解码RS485与Modbus通信及CRC16校验
RS485基础
概念
RS-485是一种串行通信的电气接口标准（全称TIA/EIA-485，EIA指美国电子工业协会），定义了设备之间通过差分信号传输数据的物理层规范，核心目标是实现长距离、多设备、抗干扰的可靠通信。
RS485是差分平衡式串行通信标准，专门解决RS232通信距离短、抗干扰弱的问题，广泛应用于工业自动化、楼宇控制、安防监控等需要长距离、多节点通信的场景。
RS-232
DB9串口有9个引脚，串行通信时核心用到3个：RXD（接收数据）、TXD（发送数据）、GND（信号地），其余引脚功能如下表：
| 引脚号 | 符号 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | DCD | 载波检测（Data Carrier Detect），用于Modem通知终端设备其处于在线状态 |
| 2 | RXD | 接收数据（Received Data），终端设备从外部设备接收数据的通道 |
| 3 | TXD | 发送数据（Transmit Data），终端设备向外部设备发送数据的通道 |
| 4 | DTR | 数据终端就绪（Data Terminal Ready），终端设备通知外部设备自身已准备就绪 |
| 5 | GND | RS232电气特性：采用负逻辑，逻辑1（MARK状态）对应-3V至-15V，逻辑0（SPACE状态）对应+3V至+15V）；-3V至+3V为不确定区域，需通过硬件设计避免信号落入此范围。 |
| 6 | DSR | 数据设备就绪（Data Set Ready），外部设备通知终端设备自身已准备就绪 |
| 7 | RTS | 请求发送（Request To Send），终端设备向外部设备请求发送数据 |
| 8 | CTS | 清除发送（Clear To Send），外部设备通知终端设备允许发送数据 |
| 9 | RI | 振铃指示（Ring Indicator），Modem通知终端设备有呼叫进入（如电话振铃） |
RS232电气特性：采用负逻辑，逻辑1（MARK状态）对应-3V至-15V，逻辑0（SPACE状态）对应+3V至+15V；-3V至+3V为不确定区域，需通过硬件设计避免信号落入此范围。
RS232传输限制：9600bps速率下最大传输距离15米，速率升高距离缩短（115200bps时≤5米），速率降低可延长（110bps时可达百米级，需信号放大）；采用单端传输(一根线)，以GND为参考，抗共模干扰能力弱，易受接地环路和电磁干扰影响。
应用场景：适用于短距离、低速率、点对点异步串行通信（如早期计算机外设连接、工业设备调试），目前逐渐被USB、以太网、RS485/RS422取代，仅在传统设备中保留应用。
RS-485电气特性
拓扑结构
RS-485有两线制和四线制两种接线方式，四线制仅支持点对点通信，目前极少采用；主流为两线制，采用总线式拓扑结构，同一总线上最多可挂接32个节点（通过中继器可扩展至256个以上）。
RS-485通信网络通常采用主从通信结构，即一个主机带多个从机；所有节点串联在差分总线上，总线两端需并联120Ω终端电阻，用于匹配总线阻抗，减少信号反射。
终端电阻说明：阻值应等于传输电缆的特性阻抗，多数RS-485专用双绞线的差分特性阻抗为100Ω~150Ω，行业标准推荐值为120Ω（阻抗匹配）；仅在长距离传输（通常超过300米）或高速率通信时必须添加。
电平信号
RS-485采用差分信号传输，正逻辑，核心依赖A、B两根差分线，逻辑状态由两线间的电压差决定，而非单根线对地电压：
- 逻辑1（MARK）：A、B两线电压差为+2V ~ +6V（发送器），VA - VB ≥ +200mV（接收器）；
- 逻辑0（SPACE）：A、B两线电压差为-2V ~ -6V（发送器），且VA - VB ≤ -200mV（接收器）；
关键提示：切勿单独判断A线或B线的电压高低，仅需计算VA - VB的差值即可；若单独看单根线，会出现4种混乱情况（A+、B+；A-、B+；A+、B-；A-、B-），失去差分传输的优势。
RS-485无需RS232那样的握手信号（如RTS/CTS），仅需A、B两根线即可传输核心信号，大幅简化布线；同时，差分传输可有效抑制共模噪声（如电磁干扰、接地环路），抗干扰能力远优于RS232。
差分信号与共模干扰
差分传输：区别于“一根信号线+一根地线”的传统方式，差分传输在两根线上均传输信号，这两个信号振幅相等、相位相反（A线降低2V，B线则升高2V，反之同理），这种信号称为差分信号（差模信号）。
共模信号：指两根信号线对地的电压，不携带有效信息，是由干扰产生的无效信号；任何信号均可分解为共模信号和差模信号。
差分传输抗干扰原理：
- 抗干扰能力强：外界噪声干扰会同时耦合到A、B两根线上，接收端仅关注两线的电压差，共模噪声会被完全抵消；
- 抑制EMI（电磁干扰）：两根信号极性相反，对外辐射的电磁场相互抵消，耦合越紧密，泄放的电磁能量越少；
- 时序定位精确：差分信号的开关变化位于两信号的交点，而非单端信号的高低阈值，受工艺、温度影响小，时序误差低，适合低幅度信号传输。
共模干扰产生原因：
- 电网串扰：电网电压波动、谐波成分引入共模干扰电压；
- 辐射干扰：雷电、设备电弧、附近电台、大功率辐射源等，在信号线上感应出共模干扰；
- 地电位差异：不同设备、系统之间的接地电位不一致，引入共模干扰；
- 内部干扰：设备内部电线的电磁场对电源线产生干扰；此外，电源线阻抗不匹配、信号线屏蔽不良、设备电磁兼容性差等，也会产生共模干扰。
通信距离与速率关系
RS-485的通信速率与传输距离成反比，速率越低，传输距离越长，具体对应关系如下表（满足不同场景需求）：
| 通信速率 | 典型通信距离 | 备注 |
|---|---|---|
| 10 Mbps | 50米 | 高速模式，适用于短距离、高带宽传输场景 |
| 1 Mbps | 100米 | 中高速场景，如实时数据采集、高频响应控制 |
| 100 kbps | 1200米 | EIA/TIA-485标准推荐距离，适用于多数工业场景 |
| 50 kbps | 1500米 | 低速率长距离场景，如远距离传感器数据传输 |
| 9600 bps | 1800米 | 极限距离，需使用低电容专用电缆，速率极低 |
电平转换（SP3485/MAX485）
MCU（微控制器）采用TTL/CMOS电平，与RS-485电平不兼容，无法直接通过RS-485总线通信，需通过电平转换芯片实现转换；常用芯片为MAX485（美信公司）、SP3485，GEC-M4开发板中板载SP3485芯片。
SP3485芯片说明：3.3V供电，半双工低功耗RS-485收发器，符合TIA/EIA-485标准；内置1个驱动器和1个接收器，可独立使能/禁用；两者均禁用时，驱动器和接收器输出均为高阻抗状态；负载特性支持256个SP3485收发器连接到同一总线，最高支持12Mbps无差错数据传输；具备故障保护、过温保护、电流限制保护、过压保护等功能。
SP3485引脚描述（8引脚，SOP-8封装为主）：
