器配置
驱动代码
测试结果
- XCOM串口调试助手作为主机测试
- modbus poll作为主机测试
总结

工具下载

Modbus Poll是一个模拟Modbus协议主机的上位机软件，主要用于模拟测试跟其他从机设备通信的过程。与之成套存在的另一个软件–Modbus Slave，则是模拟Modbus协议从机的上位机软件。该软件内部封装标准Modbus协议栈，通过图形化界面使得操作更为简便。目前软件支持01、02、03、04、05、06、15、16功能码，异常报文检测，原始报文查看，数据记录等功能，是调试Modbus协议栈的好帮手。
下载链接:
链接：百度网盘下载链接modbus poll 7.0.1
提取码：lft0

modbus协议简介

参考：
值得收藏 Modbus RTU 协议详解
 详解Modbus通信协议—清晰易懂

Modbus协议类型

串行端口存在多个版本的Modbus协议，而最常见的是下面四种：

Modbus-Rtu 远程终端控制系统 CRC16校验
Modbus-Ascii Ascii码表示数据 LRC校验
Modbus-Tcp TCP三种报文类型无校验
ModbusPlus

我们这里使用Modbus-Rtu进行编写代码和测试。

Modbus-Rtu协议

Modbus功能码

Modbus规定了多个功能，那么为了方便的使用这些功能，我们给每个功能都设定一个功能码，也就是指代码。

既然搞清楚了原理，那么后面我们开始程序讲解：

STM32CUBEMX配置

RS485配置

参考我之前的文章：
STM32CUBUMX配置RS485(中断接收)–保姆级教程
一定要根据这个文章把RS485调通

定时器配置

首先我们要知道modbus通信的一帧数据是通过每一帧数据之间的间隔时间来确认的。

当bps<19200时：超时时间是大于3.5个字节时间。
当bps>19200时：超时时间是大于1750us

例如：
bps = 9600：传输一个字节的时间是1/9600_10 = 10.4ms，3.5个字节时间就是3.5ms
bps = 115200：超时时间就是1750

定时器定时时间计算可以参考我之前的文章：
STM32CUBEMX配置定时器中断
下面进行定时器配置

我们配置的PSC = 275-1 ARR = 50-1 TIM3的时钟是275Mhz
所以：定时时间 T = 275 _ 50/275 _ 10^6 = 0.00005s = 50us
定时器计数35次，也就是1800us 刚好大于1750us ，符合modbus协议

开启定时器中断，优先级需要比串口中断更低

我们配置的PSC = 275-1 ARR = 50-1 TIM3的时钟是275Mhz
所以：定时时间 T = 275 _ 50/275 _ 10^6 = 0.00005s = 50us
定时器计数35次，也就是1800us 刚好大于1750us ，符合modbus协议

开启定时器中断，优先级需要比串口中断更低

驱动代码

modbus.h

#ifndef MODBUS_H_
#define MODBUS_H_

#include "stm32H7xx_hal.h" //HAL库文件声明
#include "gpio.h"
#include "usart.h"

#define BUFFER_SIZE 600 //最大数据帧

typedef struct {
	uint8_t myadd;//从机设备地址
	uint8_t timrun;//定时器
	uint8_t slave_add;//主机要匹配的从机地址（本设备作为主机时）
	uint8_t reflag;//接收完成标志位，1：完成 0：未完成
	uint8_t Host_time_flag;//发送数据标志
	uint8_t recount;//接收到的字节数
	unsigned char rcbuf[BUFFER_SIZE];//接受数据帧
	unsigned char sendbuf[BUFFER_SIZE];//发送数据帧
	uint32_t timout;//超时时间 单位：ms
	uint32_t Host_Sendtime;//发送完上一帧后的时间计数 单位：ms
	
	
}MODBUS;
 // Modbus初始化函数
void Modbus_Init(void);
void Modbus_Event(void);
void Modbus_Func3(void);
void Modbus_Func6(void);
void Modbus_Func16(void);
 void Modbus_Send_Byte(  uint8_t ch );
 int Modbus_CRC16(uint8_t buff[],int len);
#endif


modbus.c

#include "modbus.h"
MODBUS modbus;
uint16_t Reg[] ={0x0001,
            0x0012,
            0x0013,
            0x0004,
	        0x0025,
            0x0036,
            0x0007,
			0X0008,
           };//reg是提前定义好的寄存器和寄存器数据，要读取和改写的部分内容
 // Modbus初始化函数
 void Modbus_Init(void)
 {
   modbus.myadd = 0x01; //从机设备地址为2
   modbus.timrun = 0;    //modbus定时器停止计算
	 modbus.slave_add=0x02;//主机要匹配的从机地址（本设备作为主机时）
	 modbus.reflag = 0;//无数据包处理
	 modbus.Host_time_flag = 0;//发送数据标志
	 modbus.recount = 0;//接收到的字节数
	 modbus.timout = 0;//超时时间 单位：ms
	 modbus.Host_Sendtime = 0;//发送完上一帧后的时间计数 单位：ms
 }
					 
