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一文看懂Modbus通信协议（下）

【一文看懂Modbus通信协议（下）】目录
前言
1. 硬件介绍
1.2 硬件电路介绍
1.2 硬件通信平台
2. 软件介绍
2.1 定时器程序设计
2.1.1 配置时钟函数
2.1.2 定时器中断服务子程序
2.2 串口程序设计
2.2.1 配置串口函数：
2.2.2 初始化中断服务子程序：
2.2.3 串口中断响应事件：
2.3 modbus程序编写
2.2.1 crc16较验程序
2.3.2 Modbus宏定义
2.3.3 Modbus函数初始化
2.3.4 Modbus事件函数
2.3.5 Modbus读功能码处理
2.3.6 Modbus写单个寄存器功能码处理
2.3.7 主函数
前言 首先回顾一下上一节介绍的Modbus通信协议基本理论，首先介绍了Modbus通信协议的主从通信模式特点，分析了Modbus通信的传输特点；其次介绍了两种Modbus通信协议基本的数据格式：Modbus-RTU协议和Modbus-ASCLL协议。Modbus通信协议是在RS-485串口实验的基础上实现的，简单说就是首先要实现RS-485的串口通信，对所收发的数据串按照Modbus的规则编写(比作数据的加密处理)因此在程序编写上主要分为3个步骤：1.实现1ms中断计时的定时器；2.实现发送和接收数据的串口；3.Modbus程序编写。本节将本着从理论落实到实践的角度对Modbus通信协议进行代码实现。
1. 硬件介绍 1.2 硬件电路介绍 微处理器选用：STM32F103;
RS485_IN和RS485_OUT为收发引脚：选用MCU的PB10和PB11引脚作为RS-485的接收引脚和发送引脚；
RS485_DE为收发状态控制引脚：当RS485_DE为高电平时，芯片处于发送状态；当RS485_DE为低电平时，芯片处于接收状态；
阻抗匹配电路：R44、R45、R46为阻抗匹配电阻
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1.2 硬件通信平台 Modbus通信实验平台搭建如下：将USB串口准换成TTL电平，再将TTL电平转换为RS-485差分信号之后连接于STM32从机1。
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Modbus通信实验调试软件如下：
下载链接链接：https://pan.baidu.com/s/1ccJkBmZJQhuChypKy-qoug
提取码：ppe1
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2. 软件介绍 要想实现Modbus的程序，首先应当完成三件事：
（1）实现1ms中断计时的定时器；
（2）实现发送和接收数据的串口；
（3）Modbus程序编写。
2.1 定时器程序设计 利用TIM2实现1ms的定时中断功能。
2.1.1 配置时钟函数

/****************************************************************** 功能: 配置时钟函数 ******************************************************************/ //通用定时器 2 中断初始化 void Timer2_Init()//1ms产生1次更新事件 { TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure; //结构体类型初始化：包含自动重装载值，分频系数，计数方式 //①TIM2时钟使能 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE); TIM_DeInit(TIM2); //定时器TIM2初始化 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=1000-1; // 自动重装载周期1ms TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=72-1; // 分频系数72M/72=1MHZ-->1us TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分频因子为不分频 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //计数方式为向上计数 //②初始化定时器参数 TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure); //③设置TIM2允许更新中断 TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update,ENABLE); //使能TIM2更新中断 //④使能TIM2 TIM_Cmd(TIM2,ENABLE); }

2.1.2 定时器中断服务子程序
/****************************************************************** 功能: 定时器中断服务子程序 ******************************************************************/ void TIM2_IRQHandler()//定时器2的中断服务子函数1ms一次中断 { u8 st; st= TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update); //检测TIM2中断更新标志位 if(st==SET)//如果TIM2满足中断标志 { TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update); //清除TIM2中断更新标志位 //每一毫秒所要执行的任务 if(modbus.timrun!=0) { modbus.timout++; if(modbus.timout>=4)//间隔时间达到了4毫秒时间 { modbus.timrun=0; //关闭定时器--停止定时 modbus.reflag=1; //收到一帧数据 } } } }