| 引脚编号 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | RO | 接收器输出：当/RE为低电平时，若A-B ≥ 200mV，RO输出高电平；若A-B ≤ -200mV，RO输出低电平 |
| 2 | /RE | 接收器输出使能控制（低电平有效）：低电平时，接收器输出使能，RO输出有效；高电平时，接收器输出禁用，RO为高阻抗；/RE高电平且DE低电平时，器件进入低功耗模式 |
| 3 | DE | 驱动器输出使能控制（高电平有效）：高电平时，驱动器输出有效；低电平时，驱动器输出为高阻抗；/RE高电平且DE低电平时，器件进入低功耗模式 |
| 4 | DI | 驱动器输入：当DE为高电平时，DI低电平强制驱动器同相输出A为低、反相输出B为高；DI高电平强制驱动器同相输出A为高、反相输出B为低 |
| 5 | GND | 地，所有信号的公共接地参考点 |
| 6 | A | 接收器同相输入、驱动器同相输出，连接RS-485总线的A线 |
| 7 | B | 接收器反相输入、驱动器反相输出，连接RS-485总线的B线 |
| 8 | VCC | 电源输入，供电范围3.0V~3.6V（SP3485为3.3V供电） |
SP3485芯片命名规则
硬件接线与程序设计
硬件接线核心：RS-485采用半双工通信，芯片工作在发送还是接收模式，由/RE和DE两个使能端控制；实际应用中，通常将/RE和DE连接到MCU的同一引脚（如GEC-M4的PG8），通过该引脚电平控制通信方向：
程序设计核心：RS-485仅定义通信的电气属性，底层通信逻辑仍基于UART（串口），因此只需正常配置UART（波特率、数据位、奇偶校验位、停止位），唯一区别是发送数据前需通过GPIO引脚切换通信方向（发送/接收），发送完成后立即切换回接收模式（默认监听模式）。
RS-485 UART配置示例（以STM32为例，注释包含参数说明）：
/**
* @brief RS485单字节发送函数
* @param byte 待发送的单字节数据（uint8_t类型）
* @retval None
* @note 1. 仅当RS485被配置为发送器模式时调用此函数；
* 2. 需提前完成初始化：USART2的时钟使能、GPIOG的时钟使能，且GPIOG_Pin_8已配置为推挽输出模式；
* 3. 若需确保字节完全发送后再切换状态，可启用“传输完成（TC）标志”的等待逻辑（代码中已标注）
*/
void RS485_SendByte(uint8_t byte)
{
// 1. 设置RS485收发器为发送状态（GPIOG_Pin_8置高电平）
GPIO_SetBits(GPIOG, GPIO_Pin_8);
// 2. 向USART2发送目标字节
USART_SendData(USART2, byte);
// 3. 等待“发送数据寄存器空（TXE）”标志置位
// （表示数据已送入移位寄存器，可准备下一次发送）
while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);
// 【可选】若需确保字节完全发送到总线，可增加“传输完成（TC）”标志等待
// while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET);
// 4. 恢复RS485收发器为接收状态（GPIOG_Pin_8置低电平）
GPIO_ResetBits(GPIOG, GPIO_Pin_8);
}
RS-232、RS-422、RS-485区别
注：RS-422/485 标准在电气特性上非常相近，在传输方式上有所区别（RS422标准仅支持单发送端，一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以 RS-422 支持点对多点的双向通信）
基于RS485的Modbus通信协议
Modbus协议概述
Modbus是一种应用层/软件层串行通信协议，由Modicon公司（现施耐德电气Schneider Electric）于1979年为可编程逻辑控制器（PLC）通信发布，目前已成为工业领域的业界标准，广泛用于工业电子设备之间的连接。
Modbus协议不依赖特定物理层，可基于RS-485、RS-232、以太网、IIC等物理层传输；其中，大多数Modbus设备通过EIA-485物理层通信（两线制总线拓扑，主从结构），适配工业长距离、多节点场景。
核心区别：硬件协议（如RS-485）负责“如何传输数据”，软件协议（Modbus）负责“如何有序传输数据”，保障数据传输的可靠性和规范性。
通信结构与设备
Modbus采用主从（master/slave）架构，核心规则如下：
-
主节点（主机）：唯一可主动发起命令的节点，同一时刻仅能发起一个Modbus事务处理；无需分配地址，负责向从节点发送请求、接收并处理从节点的应答。
-
从节点（从机）：仅能被动响应主节点的请求，无主节点指令时不主动发送数据，也不与其他从节点通信；每个从节点必须有唯一的地址，用于被主节点识别。
-
通信模式：主节点对从节点的请求分为两种模式：
- 单播模式：主节点向特定地址的从节点发送请求，从节点处理完成后，向主节点返回应答；一个事务包含“主节点请求→从节点应答”两个报文。
- 广播模式：主节点向所有从节点发送请求，从节点无需返回应答；仅适用于写命令（如批量设置从节点参数），所有从节点必须支持广播写功能。
Modbus地址规则
Modbus寻址空间有256个不同地址，地址范围0~255，划分如下：
- 地址0：保留为广播地址，所有从节点必须识别该地址，但无需回应；
- 地址1~247：从节点单独地址，每个从节点必须分配唯一的地址（不可重复），用于主节点单播寻址；
- 地址248~255：保留地址，暂不使用。
地址的作用：
- 主节点通过地址，精准定位要控制的从节点；
- 从节点通过地址判断请求是否针对自己：若地址非0且与自身地址一致，需返回应答；若为广播地址（0），执行写命令但不返回应答；避免多个从节点同时应答，导致总线冲突。
Modbus数据帧（PDU）
Modbus定义了简单的协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit），核心是“功能码+数据”；在实际传输中，主节点会添加附加域，构造完整的串行链路PDU，结构如下：
各域详细说明：
- 地址域：1字节（8位），仅包含从节点地址（0~247）；主节点发送时，填写目标从节点地址；从节点应答时，填写自身地址，让主节点识别应答来源。
- 功能码：1字节（8位），指明从节点要执行的动作（如读线圈、读寄存器、写线圈、写寄存器）；若从节点无法执行该功能，会返回错误应答（功能码最高位置1）。
- 数据域：包含请求/响应的具体参数（如寄存器起始地址、读取/写入的数据、数据长度等），格式由功能码决定。
- 错误校验域：用于校验报文完整性，避免数据传输过程中因干扰导致失真；校验方式由传输模式决定（ASCII模式用LRC，RTU模式用CRC16）。
Modbus通信传输方式
