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⏩ 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。
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modbuspoll
- 工具下载
- modbus协议简介
- Modbus协议类型
- Modbus-Rtu协议
- Modbus功能码
- 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17500
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 = 27500-1 ARR = 50-1 TIM3的时钟是275Mhz
所以：定时时间 T = 27500 * 50/275 * 10^6 = 0.00005s = 50us
定时器计数35次，也就是1800 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：msuint32_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2modbus.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：msmodbus.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CRCrccrc = 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CRCif(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：0301 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 03ID 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CRCmodbus.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16void 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
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); //启动定时器TIM3Modbus_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。