MODBUS移植STM32，STM32做从机 STM32学习

MODBUS学习日志一、MODBUS通信协议 1、通信协议

硬件层协议：解决传输问题，相当于路
串口通信协议： RS232、RS485、CAN总线

1.1、三种通信方式 1.1.1、单工方式（simplex）

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单工通信只支持信号在一个方向上传输（正向或反向），任何时候不能改变信号的传输方向。为保证正确传送数据信号，接收端要对接收的数据进行校验，若校验出错，则通过监控信道发送请求重发的信号。此种方式适用于数据收集系统，如气象数据的收集、电话费的集中计算等。例如计算机和打印机之间的通信是单工模式，因为只有计算机向打印机传输数据，而没有相反方向的数据传输。还有在某些通信信道中，如单工无线发送等。

1.1.2、半双工方式（需要上层软件做协议）（half-duplex）

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半双工通信允许信号在两个方向上传输，但某一时刻只允许信号在一个信道上单向传输。因此，半双工通信实际上是一种可切换方向的单工通信。此种方式适用于问讯、检索、科学计算等数据通信系统；传统的对讲机使用的就是半双工通信方式。由于对讲机传送及接收使用相同的频率，不允许同时进行。因此一方讲完后，需设法告知另一方讲话结束（例如讲完后加上’OVER’），另一方才知道可以开始讲话。

1.1.3、全双工方式（full-duplex）

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全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，即有两个信道，因此允许同时进行双向传输。全双工通信是两个单工通信方式的结合，要求收发双方都有独立的接收和发送能力。全双工通信效率高，控制简单，但造价高。计算机之间的通信是全双工方式。一般的电话、手机也是全双工的系统,因为在讲话时可以听到对方的声音。

参考链接： https://blog.csdn.net/iningwei/article/details/100134783
1.2、主从模式：

主从模式，是数据库设计模式中最常见、也是大家日常设计工作中用的最多的一种模式，它描述了两个表之间的主从关系，是典型的“一对多”关系。
规定要求：

1. 系统中只有一个设备时主机 2. 系统中的所有从机不可以主动向主机发数据 3. 系统中的主机和所有从机上电后都处于监听状态 4. 任何一次的数据交换都要由主机发起 4.1、将自己转为发送状态 4.2、主机按照预先约定的格式，发出寻址数据帧 4.3、恢复自己的接受状态，等待所寻址的从机响应

1.3、软件层协议：解决传输的目的 1.3.1、主从模式

整个系统只能有一个主机，每个从机必须有一个唯一的地址（0~247）
其中0号地址位广播地址：主机向0号地址的设备发数据包，也就是要把该数据包发给所有的从设备。0号地址的数据包所有从机是不回应的。

2、MODBUS的主机寻址帧的格式

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>MODBUS的两种传输方式：RTU方式和ASC方式 > >RTU方式：也叫十六进制　例如：发送0x03:0000 0011 > >RTU方式：也叫十六进制　例如：发送0x03:0000 0011 > >ASC方式：0x03{发送0 ：0x30：0011 0000 }{ 发送3：0x33：0011 0011} > >所以ASC的通信效率低，但是方便调试，使用实验; 工业上都采用RTU方式，效率高

2.3、RTU方式

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? 1、从机地址 2、功能码（127个） 3、数据1~数据n 4、校验码（CRCL、CRCH）

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其中： 1~3参与CRC16校验
从机是以接收数据停止时间达到3.5个字节以上，那么就认为主机的寻址帧完成，并开始处理。
例如：波特率：9600bt/s
所以每位数据传输的时间T=1000000us/9600=104us
一字节时间位=10T=1004us（起始位 8位停止位）（串口格式）
所以时间为：3.5*10T=3645us

2.4、ASC方式

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1、： 2、地址 3、功能码 4、数据1~数据n 5、（地址数据）采用LRC校验=（（地址+功能码+数据1数据n）%256）+1=（0255） 6、13 10（回车换行）
2.5、CRC简述

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。

3、从设备的回应数据包格式

回应数据包和主机查询的数据包格式包是一致的
正常回应时，功能码与主机发的功能码一致（1~127）
异常的回应，功能码要在收到的功能码基础上加上128 例如：发 0x03 收：0x03 +128

4、MODBUS从机协议实现

硬件上具备串口
硬件上需要定时器（精确到毫秒级）

?
二、MODBUS移植STM32流程 1、系统初始化设计流程
开始配置系统时钟为72MHZ 配置基本定时器为1MS 配置串口为9600bts,并开启接受中断使能定时器和串口中断,串口中断优先级>定时器中断优先级 1.1、配置系统时钟