Modbus支持3种传输模式，不可混用，需根据主机类型选择；其中，RS-485物理层常用RTU模式，串口常用ASCII模式，以太网常用TCP/IP模式。
ASCII模式（基于串口）
ASCII模式采用ASCII字符传输数据，每个字节（8位）的高4位和低4位，分别作为两个ASCII字符发送（如0x03→发送‘0’和‘3’→对应ASCII码0x30和0x33），所有字符均为十六进制。
帧格式（固定）：
起始符（1字符）：冒号（:），ASCII码0x3A；
地址域（2字符）：从节点地址的ASCII表示（如地址1→“01”）；
功能码（2字符）：功能码的ASCII表示（如功能码3→“03”）；
数据域（0~252字节，每字节对应2个ASCII字符）：具体请求/响应数据；
校验域（2字符）：LRC校验码的ASCII表示；
结束符（2字符）：回车（CR，ASCII码0x0D）+ 换行（LF，ASCII码0x0A）。
关键特性：
- 报文间隔：两个字符之间的间隔时间不可超过1秒，否则接收端判定报文不完整，直接丢弃；
- 校验方式：LRC（纵向冗长校验），仅校验“起始符之后、结束符之前”的所有内容（不含起始符和结束符）。
LRC校验计算步骤：
- 将报文中需校验的所有字节（地址域、功能码、数据域）连续累加；
- 将累加和与256求模（取余数）；
- 用256减去该余数，得到LRC校验值（即sum%256后取反，再加1）；
示例：报文需校验部分为01 A0 7C E4 02，累加和=0x01+0xA0+0x7C+0xE4+0x02=0x203（十进制515）；515%256=3；LRC=256-3=253（0xFD），对应ASCII字符“FD”。
RTU模式（常用，基于RS-485/RS-232）
RTU（远程终端单元）模式采用二进制传输数据，每个字节直接以十六进制形式发送，无需转换为ASCII字符；数据密度高，相同波特率下，吞吐率高于ASCII模式，是工业RS-485通信的主流模式。
帧格式（固定）：
起始标识：3.5个字符传输时间的空闲间隔（总线无数据）；
地址域（1字节）：从节点地址（0~247）；
功能码（1字节）：要执行的功能（如0x03=读保持寄存器）；
数据域（0~252字节）：具体请求/响应数据；
校验域（2字节）：CRC16校验码（先附加低字节，再附加高字节）；
结束标识：3.5个字符传输时间的空闲间隔。
关键特性：
- 报文间隔：两个字符之间的空闲间隔不可超过1.5个字符传输时间，否则判定报文不完整；帧与帧之间的空闲间隔需≥3.5个字符传输时间，用于区分不同帧；
- 帧长度：最大256字节（地址域+功能码+数据域+校验域）；
CRC16
- 手动计算
unsigned short crc(unsigned char *data, unsigned char len)
{
unsigned char temp = 0;
unsigned short buff = 0xffff; // 初始值
unsigned char i = 0, j = 0;
for(i = 0; i < len; i++) // 遍历每个字节
{
buff ^= data[i]; // 当前字节与CRC寄存器低8位异或
for(j = 0; j < 8; j++) // 处理每个bit
{
temp = buff & 0x0001; // 取最低位
if(temp){ // 如果最低位为1
buff >>= 1; // 右移1位
buff ^= 0xa001; // 与多项式异或
}else{ // 如果最低位为0
buff >>= 1; // 只右移1位
}
}
}
buff = ((buff & 0x00FF) << 8) | ((buff & 0xFF00) >> 8); // 高低8位交换
return buff; // 返回CRC值
}
- 查表
/* CRC 高位字节值表 */
const u8 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 u8 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
} ;
u32 crc16( u8 *puchMsg, u32 usDataLen )
{
u8 uchCRCHi = 0xFF ; // 高CRC字节初始化
u8 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 ) ;
}
RTU报文示例：从站地址01、功能码03、起始寄存器地址0001、读取数量0002，生成的RTU请求报文（十六进制）为01 03 00 01 00 02 95 CB；其中，01=从站地址，03=功能码，00 01=起始地址，00 02=读取数量，95 CB=CRC16校验码（95=低字节，CB=高字节）。
TCP/IP模式（基于以太网）
基于以太网传输，无需RS-485/RS-232物理层，采用TCP协议进行数据传输；帧格式与串行链路不同，包含MBAP头（Modbus Application Protocol Header），用于标识Modbus报文，适用于以太网连接的工业设备，此处不详细展开。
Modbus功能码
功能码为1字节，用于指定从节点要执行的操作，核心功能码如下，此处以03为例展开，其余功能码可参考Modbus协议手册：
报文
Modbus程序设计（基于RS485+RTU）
程序设计核心流程：实现RS485硬件层通信 → 配置定时器辅助（处理报文间隔、超时） → 按功能码编写对应功能函数 → 实现Modbus事务轮询（解析数据帧、调用功能函数、返回应答）。
关键要点：
- 硬件层：已在RS485部分实现UART配置、GPIO控制（/RE和DE）、数据收发函数；
- 定时器：配置一个定时器（如1ms定时器），用于判断报文间隔（≥3.5个字符时间）、接收超时，避免报文解析错误；
- 功能函数：针对功能码03，编写对应的读取/写入函数，处理数据域的解析和构造；
- 事务轮询：循环接收RS485数据，判断报文完整性（CRC16校验），解析地址域和功能码，调用对应功能函数，构造应答报文并发送。
Modbus RTU事务轮询示例代码（注释包含参数说明）：
M4代码
time.h
#ifndef __TIME_H__
#define __TIME_H__
#include "stm32f4xx.h"
// 函数声明
void TIM2_Init(u16 arr, u16 psc);
void TIM2_IRQHandler(void);
void time7_delay_ms(u16 ms);
#endif
time.c
#include "time.h"
#include "modbus.h"
// TIM2初始化函数（用于Modbus报文超时检测）
void TIM2_Init(u16 arr, u16 psc) {
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
// 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