 // Modbus事件处理函数
 void Modbus_Event(void)
 {
 	uint16_t crc,rccrc;//crc和接收到的crc
 	//没有收到数据包
   if(modbus.reflag == 0)  //如果接收未完成则返回空
 	{
 	   return;
 	}
 	//收到数据包(接收完成)
 	//通过读到的数据帧计算CRC
 	//参数1是数组首地址，参数2是要计算的长度（除了CRC校验位其余全算）
 	crc = Modbus_CRC16(&modbus.rcbuf[0],modbus.recount-2); //获取CRC校验位
 	// 读取数据帧的CRC
 	rccrc = modbus.rcbuf[modbus.recount-2]*256+modbus.rcbuf[modbus.recount-1];//计算读取的CRC校验位
 	//等价于下面这条语句
 	//rccrc=modbus.rcbuf[modbus.recount-1]|(((uint16_t)modbus.rcbuf[modbus.recount-2])<<8);//获取接收到的CRC
 	if(crc == rccrc) //CRC检验成功 开始分析包
 	{	
 	   if(modbus.rcbuf[0] == modbus.myadd)  // 检查地址是否时自己的地址
 		 {
 		   switch(modbus.rcbuf[1])   //分析modbus功能码
 			 {
 			   case 0:             break;
 				 case 1:             break;
 				 case 2:             break;
 				 case 3:       Modbus_Func3();break;//这是读取寄存器的数据
 				 case 4:             break;
 				 case 5:             break;
          case 6:      Modbus_Func6();      break;//这是写入单个寄存器数据
 				 case 7:             break;
 				 case 8:             break;
 				 case 9:             break;
 				 case 16:     Modbus_Func16(); 			break;//写入多个寄存器数据
 			 }
 		 }
 		 else if(modbus.rcbuf[0] == 0) //广播地址不予回应
 		 {
 		    
 		 }	 
 	}	
 	 modbus.recount = 0;//接收计数清零
   modbus.reflag = 0; //接收标志清零
 }

 /*
 ********************************************************************************
 主机：03
 01  03      00 01     00 01          D5 CA	从地址01开始读读取一个寄存器的数据内容
 ID 功能码  起始地址  读取寄存器的个数
 从机返回：
 01  03       02       00 03          F8 45 返回了两个字节的数据，数据是00 03
 ID  功能码  几个字节  返回的数据内容
 
 ********************************************************************************
 */
 // Modbus 3号功能码函数
 // Modbus 主机读取寄存器值
 void Modbus_Func3(void)
 {
   uint16_t Regadd,Reglen,crc;
 	uint8_t i,j;	
 	//得到要读取寄存器的首地址
 	Regadd = modbus.rcbuf[2]*256+modbus.rcbuf[3];//读取的首地址
 	//得到要读取寄存器的数据长度
 	Reglen = modbus.rcbuf[4]*256+modbus.rcbuf[5];//读取的寄存器个数
 	//发送回应数据包
 	i = 0;
 	modbus.sendbuf[i++] = modbus.myadd;      //ID号：发送本机设备地址
 	modbus.sendbuf[i++] = 0x03;              //发送功能码
   modbus.sendbuf[i++] = ((Reglen*2)%256);   //返回字节个数
 	for(j=0;j<Reglen;j++)                    //返回数据
 	{
 		//reg是提前定义好的16位数组（模仿寄存器）
 	  modbus.sendbuf[i++] = Reg[Regadd+j]/256;//高位数据
 		modbus.sendbuf[i++] = Reg[Regadd+j]%256;//低位数据
 	}
 	crc = Modbus_CRC16(modbus.sendbuf,i);    //计算要返回数据的CRC
 	modbus.sendbuf[i++] = crc/256;//校验位高位
 	modbus.sendbuf[i++] = crc%256;//校验位低位
 	//数据包打包完成
 	// 开始返回Modbus数据
 	
 	RS485DIR_TX;//这是开启485发送
 	
 	for(j=0;j<i;j++)//发送数据
 	{
 	  Modbus_Send_Byte(modbus.sendbuf[j]);	
 	}
 	RS485DIR_RX;//这里是关闭485发送
 }