SysClock_Configuration(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_CFGR_PLLMULL9); //设置系统时钟，外部设置为72MHZ，内部设置为64MHZ

1.2、配置基本定时器的步骤

void BASIC_TIM_Config(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, ENABLE); //开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=72M TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=TIM6_Period; //自动重装载寄存器周的值(计数值) // 累计TIM_Period 个频率后产生一个更新或者中断 // 时钟预分频数为71，则驱动计数器的时钟CK_CNT = CK_INT / (71+1)=1M TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= TIM6_Prescaler; //TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; // 时钟分频因子，基本定时器没有，不用管 //TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; // 计数器计数模式，基本定时器只能向上计数，没有计数模式的设置 //TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0; // 重复计数器的值，基本定时器没有，不用管 TIM_TimeBaseInit(BASIC_TIM, &TIM_TimeBaseStructure); // 初始化定时器 TIM_ClearFlag(BASIC_TIM, TIM_FLAG_Update); // 清除计数器中断标志位 TIM_ITConfig(BASIC_TIM,TIM_IT_Update,ENABLE); // 开启计数器中断 TIM_Cmd(BASIC_TIM, ENABLE); // 使能计数器 //BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, DISABLE); // 暂时关闭定时器的时钟，等待使用 }

基本定时器头文件

#ifdefBASIC_TIM6// 使用基本定时器TIM6 #define BASIC_TIMTIM6 #define BASIC_TIM_APBxClock_FUNRCC_APB1PeriphClockCmd #define BASIC_TIM_CLKRCC_APB1Periph_TIM6 #define BASIC_TIM_IRQTIM6_IRQn #define BASIC_TIM_IRQHandlerTIM6_IRQHandler #define TIM6_Period(1000) #define TIM6_Prescaler(72-1)

定时器中断函数

void BASIC_TIM_IRQHandler (void)//定时器中断函数 { if ( TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) { TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update); } }

配置定时器中断使能

void ALL_NVIC_Init(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); // 设置中断组为1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = BASIC_TIM_IRQ ; // 设置中断来源 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 设置主优先级为 1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; // 设置抢占优先级为3 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); C }

主程序结构

int main(void) { SysClock_Configuration(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_CFGR_PLLMULL9); //设置系统时钟，外部设置为72MHZ，内部设置为64MHZ BASIC_TIM_Config(); //定时器配置为1MS ALL_NVIC_Init(); //配置中断优先级 }

运行程序，判断是否到定时器中断中的断点完成定时器1MS定时
1.3、配置串口GPIO口

void USART_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE); // 打开串口GPIO 的时钟 DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE); // 打开串口外设的时钟 // 将USART1 Tx 的GPIO 配置为推挽复用模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); // 将USART Rx 的GPIO 配置为浮空输入模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); // 配置串口的工作参数 USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE; // 配置波特率 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 配置针数据字长 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 配置停止位 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ; // 配置校验位 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =USART_HardwareFlowControl_None; // 配置硬件流控制 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 配置工作模式，收发一起 USART_Init(DEBUG_USART, &USART_InitStructure); // 完成串口的初始化配置 USART_ITConfig(DEBUG_USART, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 使能串口接收中断 USART_Cmd(DEBUG_USART, ENABLE); // 使能串口 }

串口头文件

// 串口2-USART1 #define DEBUG_USARTUSART2 #define DEBUG_USART_CLKRCC_APB1Periph_USART2 #define DEBUG_USART_APBxClkCmdRCC_APB1PeriphClockCmd #define DEBUG_USART_BAUDRATE9600 // USART GPIO 引脚宏定义 #define DEBUG_USART_GPIO_CLKRCC_APB2Periph_GPIOA #define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmdRCC_APB2PeriphClockCmd #define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORTGPIOA #define DEBUG_USART_TX_GPIO_PINGPIO_Pin_2 #define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORTGPIOA #define DEBUG_USART_RX_GPIO_PINGPIO_Pin_3 // USART GPIO 中断 #define DEBUG_USART_IRQUSART2_IRQn #define DEBUG_USART_IRQHandlerUSART2_IRQHandler

串口中断函数

void DEBUG_USART_IRQHandler(void) { uint8_t ucTemp; if (USART_GetITStatus(DEBUG_USART,USART_IT_RXNE)!=RESET)//判断是否有数据接收 { ucTemp = USART_ReceiveData( DEBUG_USART ); //将接收的一个字节保存 USART_SendData(DEBUG_USART,ucTemp); //保存后发送调试助手， } }