// 配置定时器
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = arr; // 重装载值
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = psc - 1; // 预分频值
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);
// 使能更新中断
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
// 配置NVIC
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; // 定时器2中断
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 抢占优先级
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 响应优先级
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; // 使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
// 初始禁用定时器
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
}
// TIM2中断处理函数
void TIM2_IRQHandler(void) {
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update)) {
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
modbus.recTime++;
// 8ms超时判断（约3.5个字符时间，用于报文结束判断）
if (modbus.recTime >= 8) {
modbus.finishFlag = 1; // 接收完成
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); // 禁用定时器
}
}
}
// 延时函数
void time7_delay_ms(u16 ms) {
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
// 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM7, ENABLE);
// 配置定时器
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = ms * 10 - 1;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 8400 - 1;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM7, &TIM_TimeBaseInitStruct);
// 清除标志位
TIM_ClearFlag(TIM7, TIM_FLAG_Update);
// 启动定时器
TIM_Cmd(TIM7, ENABLE);
// 等待超时
while (!TIM_GetFlagStatus(TIM7, TIM_FLAG_Update));
// 清除标志位
TIM_ClearFlag(TIM7, TIM_FLAG_Update);
// 禁用定时器
TIM_Cmd(TIM7, DISABLE);
// 关闭时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM7, DISABLE);
}
485.h
#ifndef __485_H__
#define __485_H__
#include "stm32f4xx.h"
// 485控制引脚定义
#define RS485_EN_PORT GPIOA
#define RS485_EN_PIN GPIO_Pin_12
// 485模式切换宏
#define RS485_SEND_MOD() GPIO_SetBits(RS485_EN_PORT, RS485_EN_PIN)
#define RS485_REC_MOD() GPIO_ResetBits(RS485_EN_PORT, RS485_EN_PIN)
// 函数声明
void USART3_485_Init(u32 Bount, u8 mode);
void RS485_Send(u8 data);
#endif
485.c
#include "485.h"
#include "modbus.h"
#include "time.h"
// 硬件连接：
// USART3_TX --- PB10 --- 发送引脚
// USART3_RX --- PB11 --- 接收引脚
// 485_EN --- PA12 --- 控制引脚
// USART3初始化函数
void USART3_485_Init(u32 Bount, u8 mode) {
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
// 使能时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA | RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
// 配置PB10为发送引脚
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
// 配置PB11为接收引脚
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
// 配置PA12为控制引脚
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
// 复用功能映射
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART3);
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_USART3);
// 配置USART3
USART_InitStruct.USART_BaudRate = Bount;
USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
USART_Init(USART3, &USART_InitStruct);
// 配置中断
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
// 使能接收中断
USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE);
