STM32 HAL库 MODBUS-RTU 串口通信

现行市场上的MODBUS实现都是官方标准的某种变体。不同的供应商设备之间可能无法正确的通信。我根据自己的需求用 MODBUS -RTU协议写了一个通过串口通信的实现。

MODBUS协议的介绍可以参考这篇

https://www.bilibili.com/opus/546416352263391792

串口的配置可以参考之前写的这两篇

https://www.bilibili.com/opus/489432912320458041

https://www.bilibili.com/opus/489466232682393593

其中可以更改的部分中

本从机的地址码是0x01

功能1的功能码是0x78（这是MODBUS协议的自定义功能部分）

CRC校验失败的返回功能码是0x90

没有此功能的返回功能码是0x91

user_uart.h

#ifndef __USER_UART_H

#define __USER_UART_H

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

#define Rec_Long  1

#define Max_Rec_Long  64

#define Broadcast_Address  0x00

#define Slave_Address 0x01

#define Function1 0x78

#define Function2 0x79

#define Function2 0x7A

#define Function3 0x7B

#define CRC_Cheak_Wrong 0x90

#define No_Function 0x91

extern unsigned char UART1_Rx_Buf[Max_Rec_Long];

extern unsigned char UART1_Rx_flg ;

extern unsigned int  UART1_Rx_cnt ;

extern unsigned char UART1_temp[Rec_Long];

void Modbus_Service(unsigned char User_Data[], unsigned int Data_Long);

int Modbus_Service_Send(unsigned char Device_Address, unsigned char Function_Code, unsigned char Send_Data[], unsigned int Send_Data_Long);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif

        在中断接收到信息后，main.c主循环中会进入Modbus_Service。首先判断接收到的地址位，再判断功能位，最后校验CRC。如果地址位不一致，那么该信息不是发送给该从机的，不继续接收。如果功能位不存在，则返回No_Function功能码和接收到的信息。如果CRC校验位校验有问题，则返回 CRC_Cheak_Wrong功能码和接收到的信息。在执行完后，清空串口接收标志位，接收下一条数据。

        CRC校验使用的是CRC-16查表法，依据所采用多项式的不同，得到的结果也不相同。常用的多项式有CRC-16/IBM和CRC-16/CCITT等。这里代码采用的多项式为CRC-16/IBM： X16+X15+X2+1。

user_uart.c

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/

#include "user_uart.h"

#include "usart.h"

#include "stdio.h"

#include "main.h"

#ifdef __GNUC_

#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)

#else

#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)

#endif

//重映射printf的功能

PUTCHAR_PROTOTYPE

{

HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);

return ch;

}

unsigned char UART1_Rx_Buf[Max_Rec_Long] = {0}; // 串口1存储接收数据

unsigned char UART1_Tx_Buf[Max_Rec_Long] = {0}; // 串口1存储接收数据

unsigned char UART1_Rx_flg = 0; // 串口1接收完成标志

unsigned int UART1_Rx_cnt = 0; // 串口1接受数据计数器

unsigned char UART1_temp[Rec_Long] = {0}; // 串口1接收数据缓存

/**

  * 函数名称：串口中断回调函数

  * 函数功能：调用回调函数的串口

  * 形   参：串口名

  * 返回值 ：无

  */

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

{

if (huart->Instance == USART1)

{

if (UART1_Rx_flg == 0)

{

UART1_Rx_Buf[UART1_Rx_cnt] = UART1_temp[0];

UART1_Rx_cnt++;

if (UART1_Rx_cnt == 14)

{

UART1_Rx_flg = 1;

}

}

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)UART1_temp, Rec_Long);

}

}

// CRC 高位字节值表

const uint8_t auchCRCHi[] = {

0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,

0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,

0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,

0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,

0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,

0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,

0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,

0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,

0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,

0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,

0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,

0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,

0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,

0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,

0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,

0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,

0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,

0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,

0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,

0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,

0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,

0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,

0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,

0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,

0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,

0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40};

// CRC 低位字节值表

const uint8_t auchCRCLo[] = {

0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06,

0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD,

0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,

0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A,

0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4,

0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,

0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3,

0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4,

0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,

0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29,

0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED,

0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,

0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60,

0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67,

0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,

0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68,

0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E,

0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,

0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71,

0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92,

0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,

0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B,

0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B,

0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,

0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42,

0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40};

/**

  * 函数名称：CRC-16校验函数

  * 函数功能：CRC-16校验

  * 形   参：串口接受到的数据, 数据长度

  * 返回值 ：CRC-16 校验数值

  */

uint16_t CRC16(uint8_t *puchMsg, uint16_t usDataLen) // CRC 生成函数

{

uint8_t uchCRCHi = 0xFF; // 高 CRC 字节初始化

uint8_t uchCRCLo = 0xFF; // 低 CRC 字节初始化

uint16_t 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); // 返回 CRC 校验数值

}

/**

  * 函数名称：Modbus协议发送函数

  * 函数功能：通过串口发送符合Modbus协议的信息

  * 形   参：设备地址,功能码,需要发送的数据, 需要发送的数据长度

  * 返回值 ：无

  */

int Modbus_Service_Send(unsigned char Device_Address, unsigned char Function_Code, unsigned char Send_Data[], unsigned int Send_Data_Long)