串口中断使能函数

void ALL_NVIC_Init(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); // 设置中断组为1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ ; // 设置中断来源 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 设置主优先级为 1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 设置抢占优先级为0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }

主函数结构

int main(void) { SysClock_Configuration(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_CFGR_PLLMULL9); //设置系统时钟，外部设置为72MHZ，内部设置为64MHZ USART_Config(); ALL_NVIC_Init(); }

运行程序，判断是否到串口中断中的断点完成串口配置
1.4、配置定时器作用于串口

当串口接受完数据，开启定时器计数，当时间>8T就开始处理数据

此时需要配置MODBUS的参数，如下

typedef struct { unsigned charmyadd; //本设备的地址 unsigned charrcbuf[100]; //MODBUS接收缓冲区 unsigned inttimout; //MODbus的数据断续时间 unsigned charrecount; //MODbus端口已经收到的数据个数 unsigned chartimrun; //MODbus定时器是否计时的标志 unsigned charreflag; //收到一帧数据的标志 unsigned charSendbuf[100]; //MODbus发送缓冲区 }MODBUS; extern MODBUS modbus; //声明全局变量，然后在C文件中调用

串口中断配置如下

void DEBUG_USART_IRQHandler(void) { uint8_t ucTemp; if (USART_GetITStatus(DEBUG_USART,USART_IT_RXNE)!=RESET)//判断是否有数据接收 { ucTemp = USART_ReceiveData( DEBUG_USART ); //将接收的一个字节保存 modbus.rcbuf[modbus.recount++]=ucTemp; //保存到MODBUS的接收缓存区 modbus.timout=0; //串口接收数据的过程中，定时器不计时 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 } } }

定时器中断配置如下

void BASIC_TIM_IRQHandler (void)//定时器中断函数 { if ( TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) { if(modbus.timrun!=0)//串口发送数据是否结束，结束就让定时器定时 { modbus.timout++; //定时器定时1毫秒，并开始记时 if(modbus.timout>=8)//间隔时间达到了时间，假设为8T，实际3.5T即可 { modbus.timrun=0; //关闭定时器--停止定时 modbus.reflag=1; //收到一帧数据，开始处理数据 } } TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update); } }

运行程序，判断是否进入到定时器处理modbus.reflag=1;
1.5、配置处理数据包程序

void Mosbus_Event(void) { u16 crc; u16 rccrc; if(modbus.reflag==0)//没有收到MODbus的数据包 { return ; //没有收到处理指令，继续等待下一条数据 } crc= crc16(&modbus.rcbuf[0], modbus.recount-2); //计算校验码 rccrc=modbus.rcbuf[modbus.recount-2]*256 + modbus.rcbuf[modbus.recount-1]; //收到的校验码 if(crc ==rccrc)//数据包符合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 { 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)//广播地址，不处理 { } }//数据包不符合CRC校验规则 modbus.recount=0; //清除缓存计数 modbus.reflag=0; //重新开始执行处理函数C }

处理流程图
modbus.reflag==0 modbus.reflag==1 不符合符合不是广播地址是开始是否接受完数据,并开始处理计算校验码数据包是否符合CRC校验规则确认数据发给本设备地址数据包是否发给本设备地址分析功能码功能按功能处理数据结束处理并将计数和使能关掉 1.6、功能码程序

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6号功能码程序

void Modbud_fun6()//6号功能码处理，写寄存器 { unsigned int Regadd; unsigned int val; unsigned int 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; //发送本设备地址 modbus.Sendbuf[i++]=0x06; //发送功能码 modbus.Sendbuf[i++]=Regadd/256; //发送修改地址高位 modbus.Sendbuf[i++]=Regadd%256; //发送修改地址低位 modbus.Sendbuf[i++]=val/256; //发送修改的值高位 modbus.Sendbuf[i++]=val%256; //发送修改的值低位 crc=crc16(modbus.Sendbuf,i); //校验地址、功能码、地址、数据 modbus.Sendbuf[i++]=crc/256; //发送CRC的值高位 modbus.Sendbuf[i++]=crc%256; //发送CRC的值低位 for(j=0; j



 3号功能码程序

 
void Modbud_fun3(void)//3号功能码处理---主机要读取本从机的寄存器
{
u16 Regadd;

	u16 Reglen;

	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;
//发送本设备地址
modbus.Sendbuf[i++]=0x03;
//发送功能码
byte=Reglen*2;
//要返回的数据字节数
//modbus.Sendbuf[i++]=byte/256;

	modbus.Sendbuf[i++]=byte%256;
//发送要返回的数据字节数
	for(j=0;
j


 
三、试验现象 【MODBUS移植STM32，STM32做从机】 

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