USART_Cmd(USART3, ENABLE);
// 初始化为接收模式
RS485_REC_MOD();
}
// USART3中断处理函数
void USART3_IRQHandler(void) {
u8 data = 0;
if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE)) {
USART_ClearITPendingBit(USART3, USART_IT_RXNE);
data = USART_ReceiveData(USART3);
// 重启定时器
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
TIM_SetCounter(TIM2, 0);
// 存储数据
modbus.recBuff[modbus.reccount++] = data;
modbus.recTime = 0;
// 启动定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
}
// 发送单个字节
void RS485_Send(u8 data) {
while (USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC) == RESET);
USART_SendData(USART3, data);
while (USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC) == RESET);
}
modbus.h
#ifndef __MODBUS_H__
#define __MODBUS_H__
#include "stm32f4xx.h"
// Modbus错误码定义
#define MODBUS_ERR_ILLEGAL_FUNCTION 0x01
#define MODBUS_ERR_ILLEGAL_ADDRESS 0x02
#define MODBUS_ERR_ILLEGAL_DATA 0x03
#define MODBUS_ERR_EXECUTION_ERROR 0x04
// Modbus功能码定义
#define MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REG 0x03
// 寄存器数量定义
#define REGISTER_COUNT 128
// Modbus数据结构
typedef struct{
u8 myAddr; // 本机设备地址
u8 recBuff[100]; // 接收缓冲区
u8 reccount; // 接收计数
u8 finishFlag; // 接收完成标志
u8 sendBuff[100]; // 发送缓冲区
u16 recTime; // 接收超时计时器
}__MODBUS;
// 外部变量声明
extern __MODBUS modbus;
extern u16 reg[REGISTER_COUNT];
// 函数声明
void Modbus_Init(void);
u16 CRC_16(u8 *PuchMsg, u32 UsDataLen);
void Modbus_Fun3(void);
void Modbus_Fun(void);
void Modbus_SendError(u8 errorCode);
#endif
modbus.c
#include "modbus.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"
#include "485.h"
__MODBUS modbus;
u16 reg[REGISTER_COUNT] = {0};
// CRC高位字节值表
const u8 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 u8 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
};
// CRC16校验函数
u16 CRC_16(u8 *PuchMsg, u32 UsDataLen) {
u8 CRCH = 0xFF; // 高CRC字节初始化
u8 CRCL = 0xFF; // 低CRC字节初始化
unsigned long uIndex; // CRC循环中的索引
while (UsDataLen--) { // 循环处理消息中的每个字节
uIndex = CRCH ^ *PuchMsg++; // 计算CRC
CRCH = CRCL ^ auchCRCHi[uIndex];
CRCL = auchCRCLo[uIndex];
}
return (CRCH << 8 | CRCL);
}
// 发送错误响应
void Modbus_SendError(u8 errorCode) {
u8 i = 0;
u16 crc;
// 构造错误响应报文
modbus.sendBuff[i++] = modbus.myAddr; // 设备地址
modbus.sendBuff[i++] = 0x80 | MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REG; // 错误功能码
modbus.sendBuff[i++] = errorCode; // 错误码
// 计算CRC校验
crc = CRC_16(modbus.sendBuff, i);
modbus.sendBuff[i++] = crc >> 8;
modbus.sendBuff[i++] = crc & 0xFF;
// 发送响应
RS485_SEND_MOD(); // 切换到发送模式
for (u8 j = 0; j < i; j++) {
RS485_Send(modbus.sendBuff[j]);
}
RS485_REC_MOD(); // 切换回接收模式
}
// 功能码03处理函数
void Modbus_Fun3(void) {
u8 i = 0;
u16 crc;
u16 start_add, len;
if (modbus.finishFlag == 0) {
return;
}
// 解析起始地址和寄存器数量
start_add = modbus.recBuff[2] << 8 | modbus.recBuff[3];
len = modbus.recBuff[4] << 8 | modbus.recBuff[5];
// 参数验证
if (len < 1 || len > 125) {
Modbus_SendError(MODBUS_ERR_ILLEGAL_DATA);
return;
}
if (start_add + len > REGISTER_COUNT) {
Modbus_SendError(MODBUS_ERR_ILLEGAL_ADDRESS);
return;
}
// 构造正常响应报文