2.2 串口程序设计 从库函数操作层面结合寄存器的描述来设置串口，以达到我们最基本的通信功能。串口设置的一般步骤可以总结为如下几个步骤：
（1）串口时钟使能， GPIO 时钟使能；
（2）串口复位；
（3）GPIO 端口模式设置；
（4）串口参数初始化；
（5）开启中断并且初始化 NVIC；
（6）使能串口；
（7）编写中断处理函数。
2.2.1 配置串口函数：
void RS485_Init() { GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; USART_InitTypeDefUSART_InitStructure; //①串口时钟使能， GPIO 时钟使能，复用时钟使能 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //开启USART2时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE); //开启USART2时钟 //②串口复位 USART_DeInit(USART2); //串口2复位 //RS485DE引脚初始化 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_ModeGPIO_Mode_Out_PP; //复用推挽输出 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.5 RS485_RT_0; //使MAX485芯片处于接收状态（收发控制引脚） //③GPIO端口模式设置 //初始化485串口引脚以及串口配置 //USART1_TXPB.10 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.2 //USART1_RX PB.11 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.3 //④串口参数初始化、结构体指针成员变量 USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //设置波特率为9600; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长为 8 位数据格式 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //一个停止位 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //无奇偶校验位 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //无硬件数据流控制 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式 USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //串口参数初始化 //⑤开启中断 USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE); //开启串口响应中断，USART_IT_RXNE接收到数据中断 //⑥使能串口 USART_Cmd(USART2, ENABLE); //串口使能 USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC ); //清除串口TC发送完成中断标志

2.2.2 初始化中断服务子程序：
/****************************************************************** 功能: 初始化NVIC ******************************************************************/ //⑤初始化NVIC（定时器中断+串口中断） void NVIC_Init() { NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); //中断优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; //定时器产生更新事件中断 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1 ; //抢占优先级1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; //子优先级2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道使能 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1 ; //抢占优先级1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //子优先级0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道使能 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }

2.2.3 串口中断响应事件：
/****************************************************************** 功能: Modbus3字节接收中断处理 ******************************************************************/ void USART2_IRQHandler() //MODBUS字节接收中断 { u8 st,sbuf; st=USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE); //判断读寄存器是否非空(RXNE) if(st==SET)//返回值是 SET，说明是串口接收到数据完成中断发生 { sbuf=USART2->DR; if( modbus.reflag==1)//有数据包正在处理 { return ; } modbus.rcbuf[modbus.recount++]=sbuf; //利用数组存放接收的数据 modbus.timout=0; if(modbus.recount==1)//收到主机发来的一帧数据的第一字节 { modbus.timrun=1; //启动定时 } } }

2.3 modbus程序编写 2.2.1 crc16较验程序
根据crc16的高位字节值表和低位字节值表编写校验程序。
/****************************************************************** 功能: CRC16校验 ******************************************************************/ uint crc16( uchar *puchMsg, uint usDataLen ) { uchar uchCRCHi = 0xFF ; // 高CRC字节初始化 uchar uchCRCLo = 0xFF ; // 低CRC 字节初始化 unsigned long uIndex ; // CRC循环中的索引while ( usDataLen-- )// 传输消息缓冲区 { uIndex = uchCRCHi ^ *puchMsg++ ; // 计算CRC uchCRCHi = uchCRCLo ^ auchCRCHi[uIndex] ; uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex] ; }return ( uchCRCHi << 8 | uchCRCLo ) ; }