  // Modbus 6号功能码函数
 // Modbus 主机写入寄存器值
 void Modbus_Func6()  
 {
   uint16_t Regadd;//地址16位
 	uint16_t val;//值
 	uint16_t i,crc,j;
 	i=0;
   Regadd=modbus.rcbuf[2]*256+modbus.rcbuf[3];  //得到要修改的地址 
 	val=modbus.rcbuf[4]*256+modbus.rcbuf[5];     //修改后的值（要写入的数据）
 	Reg[Regadd]=val;  //修改本设备相应的寄存器
 	
 	//以下为回应主机
 	modbus.sendbuf[i++]=modbus.myadd;//本设备地址
   modbus.sendbuf[i++]=0x06;        //功能码 
   modbus.sendbuf[i++]=Regadd/256;//写入的地址
 	modbus.sendbuf[i++]=Regadd%256;
 	modbus.sendbuf[i++]=val/256;//写入的数值
 	modbus.sendbuf[i++]=val%256;
 	crc=Modbus_CRC16(modbus.sendbuf,i);//获取crc校验位
 	modbus.sendbuf[i++]=crc/256;  //crc校验位加入包中
 	modbus.sendbuf[i++]=crc%256;
 	//数据发送包打包完毕
 	RS485DIR_TX;;//使能485控制端(启动发送)  
 	for(j=0;j<i;j++)
 	{
 	 Modbus_Send_Byte(modbus.sendbuf[j]);
 	}
 	RS485DIR_RX;//失能485控制端（改为接收）
 }

  //这是往多个寄存器器中写入数据
 //功能码0x10指令即十进制16
 void Modbus_Func16()
 {
 		uint16_t Regadd;//地址16位
 		uint16_t Reglen;
 		uint16_t i,crc,j;
 		
 		Regadd=modbus.rcbuf[2]*256+modbus.rcbuf[3];  //要修改内容的起始地址
 		Reglen = modbus.rcbuf[4]*256+modbus.rcbuf[5];//读取的寄存器个数
 		for(i=0;i<Reglen;i++)//往寄存器中写入数据
 		{
 			//接收数组的第七位开始是数据
 			Reg[Regadd+i]=modbus.rcbuf[7+i*2]*256+modbus.rcbuf[8+i*2];//对寄存器一次写入数据
 		}
 		//写入数据完毕，接下来需要进行打包回复数据了
 		
 		//以下为回应主机内容
 		//内容=接收数组的前6位+两位的校验位
 		modbus.sendbuf[0]=modbus.rcbuf[0];//本设备地址
 		modbus.sendbuf[1]=modbus.rcbuf[1];  //功能码 
 		modbus.sendbuf[2]=modbus.rcbuf[2];//写入的地址
 		modbus.sendbuf[3]=modbus.rcbuf[3];
 		modbus.sendbuf[4]=modbus.rcbuf[4];
 		modbus.sendbuf[5]=modbus.rcbuf[5];
 		crc=Modbus_CRC16(modbus.sendbuf,6);//获取crc校验位
 		modbus.sendbuf[6]=crc/256;  //crc校验位加入包中
 		modbus.sendbuf[7]=crc%256;
 		//数据发送包打包完毕
 		
 		RS485DIR_TX;;//使能485控制端(启动发送)  
 		for(j=0;j<8;j++)
 		{
 			Modbus_Send_Byte(modbus.sendbuf[j]);
 		}
 		RS485DIR_RX;//失能485控制端（改为接收）
 }

  void Modbus_Send_Byte(  uint8_t ch )
 {
 	/* 发送一个字节数据到USART2 */
   HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xff);	
	 //while(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_TC)!=SET);		//等待发送结束
 }
 
 int Modbus_CRC16(uint8_t buff[],int len)
{
    unsigned short tmp = 0xffff;
    unsigned short ret1 = 0;

    for(int n = 0; n < len; n++)  //此处的6 -- 要校验的位数为6个
     {
        tmp = buff[n] ^ tmp;
        for(int i = 0;i < 8;i++)  //此处的8 -- 指每一个char类型又8bit，每bit都要处理
        {
            if(tmp & 0x01)
             {
                tmp = tmp >> 1;
                tmp = tmp ^ 0xA001;
             }
            else
             {
                tmp = tmp >> 1;
             }
        }
    }

    ret1 = tmp >> 8;   //将CRC校验的高低位对换位置
    ret1 = ret1 | (tmp << 8);

    return ret1;
}


目前只写了03（读寄存器）、06（写一个寄存器）、16（写多个寄存器）三个功能
stm32_h7xx_it.c

extern MODBUS modbus;

void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
 	if( modbus.reflag==1)  //有数据包正在处理
 	  {
 		   return ;
 		}		
 	  modbus.rcbuf[modbus.recount++] = USART1_aRxBuffer[0];
 		modbus.timout = 0;
 		if(modbus.recount == 1)  //已经收到了第二个字符数据
 		{
 		  modbus.timrun = 1;  //开启modbus定时器计时
 		}
 