modbus.sendBuff[i++] = modbus.myAddr; // 设备地址
modbus.sendBuff[i++] = MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REG; // 功能码
modbus.sendBuff[i++] = len * 2; // 数据字节数
// 填充寄存器数据
for (u8 j = 0; j < len; j++) {
modbus.sendBuff[i++] = reg[start_add + j] >> 8; // 高8位
modbus.sendBuff[i++] = reg[start_add + j] & 0xFF; // 低8位
}
// 计算CRC校验
crc = CRC_16(modbus.sendBuff, i);
modbus.sendBuff[i++] = crc >> 8;
modbus.sendBuff[i++] = crc & 0xFF;
// 发送响应
RS485_SEND_MOD(); // 切换到发送模式
for (u8 j = 0; j < i; j++) {
RS485_Send(modbus.sendBuff[j]);
}
RS485_REC_MOD(); // 切换回接收模式
}
// Modbus事务处理函数
void Modbus_Fun(void) {
u16 crc = 0;
u16 crc_val = 0;
if (modbus.finishFlag == 0) {
return;
}
// 计算CRC校验
crc = CRC_16(modbus.recBuff, modbus.reccount - 2);
crc_val = modbus.recBuff[modbus.reccount - 2] << 8 | modbus.recBuff[modbus.reccount - 1];
// CRC校验
if (crc_val == crc) {
// 地址校验
if (modbus.recBuff[0] == modbus.myAddr) {
// 功能码处理
if (modbus.recBuff[1] == MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REG) {
Modbus_Fun3();
} else {
Modbus_SendError(MODBUS_ERR_ILLEGAL_FUNCTION);
}
}
}
// 清空缓冲区
memset(modbus.recBuff, 0, sizeof(modbus.recBuff));
memset(modbus.sendBuff, 0, sizeof(modbus.sendBuff));
modbus.finishFlag = 0;
modbus.reccount = 0;
}
// Modbus初始化
void Modbus_Init(void) {
modbus.myAddr = 0x01; // 设置本机地址
USART3_485_Init(115200, 0); // 初始化485通信
// 初始化寄存器
for (u8 i = 0; i < REGISTER_COUNT; i++) {
reg[i] = i * 10; // 初始化值
}
}
main.c
#include "stm32f4xx.h"
#include "modbus.h"
#include "time.h"
#include "485.h"
int main() {
// 初始化系统时钟
SystemInit();
// 初始化定时器2（1ms中断，用于Modbus报文超时检测）
TIM2_Init(10, 8400); // 1ms中断
// 初始化Modbus
Modbus_Init();
printf("M4 Modbus Slave Ready\r\n");
// 主循环
while (1) {
// 处理Modbus事务
Modbus_Fun();
}
}
M3代码
time.h
#ifndef __TIME_H__
#define __TIME_H__
#include "stm32f10x.h"
// 函数声明
void TIM2_Init(u16 arr, u16 psc);
void TIM2_IRQHandler(void);
#endif
time.c
#include "time.h"
#include "modbus.h"
// TIM2初始化函数（用于Modbus报文超时检测）
void TIM2_Init(u16 arr, u16 psc) {
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
// 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
// 配置定时器
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = arr; // 重装载值
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = psc - 1; // 预分频值
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);
// 使能更新中断
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
// 配置NVIC
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; // 定时器2中断
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 抢占优先级
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 响应优先级
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; // 使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
// 初始禁用定时器
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
}
// TIM2中断处理函数
void TIM2_IRQHandler(void) {
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update)) {
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
modbus.recTime++;
// 8ms超时判断（约3.5个字符时间，用于报文结束判断）
if (modbus.recTime >= 8) {
modbus.finishFlag = 1; // 接收完成
