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我这里用STM32实现,其实可以搬移到其他MCU,之前有项目使用STM32实现Modbus协议
这个场景比较正常,很多时候都能碰到
这里主要是Modbus和变频器通信
最常见的是使用Modbus实现传感器数据的采集,我记得之前用过一些传感器都是Modbus协议
这就需要MCU实现Modbus协议,不过实际使用的Modbus协议往往都是简化版本的
可能只是几条Modbus协议格式的指令而已
初学者,网上一搜Modubus协议,往往越看越糊涂
如下图所示,使用STM32 UART2,采用485接口设计引出
解释一下为什么这里的485电路设计的这么复杂
这里考虑485带电插拔操作,以及客户要求隔离功能等,所以硬件上设计比常用电路复杂很多
其实主要功能都是一致的
初始化串口,这里写的比较复杂,因为考虑了串口2也就是485接口的波特率是可以配置的,并且配置后掉电保存,所以有个波特率的接口,当然同时也有校验位可配置
如下配置,串口采用中断模式,使用串口2,对应管脚PA2/PA3
- void Bsp_usart2_cfg(u8 baud, u8 checkbit)
- {
- NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
- GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
- USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
- u32 BaudRate;
-
- switch(baud)
- {
- case 0:
- {
- BaudRate = 300;
- break;
- }
- case 1:
- {
- BaudRate = 600;
- break;
- }
- case 2:
- {
- BaudRate = 1200;
- break;
- }
- case 3:
- {
- BaudRate = 2400;
- break;
- }
- case 4:
- {
- BaudRate = 4800;
- break;
- }
- case 5:
- {
- BaudRate = 9600;
- break;
- }
- case 6:
- {
- BaudRate = 19200;
- break;
- }
- case 7:
- {
- BaudRate = 38400;
- break;
- }
- case 8:
- {
- BaudRate = 57600;
- break;
- }
- case 9:
- {
- BaudRate = 115200;
- break;
- }
- default:
- {
- BaudRate = 9600;
- break;
- }
- }
-
-
- RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
- RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);
-
- /*
- * USART2_TX -> PA2 , USART2_RX -> PA3
- */
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
- GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
-
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
- GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
-
- USART_InitStructure.USART_BaudRate = BaudRate;
- ///USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_9b;//9位数据
- USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
- //if(checkbit == 0)
- //USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_2;//1位停止位
- //else
- USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//1位停止位
-
- if((checkbit == 0) || (checkbit == 3))
- USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//
- else if(checkbit == 1)
- USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_Even;//偶校验
- else if(checkbit == 2)
- USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_Odd;//奇校验
- else
- USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//
-
- USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //硬件流控制失能
- USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //发送和接受使能
- USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);
-
-
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = USART2_IRQCHANNELPP;// 设置抢占优先级
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = USART2_IRQCHANNELSP;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
- NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
-
- // USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 使能USART接收中断,这里先不开启接收中断
-
- USART_Cmd(USART2, ENABLE);
- USART_ClearITPendingBit(USART2, USART_IT_TC);//清除中断TC位
-
- while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);//等待传输完成,否则第一位数据容易丢失
-
-
-
- }
串口2的中断处理函数如下
这里很简单,就是把串口2的数据收集起来放到队列comrx2xQueue中
- void USART2_IRQHandler(void)
- {
- portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
- uint8_t cChar;
- uint16_t msg;
-
- if (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_ORE) != RESET) // ORE中断
- {
- USART_ReceiveData(USART2);
- }
- if (USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET) // 接收数据中断
- {
- cChar = USART_ReceiveData( USART2 );
- msg = MSG_USART_EVT | (cChar);
- xQueueSendFromISR( comrx2xQueue, &msg, &xHigherPriorityTaskWoken );
- }
- portEND_SWITCHING_ISR( xHigherPriorityTaskWoken );
- }
-
在串口2的接收任务中进行
协议帧格式匹对
如下代码,使用状态机跳转到接收处理位置
-
- void tskcomrx2( void *pvParameters )
- {
- uint16_t Msg;
- QueueHandle_t pq = pvParameters;
- uint8_t stt = FSM_IDLE,*prx;
- uint16_t tmp16,len;
-
-
- while(1)
