HAL库实现MODEBUS RTU从机与上位机通信

1万 · 2021-8-4 15:23

测试板卡：正点原子MINISTM32（STM32F103RB）

实现思路：位机向STM32发送连续数据，STM32串口中断一直接收，期间使用定时器控制接收时间，如果在3.5个时间字符时间内没有接收到任何数据，那么定时器就判定为一帧数据接收完毕，然后根据modbus协议处理接收到的数据就可以了。

MODBUS RTU 方式的收发都需要3.5个字符的等待时间，这个时间可以通过定时器控制，两个字符之间的间隔时间按照9600的波特率算，1s可以发9600/8=1200字节，1个字节发送的时间就是1/1200≈833微秒，3.5个字符时间就是1/1200*3.5≈2917微秒，这里我为了方便直接用了5ms，如果你测试不行的话，调小定时器的超时时间。

贴一下主要的代码片段：串口接收中断回调函数：

串口1为调试串口
串口3作为modbus的收发数据端口
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if (huart->Instance == DEBUG_UART_HANDLER.Instance)
{
      if ((DEBUG_UART_RX_STA & 0x8000) == 0)                                                 // 接收未完毕
      {
         if (DEBUG_UART_RX_STA & 0x4000)                                                    // 已经接收到了回车符
         {
            if (DEBUG_UART_RX_BYTE == '\n')    DEBUG_UART_RX_STA |= 0x8000;             // 本次接收到的是换行符，标记接收到了换行符
            else                               DEBUG_UART_RX_STA = 0;                   // 本次接收到的不是换行符，视为接收错误，状态置为初始
         }
         else
         {
            if (DEBUG_UART_RX_BYTE == '\r')    DEBUG_UART_RX_STA |= 0x4000;             // 本次接收到的是回车符，标记接收到了回车符
            else
            {
                  DEBUG_UART_RX_BUF[DEBUG_UART_RX_STA & 0x3FFF] = DEBUG_UART_RX_BYTE;       // 将本次接收到的数据保存到接收缓存中
                  if (DEBUG_UART_RX_STA++ >= DEBUG_UART_RX_LEN) DEBUG_UART_RX_STA = 0;    // 连续接收到的数据长度高于最大接收长度，则视为接收错误
            }
         }
      }
      HAL_UART_Receive_IT(huart, &DEBUG_UART_RX_BYTE, 1);                                  // 再次使能接收中断
}
else if (huart->Instance == huart3.Instance)
{
      if (MODBUS_RX_STA < MODBUS_RX_LEN)
      {
         __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim4, 0); // 清除5ms定时器的计数值
         if (MODBUS_RX_STA == 0) TIM4_Set(TIM4_ENABLE); // 如果接收为初始状态，则启动定时器
         MODBUS_RX_BUF[MODBUS_RX_STA++] = MODBUS_RX_BYTE; // 接收数据
      }
      else
      {
         MODBUS_RX_STA |= 0x8000; // 超长，标记接收结束
      }
      HAL_UART_Receive_IT(huart, &MODBUS_RX_BYTE, 1); // 再次使能接收中断
}
}

1万 · 2021-8-4 15:23

MODBUS RTU数据解析，我只实现了功能码3，其他功能码请根据协议自行进行补充：

// 保持寄存器
#define REG_HOLD_SIZE 10UL
uint16_t REG_HOLD[REG_HOLD_SIZE] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

// 互换两个变量的值
void swap(unsigned char* byte1, unsigned char* byte2)
{
*byte1 ^= *byte2;
*byte2 ^= *byte1;
*byte1 ^= *byte2;
}

inline void modbus_slave_write(const void* buf, uint32_t len)
{
HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t *)buf, len, 1000);
}

/**
* 串口三数据接收处理
*/
void MODBUS_RecvHandler(void)
{
// 无数据收到
if ((MODBUS_RX_STA & 0x8000) == 0)
      return;

// 收到的数据有误
if (MODBUS_RX_BUF[0] != SLAVE_ADDRESS)
      goto __exit;

// 选择相应功能码
switch (MODBUS_RX_BUF[1])
{
case CMD3:
{
      int i    = 0;
      int nread  = 0;
      int offset = 0;
      int num = 0;

      // CRC校验
      if (usMBCRC16(MODBUS_RX_BUF, 6) != *((uint16_t *)(MODBUS_RX_BUF + 6)))
         goto __exit;

      // 大端转小端
      swap(MODBUS_RX_BUF + 2, MODBUS_RX_BUF + 3);
      swap(MODBUS_RX_BUF + 4, MODBUS_RX_BUF + 5);

      // 得到保持寄存器偏移地址
      offset = *((uint16_t *)(MODBUS_RX_BUF + 2));

      // 偏移地址错误
      if (offset >= REG_HOLD_SIZE) goto __exit;

      // 得到要读取的保持寄存器个数
      num = *((uint16_t *)(MODBUS_RX_BUF + 4));

      // 计算实际可读的保持寄存器个数
      nread = REG_HOLD_SIZE - offset >= num ? num : REG_HOLD_SIZE - offset;

      // 实际能够被读取的保持寄存器数量错误
      if (nread <= 0) goto __exit;

      // 填充响应数据的字节长度
      MODBUS_RX_BUF[2] = nread * sizeof(uint16_t);

      // 填充保持寄存器的值
      for (i = 0; i != nread; i++)
      {
         *((uint16_t *)(MODBUS_RX_BUF + 3 + i * 2)) = swap_uint16(REG_HOLD[offset + i]);
      }

      // 计算CRC
      *((uint16_t *)(MODBUS_RX_BUF + 3 + nread * 2)) = usMBCRC16(MODBUS_RX_BUF, 3 + nread * 2);

      // 发送给主机
      modbus_slave_write(MODBUS_RX_BUF, 3 + nread * 2 + 2);

      // 等待3.5个字符的时间
      HAL_Delay(5);

      // 改变保持寄存器的值
      for (i = 0; i != REG_HOLD_SIZE; i++)
      {
         REG_HOLD[i]++;
      }

      // 退出
      goto __exit;
}
default:
      goto __exit;
}

__exit:
MODBUS_RX_STA = 0; // 清空接收
return;
}

1万 · 2021-8-4 15:24

在主函数中轮训调用modbus的接收处理函数：

1万 · 2021-8-4 15:24

单片机串口3我设置为9600的波特率，无流控、无奇偶校验、8bit数据、1bit停止位，上位机打开modbus poll软件，串口设置与单片机相同，Steup->Read/Write Definition，然后从机地址为1，功能码为3，偏移地址0，读取10个保持寄存器的值：

然后收到单片机的modbus rtu的回复：

20191217131118918.gif (794.77 KB )

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