 	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)USART1_aRxBuffer,1);  //添加的一行代码
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： HAL_TIM_PeriodElapsedCallback
 * @ 功  能  ： 定时器超时中断回调函数
 * @ 参  数  ： htim 定时器名 
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	 if (htim->Instance == TIM3) 
 	{
 		if(modbus.timrun != 0)//运行时间！=0表明
 		 {
 		  modbus.timout++;
 		  if(modbus.timout >=35)//大于1750us
 		  {
 		   modbus.timrun = 0;
 			 modbus.reflag = 1;//接收数据完毕
				modbus.timout = 0;
				USART1_RX_STA|=0x8000;
 		  }
 		}
 		modbus.Host_Sendtime++;//发送完上一帧后的时间计数
 		 if(modbus.Host_Sendtime>1000)//距离发送上一帧数据1s了
 			{
 				//1s时间到
 				modbus.Host_time_flag=1;//发送数据标志位置1
 				
 			}
 	}
}


上面写了RS485串口中断处理函数和定时器中断处理函数
main.c

extern MODBUS modbus;

void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
 	if( modbus.reflag==1)  //有数据包正在处理
 	  {
 		   return ;
 		}		
 	  modbus.rcbuf[modbus.recount++] = USART1_aRxBuffer[0];
 		modbus.timout = 0;
 		if(modbus.recount == 1)  //已经收到了第二个字符数据
 		{
 		  modbus.timrun = 1;  //开启modbus定时器计时
 		}
 
 	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)USART1_aRxBuffer,1);  //添加的一行代码
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： HAL_TIM_PeriodElapsedCallback
 * @ 功  能  ： 定时器超时中断回调函数
 * @ 参  数  ： htim 定时器名 
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	 if (htim->Instance == TIM3) 
 	{
 		if(modbus.timrun != 0)//运行时间！=0表明
 		 {
 		  modbus.timout++;
 		  if(modbus.timout >=35)//大于1750us
 		  {
 		   modbus.timrun = 0;
 			 modbus.reflag = 1;//接收数据完毕
				modbus.timout = 0;
				USART1_RX_STA|=0x8000;
 		  }
 		}
 		modbus.Host_Sendtime++;//发送完上一帧后的时间计数
 		 if(modbus.Host_Sendtime>1000)//距离发送上一帧数据1s了
 			{
 				//1s时间到
 				modbus.Host_time_flag=1;//发送数据标志位置1
 				
 			}
 	}
}


上面写了RS485串口中断处理函数和定时器中断处理函数
main.c

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);  //启动定时器TIM3
	Modbus_Init();//本机作为从机使用时初始化
	RS485DIR_RX;//拉低PB5，更改RS485模式为接收

 while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	Modbus_Event();//本机作为从机使用时
  }
  /* USER CODE END 3 */
}


主函数只需要写一个初始化，在循环中调用Modbus_Event()函数循环查询就可以了。

测试结果
XCOM串口调试助手作为主机测试



主机发送解析：
01 03 00 00 00 04 44 09

01：从机地址
03：功能码，读寄存器
00 00：读的起始地址
00 04：要读的数据的个数
44 09：校验码


从机返回解析：
==01 03 08 00 01 00 12 00 13 00 04 CD 12 ==

01：从机地址
03：功能码，读寄存器
08：数据的位数，8个字节
00 01 00 12 00 13 00 04：接收到四个数据：0001，0012，0013，0004
CD 12：校验码


校验方式是CRC16
我们可以计算出来，从机返回的数据是没有问题的，然后我们后面使用modbus poll作为主机进行测试：
modbus poll作为主机测试

1.打开modbus poll，Setup->read/write defination

2.Connection->connect

3.查看结果

开始显示的不是16进制，可以选中这些数据 Display->Hex - Ascall，这样就是16进制显示了，可以看到读取了我们程序中写的数据。

点击这个可以查看发送和返回的数据包

可以看到和我们刚才串口调试的是一样的结果。

总结

本次实验，我们在RS485通信的基础上实现了modbus-RTU协议，当然只写了03、06、16功能码，测试都是没有问题的，图方便我只放上了03的测试，你们可以把这个都测试一遍，甚至可以把他的功能写全面。

STM32F4 单片机嵌入式 modbus RS485

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