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); // 禁用定时器
}
}
}
485.h
#ifndef __485_H__
#define __485_H__
#include "stm32f10x.h"
// 485控制引脚定义
#define RS485_EN_PORT GPIOA
#define RS485_EN_PIN GPIO_Pin_12
// 485模式切换宏
#define RS485_SEND_MOD() GPIO_SetBits(RS485_EN_PORT, RS485_EN_PIN)
#define RS485_REC_MOD() GPIO_ResetBits(RS485_EN_PORT, RS485_EN_PIN)
// 函数声明
void USART3_485_Init(u32 Bount);
void RS485_Send_Byte(u8 data);
void uart3_String(u8 *data, u32 len);
#endif
485.c
#include "485.h"
#include "modbus.h"
#include "time.h"
// 硬件连接：
// USART3_TX --- PB10 --- 发送引脚
// USART3_RX --- PB11 --- 接收引脚
// 485_EN --- PA12 --- 控制引脚
// USART3初始化函数
void USART3_485_Init(u32 Bount) {
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
// 使能时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
// 配置PB10为发送引脚
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
// 配置PB11为接收引脚
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
// 配置PA12为控制引脚
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
// 配置USART3
USART_InitStruct.USART_BaudRate = Bount;
USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
USART_Init(USART3, &USART_InitStruct);
// 配置中断
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
// 使能接收中断
USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE);
USART_Cmd(USART3, ENABLE);
// 初始化为接收模式
RS485_REC_MOD();
}
// USART3中断处理函数
void USART3_IRQHandler(void) {
u8 data = 0;
if (USART3->SR & 1 << 5) { // 检查是否是接收中断
USART3->SR &= ~(1 << 5); // 清除标志位
data = USART3->DR;
// 重启定时器
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
TIM2->CNT = 0;
// 存储数据
modbus.recBuff[modbus.reccount++] = data;
modbus.recTime = 0;
// 启动定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
}
// 发送字符串
void uart3_String(u8 *data, u32 len) {
RS485_SEND_MOD(); // 发送模式
while (len--) {
USART3->DR = *data;
while (!(USART3->SR & 1 << 6)) {
// 等待发送完成
}
data++;
}
RS485_REC_MOD(); // 接收模式
}
// 发送单个字节
void RS485_Send_Byte(u8 data) {
while (!(USART3->SR & 1 << 6));
USART3->DR = data;
while (!(USART3->SR & 1 << 6));
}
modbus.h
#ifndef __MODBUS_H__
#define __MODBUS_H__
#include "stm32f10x.h"
// Modbus错误码定义
#define MODBUS_ERR_ILLEGAL_FUNCTION 0x01
#define MODBUS_ERR_ILLEGAL_ADDRESS 0x02
#define MODBUS_ERR_ILLEGAL_DATA 0x03
#define MODBUS_ERR_EXECUTION_ERROR 0x04
// Modbus功能码定义
#define MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REG 0x03
// 寄存器数量定义
#define REGISTER_COUNT 128
// Modbus数据结构
typedef struct{
u8 myAddr; // 本机设备地址
u8 recBuff[100]; // 接收缓冲区
u8 reccount; // 接收计数
u8 finishFlag; // 接收完成标志
u8 sendBuff[100]; // 发送缓冲区
u16 recTime; // 接收超时计时器
}__MODBUS;
// 外部变量声明
extern __MODBUS modbus;
extern u16 reg[REGISTER_COUNT];
// 函数声明
void Modbus_Init(void);
u16 CRC_16(u8 *PuchMsg, u32 UsDataLen);
void Modbus_Fun3(void);
void Modbus_Fun(void);
void Modbus_SendError(u8 errorCode);
#endif
modbus.c
#include "modbus.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"
#include "485.h"
__MODBUS modbus;
u16 reg[REGISTER_COUNT] = {0};
// CRC高位字节值表
const u8 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 u8 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
