基于STM32与RS485总线的串口通信

一、硬件架构设计

1. 硬件连接示意图

STM32(F103C8T6)        MAX485芯片          LabVIEW PC
-    -      
USART1_TX → DI       → RO (MAX485)
USART1_RX ← RO       → DI (MAX485)
DE/RE → GPIOA.8      → DE/RE (控制)
GND → GND
3.3V → VCC

2. 关键元器件选型

元件	型号	作用
MCU	STM32F103C8T6	主控芯片
RS485收发器	MAX485	电平转换
终端电阻	120Ω	抑制信号反射

二、STM32固件开发

1. USART初始化代码

// USART1配置 (9600bps, 8N1)
void USART1_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // GPIO配置
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;  // TX
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; // RX
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // USART配置
    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);
    
    // 使能接收中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

// RS485控制引脚配置
#define RS485_DE_PIN  GPIO_Pin_8
#define RS485_DE_PORT GPIOA

void RS485_SetTxMode() {
    GPIO_SetBits(RS485_DE_PORT, RS485_DE_PIN);
}

void RS485_SetRxMode() {
    GPIO_ResetBits(RS485_DE_PORT, RS485_DE_PIN);
}

2. 数据帧结构定义

#define FRAME_HEADER  0xAA
#define FRAME_TAIL    0x55

typedef struct {
    uint8_t header;    // 帧头
    uint8_t addr;      // 设备地址
    uint8_t cmd;       // 命令码
    uint16_t data_len; // 数据长度
    uint8_t *payload;  // 数据负载
    uint8_t checksum;  // 校验和
    uint8_t tail;      // 帧尾
} RS485_Frame;

3. 数据收发实现

// 发送数据函数
void RS485_SendData(uint8_t *data, uint16_t len) {
    RS485_SetTxMode();
    HAL_UART_Transmit(&huart1, data, len, 1000);
    RS485_SetRxMode();
}

// 中断接收处理
void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)) {
        uint8_t byte = USART_ReceiveData(USART1);
        // 实现环形缓冲区存储
        ring_buffer_write(&rx_buf, byte);
    }
}

三、LabVIEW上位机开发

1. VISA串口配置

[VISA Configure Serial Port]
Resource Name: COM3
Baud Rate: 9600
Data Bits: 8
Stop Bits: 1
Parity: None
Flow Control: None
Termination Character: 0xA

2. 数据解析流程图

[While Loop]
│
├─[VISA Read] → [Bytes at Port] → [Case Structure]
│   │
│   └─[Data Parsing]
│       ├─[Check Header] → 0xAA?
│       ├─[Extract Address] → [Compare Address]
│       ├─[CRC Check] → [Compare Checksum]
│       └─[Data Processing]
│
└─[VISA Write] → [Response Frame]

3. 关键VI模块

1. 串口初始化VI：配置串口参数
2. 数据发送VI：构建标准数据帧
3. 数据解析VI：提取有效载荷
4. 状态监控VI：显示通信状态

四、通信协议设计

1. 自定义协议规范

字段	长度	描述
Header	1字节	固定为0xAA
Addr	1字节	设备地址(0x01-0xFE)
Cmd	1字节	命令码(如0x10=读取数据)
DataLen	2字节	数据长度(大端格式)
Payload	N字节	有效数据
Checksum	1字节	前6字节累加和取低8位
Tail	1字节	固定为0x55

2. CRC校验实现

uint8_t CalculateCRC(uint8_t *data, uint16_t len) {
    uint8_t crc = 0;
    for(uint16_t i=0; i<len; i++) {
        crc ^= data[i];
        for(uint8_t j=0; j<8; j++) {
            crc = (crc & 0x80) ? (crc << 1) ^ 0x31 : crc << 1;
        }
    }
    return crc;
}

五、完整通信流程

1. 初始化阶段 STM32配置USART和GPIO LabVIEW打开串口连接

2. 数据发送流程

   LabVIEW → 构建帧 → 发送帧 → 等待ACK → 处理响应
   

3. 数据接收流程

   STM32 → 接收数据 → 校验完整性 → 触发中断 → 存入缓冲区
   

参考代码 STM32+RS485串口通信，上位机是labview www.youwenfan.com/contentcnj/70326.html

六、工程文件结构

STM32_RS485_Project/
├── Src/
│   ├── main.c
│   ├── usart_driver.c
│   └── crc.c
├── Inc/
│   ├── usart_driver.h
│   └── crc.h
├── LabVIEW/
│   ├── Serial_Comm.vi
│   └── Data_Parser.vi
└── Hardware/
    ├── schematic.pdf
    └── gerber_files/

七、扩展功能实现

1. Modbus协议封装

   void Modbus_SendRequest(uint16_t addr, uint8_t func, uint16_t reg) {
       uint8_t frame[8] = {0xAA, addr, func, 0x00, 0x02, 0x00, reg, 0x00};
       frame[6] = CalculateCRC(frame, 6);
       RS485_SendData(frame, 8);
   }
   

2. 多设备轮询

   [For Loop]
   │
   ├─[Set Address] → 0x01 → 0x02 → 0x03
   ├─[Send Query] → [Read Data]
   └─[Store Results]