{

uint16_t calCRC;

unsigned char Data[18] = {0};

Data[0] = Device_Address; // 第1位是设备地址

Data[1] = Function_Code;  // 第2位是功能码

if (Send_Data_Long > 14)

{

return 0;

}

else

{

for (int i = 2; i < Send_Data_Long; i++)

{

Data[i] = Send_Data[i - 2]; // 第3-Send_Data_Long+2位是数据位

}

calCRC = CRC16(Data, Send_Data_Long);

}

Data[Send_Data_Long] = (calCRC >> 8) & 0xFF; // CRC校验位低位

Data[Send_Data_Long + 1] = calCRC & 0xFF; // CRC校验位高位

HAL_UART_Transmit(&huart1, Data, Send_Data_Long, 0x10); // 通过串口发送符合Modbus协议的信息

}

/**

  * 函数名称：Modbus_F1_Solve

  * 函数功能：功能代码1

  * 形   参：串口接受到的数据, 数据长度

  * 返回值 ：无

  */

void Modbus_F1_Solve(unsigned char User_Data[], unsigned int Data_Long)

{

uint16_t k[4];

k[0] = User_Data[1] | (((uint16_t)User_Data[0]) << 8);

k[1] = User_Data[3] | (((uint16_t)User_Data[2]) << 8);

k[2] = User_Data[5] | (((uint16_t)User_Data[4]) << 8);

k[3] = User_Data[7] | (((uint16_t)User_Data[6]) << 8);

/*

    功能代码

   */

}

/**

  * 函数名称：Modbus_CRC_Check_Error

  * 函数功能：CRC报错反馈

  * 形   参：需要发送的数据, 数据长度

  * 返回值 ：无

  */

int Modbus_CRC_Check_Error(unsigned char CRC_Check_Error_Data, unsigned int CRC_Check_Error_Data_Long)

{

Modbus_Service_Send(Slave_Address, CRC_Wrong, CRC_Check_Error_Data, CRC_Check_Error_Data_Long - 4);

UART1_Rx_cnt = 0;

UART1_Rx_flg = 0;

return 1;

}

/**

  * 函数名称：Modbus_No_Function

  * 函数功能：没有此功能码的反馈

  * 形   参：需要发送的数据, 数据长度

  * 返回值 ：无

  */

int Modbus_No_Function(unsigned char No_Function_Data, unsigned int No_Function_Data_Long)

{

Modbus_Service_Send(Slave_Address, No_Function, No_Function_Data, No_Function_Data_Long - 4);

UART1_Rx_cnt = 0;

UART1_Rx_flg = 0;

return 2;

}

/**

  * 函数名称：Modbus协议校验函数

  * 函数功能：Modbus协议校验

  * 形   参：串口接受到的数据, 数据长度

  * 返回值 ：无

  */

int Modbus_Service(unsigned char User_Data[], unsigned int Data_Long)

{

uint16_t calCRC;

uint16_t recCRC;

unsigned char Tx_Buf[Data_Long - 4] = {0};

for (int i = 2; i < Data_Long - 2; i++) // 提取接收到的信息

{

Tx_Buf[i - 2] = UART1_Rx_Buf[i];

}

if (User_Data[0] != Slave_Address || User_Data[0] != Broadcast_Address) // 如果地址位不是从机地址或广播则直接跳出

{

return 0;

}

calCRC = CRC16(User_Data, Data_Long - 2);

recCRC = User_Data[Data_Long - 1] | (((uint16_t)User_Data[Data_Long - 2]) << 8);

if (calCRC != recCRC) // 如果CRC校验位不正确则CRC报错

{

return Modbus_CRC_Check_Error(Tx_Buf, Data_Long);

}

switch (User_Data[1])

{

case Function1: // 功能1

Modbus_F1_Solve(Tx_Buf, Data_Long);

break;

default: // 如果没有该功能码则无功能码

Modbus_No_Function(Tx_Buf, Data_Long);

break;

}

UART1_Rx_cnt = 0;

UART1_Rx_flg = 0;

}

main.c

/* USER CODE BEGIN 3 */

if(UART1_Rx_flg)

    {

Modbus_Service(UART1_Rx_Buf, UART1_Rx_cnt);

    }

HAL_Delay(500);

  }

  /* USER CODE END 3 */

可以改进的部分：

首先是串口接收和发送可以改成DMA的形式，防止消耗过多的资源。其次接收串口信息时应该建立一个FIFO寄存器，以达到减少漏收的情况。