};
// CRC16校验函数
u16 CRC_16(u8 *PuchMsg, u32 UsDataLen) {
u8 CRCH = 0xFF; // 高CRC字节初始化
u8 CRCL = 0xFF; // 低CRC字节初始化
unsigned long uIndex; // CRC循环中的索引
while (UsDataLen--) { // 循环处理消息中的每个字节
uIndex = CRCH ^ *PuchMsg++; // 计算CRC
CRCH = CRCL ^ auchCRCHi[uIndex];
CRCL = auchCRCLo[uIndex];
}
return (CRCH << 8 | CRCL);
}
// 发送错误响应
void Modbus_SendError(u8 errorCode) {
u8 i = 0;
u16 crc;
// 构造错误响应报文
modbus.sendBuff[i++] = modbus.myAddr; // 设备地址
modbus.sendBuff[i++] = 0x80 | MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REG; // 错误功能码
modbus.sendBuff[i++] = errorCode; // 错误码
// 计算CRC校验
crc = CRC_16(modbus.sendBuff, i);
modbus.sendBuff[i++] = crc >> 8;
modbus.sendBuff[i++] = crc & 0xFF;
// 发送响应
RS485_SEND_MOD(); // 切换到发送模式
for (u8 j = 0; j < i; j++) {
RS485_Send_Byte(modbus.sendBuff[j]);
}
RS485_REC_MOD(); // 切换回接收模式
}
// 功能码03处理函数
void Modbus_Fun3(void) {
u8 i = 0;
u16 crc;
u16 start_add, len;
if (modbus.finishFlag == 0) {
return;
}
// 解析起始地址和寄存器数量
start_add = modbus.recBuff[2] << 8 | modbus.recBuff[3];
len = modbus.recBuff[4] << 8 | modbus.recBuff[5];
// 参数验证
if (len < 1 || len > 125) {
Modbus_SendError(MODBUS_ERR_ILLEGAL_DATA);
return;
}
if (start_add + len > REGISTER_COUNT) {
Modbus_SendError(MODBUS_ERR_ILLEGAL_ADDRESS);
return;
}
// 构造正常响应报文
modbus.sendBuff[i++] = modbus.myAddr; // 设备地址
modbus.sendBuff[i++] = MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REG; // 功能码
modbus.sendBuff[i++] = len * 2; // 数据字节数
// 填充寄存器数据
for (u8 j = 0; j < len; j++) {
modbus.sendBuff[i++] = reg[start_add + j] >> 8; // 高8位
modbus.sendBuff[i++] = reg[start_add + j] & 0xFF; // 低8位
}
// 计算CRC校验
crc = CRC_16(modbus.sendBuff, i);
modbus.sendBuff[i++] = crc >> 8;
modbus.sendBuff[i++] = crc & 0xFF;
// 发送响应
RS485_SEND_MOD(); // 切换到发送模式
for (u8 j = 0; j < i; j++) {
RS485_Send_Byte(modbus.sendBuff[j]);
}
RS485_REC_MOD(); // 切换回接收模式
}
// Modbus事务处理函数
void Modbus_Fun(void) {
u16 crc = 0;
u16 crc_val = 0;
if (modbus.finishFlag == 0) {
return;
}
// 计算CRC校验
crc = CRC_16(modbus.recBuff, modbus.reccount - 2);
crc_val = modbus.recBuff[modbus.reccount - 2] << 8 | modbus.recBuff[modbus.reccount - 1];
// CRC校验
if (crc_val == crc) {
// 地址校验
if (modbus.recBuff[0] == modbus.myAddr) {
// 功能码处理
if (modbus.recBuff[1] == MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REG) {
Modbus_Fun3();
} else {
Modbus_SendError(MODBUS_ERR_ILLEGAL_FUNCTION);
}
}
}
// 清空缓冲区
memset(modbus.recBuff, 0, sizeof(modbus.recBuff));
memset(modbus.sendBuff, 0, sizeof(modbus.sendBuff));
modbus.finishFlag = 0;
modbus.reccount = 0;
}
// Modbus初始化
void Modbus_Init(void) {
modbus.myAddr = 0x01; // 设置本机地址
USART3_485_Init(115200); // 初始化485通信
// 初始化寄存器
for (u8 i = 0; i < REGISTER_COUNT; i++) {
reg[i] = i * 10; // 初始化值
}
}
main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "modbus.h"
#include "time.h"
#include "485.h"
int main() {
// 初始化定时器2（1ms中断，用于Modbus报文超时检测）
TIM2_Init(10, 7200); // 1ms中断
// 初始化Modbus
Modbus_Init();
printf("M3 Modbus Slave Ready\r\n");
// 主循环
while (1) {
// 处理Modbus事务
Modbus_Fun();
}
}
浙公网安备 33010602011771号