- {
- if( xQueueReceive( pq, &Msg, 20 ) == pdPASS )
- {
- if(MSG_NAME(Msg) == MSG_USART_EVT)
- {
- tmp16 = MSG_DATA(Msg);
- //调试语句,打印接受数据到调试串口1
- // while((USART1->SR&0x40)==0);//等待上一次发送完毕
- // USART1->DR = tmp16;
- //
- switch (stt)
- {
- case FSM_IDLE :
- {
- prx = StdDatBufIn2;
- *prx = 0;
- len = 0;
- if (tmp16 == FlashParagma.addr)
- {
- /*数据开始*/
- len++;
- *prx++ = tmp16;
- *prx = 0;
- stt = FSM_HEAD;
- }
- break;
- }
- case FSM_HEAD :
- {
- len++;
- *prx++ = tmp16;
- *prx = 0;
- if ((tmp16 == 0x03) || (tmp16 == 0x06))
- {
- stt = FSM_ASCII_DATA;
- }
- else
- {
- stt = FSM_IDLE;//异常处理
- }
- break;
- }
- case FSM_ASCII_DATA :
- {
- len++;
- *prx++ = tmp16;
- *prx = 0;
- if(len > 7)
- {
- //处理接收数据
- modbusEventPro(StdDatBufIn2, len);
- stt = FSM_IDLE;//异常处理
- }
- break;
- }
- default:
- {
- stt = FSM_IDLE;
- break;
- }
- }
- }/**end of if(MSG_NAME(pMsg)*/
- }
- }/*end of while(1)*/
- }/*end of void tskDatRxCOM1(void * pdata) */
根据modbus协议指令分类进行数据处理,代码如下
功能码03、06进行处理
-
- // Modbus事件处理函数
- void modbusEventPro(u8 *src, u16 len)
- {
- u16 crc,rccrc;
-
- //收到数据包长度判定
-
- //通过读到的数据帧计算CRC
- crc = Modbus_CRC16(&src[0], len - 2);
- // 读取数据帧CRC
- rccrc = src[len - 2] + src[len - 1] * 256;
- if(crc == rccrc) //CRC校验成功,开始分包
- {
- if(src[0] == FlashParagma.addr) //检测是否是自己的地址
- {
- switch(src[1]) //分析modbus功能码
- {
- case 3:
- {
- Modbus_Func3(src, len);
- break;
- }
- case 6:
- {
- Modbus_Func6(src, len);
- break;
- }
- default:
- break;
- }
- }
- else if(src[0] == 0) //广播地址不予回应
- {
-
- }
- }
- }
发送modbus协议指令,这里需要先把发送模式打开,发送数据完成后,注意要延时一段时间再切换为接收模式,这个延时时间需要自己根据调试情况进行实际调整
控制不同类型的从机,延时时间要求可能不太一样
- void Modbus_USRAT2_SendStr(u8 *scr, u16 len)
- {
- u16 i;
- // 开始返回Modbus数据
- Modbus_USART2_TX_Mode;
- vTaskDelay(5);
- for(i = 0; i < len; i++)
- {
- while((USART2->SR&0x40)==0);//等待上一次发送完毕
- USART2->DR = scr[i];
- }
- vTaskDelay(5);
- Modbus_USART2_RX_Mode;
- }
这实现的比较简单,且常用的Modbus协议
协议格式如下,采用高字节在前方式
地址 | 功能码 | 从机地址 | 数据 | 校验 |
485从机地址 | 03H(读)、06H(写) | CRC | ||
1byte | 1byte | 2byte | 4byte | 2byte |
上述Modbus协议,实现03、06指令,即可完成对从机地址的读写。
上述代码实现,也是根据表格中的格式进行实现的,可以和代码对的上。
网上搜集了一下关于RS485和Modbus协议的解释,这里拿出来比较关键的,供参考
关于RS485(主要是关注传输距离、接口线、电平)
RS-485是美国电子工业协会(EIA)在1983年批准了一个新的平衡传输标准(balanced transmission standard),EIA一开始将RS(Recommended Standard)做为标准的前缀,不过后来为了便于识别标准的来源,已将RS改为EIA/TIA。目前标准名称为TIA-485,但工程师及应用指南仍继续使用RS-485来称呼此标准。
RS-485仅是一个电气标准,描述了接口的物理层,像协议、时序、串行或并行数据以及链路全部由设计者或更高层协议定义。RS-485定义的是使用平衡(也称作差分)多点传输线的驱动器(driver)和接收器(receiver)的电气特性。
关于Modbus协议
MODBUS 是 OSI 模型第 7 层上的应用层报文传输协议,它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。
Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等,并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式,数据通讯采用Maser/Slave方式,Master端发出数据请求消息,Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求;Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据,实现双向读写。
Modbus协议需要对数据进行校验,串行协议中除有奇偶校验外,ASCII模式采用LRC校验,RTU模式采用16位CRC校验,但TCP模式没有额外规定校验,因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。另外,Modbus采用主从方式定时收发数据,在实际使用中如果某Slave站点断开后(如故障或关机),Master端可以诊断出来,而当故障修复后,网络又可自动接通。因此,Modbus协议的可靠性较好。
对于Modbus的ASCII、RTU和TCP协议来说,其中TCP和RTU协议非常类似,我们只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉,然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可。
1通讯传送方式:
通讯传送分为独立的信息头,和发送的编码数据。以下的通讯传送方式定义也与ModBusRTU通讯规约相兼容:
初始结构 = ≥4字节的时间
地址码 = 1 字节
功能码 = 1 字节
数据区 = N 字节
错误校检 = 16位CRC码
结束结构 = ≥4字节的时间
地址码:地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址码,并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址,而从机发送的地址码表明回送的从机地址。
功能码:通讯传送的第二个字节。ModBus通讯规约定义功能号为1到127。本仪表只利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送,通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应,从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样,并表明从机已响应主机进行操作。如果从机发送的功能码的最高位为1(比如功能码大与此同时127),则表明从机没有响应操作或发送出错。
数据区:数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。
CRC码:二字节的错误检测码。
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