2.3.2 Modbus宏定义
#define RS485_RT_1 GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5)//485发送状态 #define RS485_RT_0 GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5)//485置接收状态 typedef struct { u8 myadd; //本设备的地址 u8 rcbuf[64]; //Modbus接收缓冲区64个字节 u16 timout; //Modbus的数据断续时间 u8 recount; //Modbus端口已经收到的数据个数 u8 timrun; //Modbus定时器是否计时的标志 u8 reflag; //收到一帧数据的标志 u8 Sendbuf[64]; //Modbus发送缓冲区 } MODBUS;

2.3.3 Modbus函数初始化
/****************************************************************** 功能: Modbus函数初始化 ******************************************************************/ void Modbus_Init() { modbus.myadd=4; //本从设备的地址 modbus.timrun=0; //Modbus定时器停止计时 RS485_Init(); }

2.3.4 Modbus事件函数
/****************************************************************** 功能: Modbus事件函数 ******************************************************************/ void Mosbus_Event() { u16 crc; u16 rccrc; if(modbus.reflag==0)//没有收到Modbus的数据 { return ; } crc= crc16(&modbus.rcbuf[0], modbus.recount-2); //计算校验码，-2去除两位校验码 rccrc=modbus.rcbuf[modbus.recount-2]*256 + modbus.rcbuf[modbus.recount-1]; //收到的校验码 if(crc == rccrc)//数据包符号CRC校验规则 { if(modbus.rcbuf[0] == modbus.myadd)//确认数据包是否是发给本设备的 确认接收的地址是本机地址 { switch(modbus.rcbuf[1])//分析功能码 { case 0:break; case 1:break; case 2:break; case 3:Modbud_fun3(); break; //3号功能码处理 case 4:break; case 5:break; case 6:Modbud_fun6(); break; //6号功能码处理 case 7:break; //.... } } else if(modbus.rcbuf[0] == 0)//如果是广播地址则不处理 { } } modbus.recount=0; modbus.reflag=0; }

2.3.5 Modbus读功能码处理
/****************************************************************** 功能: Modbus3号功能码处理 ******************************************************************/ void Modbud_fun3()//3号功能码处理---主机要读取本从机的寄存器 { u16 Regadd; //寄存器起始地址 u16 Reglen; //寄存器个数 u16 byte; u16 i,j; u16 crc; Regadd=modbus.rcbuf[2]*256+modbus.rcbuf[3]; //得到要读取的寄存器的首地址 Reglen=modbus.rcbuf[4]*256+modbus.rcbuf[5]; //得到要读取的寄存器的数量 i=0; modbus.Sendbuf[i++]=modbus.myadd; //本设备地址 modbus.Sendbuf[i++]=0x03; //功能码 byte=Reglen*2; //要返回的数据字节数 modbus.Sendbuf[i++]=byte%256; for(j=0; j

2.3.6 Modbus写单个寄存器功能码处理
/****************************************************************** 功能: Modbus6写单个寄存器功能码处理 ******************************************************************/ void Modbud_fun6()//6号功能码处理 { u16 Regadd; u16 val; u16 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 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; modbus.Sendbuf[i++]=Regadd%256; modbus.Sendbuf[i++]=val/256; modbus.Sendbuf[i++]=val%256; crc=crc16(modbus.Sendbuf,i); modbus.Sendbuf[i++]=crc/256; // modbus.Sendbuf[i++]=crc%256; RS485_RT_1; for(j=0; j

2.3.7 主函数
/****************************************************************** 功能: 主函数 ******************************************************************/ u16 Reg[]={0x0000,//本设备寄存器中的值 0x0001, 0x0002, 0x0003, 0x0004, 0x0005, 0x0006, 0x0007, 0x0008, 0x0009, 0x000A, }; int main() { Timer2_Init(); //初始化定时器Timer2 Mosbus_Init(); //初始化定时器中断 Isr_Init(); while(1) { Mosbus_Event(); //处理MODbus数据 } }

往期博客：
一文看懂Modbus通信协议（上）
通信的硬件层协议和软件层协议
RS-232、RS-485、RS-422通信接口标准介绍

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