標(biāo)題: 我的ModBus主機(jī)-UART篇 [打印本頁]
作者: qinlu123    時間: 2021-11-15 09:46
標(biāo)題: 我的ModBus主機(jī)-UART篇
眾所周知，ModBus從機(jī)很好實(shí)現(xiàn)，而主機(jī)就稍微麻煩一點(diǎn)。下面我將介紹這幾年來我用到的ModBus主機(jī)方案，既作為分享又作為一個記錄與總結(jié)。
談到ModBus就不得不說UART，UART作為ModBus協(xié)議的承載是整個ModBus通信的基礎(chǔ)。
UART的基本收發(fā)功能通過文件“UartDebug.c”和“UartDebug.h”來實(shí)現(xiàn)，首先來看“UartDebug.h”文件的內(nèi)容。
  1. #ifndef __UartDebug_H
  2. #define __UartDebug_H

  4. #include "Header.h"
  5. #include "usart.h"

  7. #define BUFMAX 32
  8. #define SLIENTTIME 5

  10. #define RE_DE1 PCout(1)
  11. #define RE_DE2 PFout(8)

  13. struct UartDebugMember
  14. {
  15.     void (*REDE)(uint8_t a);
  16.     UART_HandleTypeDef *Uart;
  17.     uint16_t *UartData;
  18.     uint8_t TransmitBuf[BUFMAX+1];
  19.     uint8_t ReceiveBuf[BUFMAX+1];
  20.     uint8_t RecPointClearEn;
  21.     uint8_t ReceivePoint;
  22.     uint8_t DataTimeCount;
  23.     uint8_t DataTimeCountEn;
  24.     uint8_t ReceiveFinish;
  25. };

  27. extern struct UartDebugMember U_D_Uart2,U_D_Uart3,U_D_Uart4,U_D_Uart7;

  29. void UartDebugInit(void);
  30. void DataReceive(struct UartDebugMember *UDM);
  31. void TimeCountReceive(struct UartDebugMember *UDM);
  32. void ClearRxData(struct UartDebugMember *UDM);
  33. void TransmitData(struct UartDebugMember *UDM,unsigned char *Buf,unsigned char Length);
  34. void SendString(struct UartDebugMember *UDM,char *String);
  35. void RS485_REDE_1(uint8_t a);
  36. void RS485_REDE_2(uint8_t a);
  37. void Null(uint8_t a);

  39. #endif
復(fù)制代碼

"Header.h"文件包含了基本的單片機(jī)信息，移植代碼的時候只需要將相應(yīng)的頭文件替換掉就可以了，本章最后會貼出"Header.h"的具體內(nèi)容。

“#define BUFMAX 32” 設(shè)置收發(fā)緩沖區(qū)的大��；
“#define SLIENTTIME 5” 總線靜默時間閾值，用于判斷該幀數(shù)據(jù)是否接收完畢；
“#define RE_DE1 PCout(1)”和“#define RE_DE2 PFout(8)”為RS485芯片收發(fā)控制IO；

下面將介紹“struct UartDebugMember”結(jié)構(gòu)體成員
“void (*REDE)(uint8_t a);” 該函數(shù)指針為RS485芯片收發(fā)控制函數(shù)；
“UART_HandleTypeDef *Uart;” 使用的UART端口，該成員涉及到底層若更換其他MCU或者使用其他庫函數(shù)需要作出相應(yīng)修改；
“uint16_t *UartData;” 串口接收到的一個字節(jié)；
“uint8_t TransmitBuf[BUFMAX+1];” 發(fā)送緩沖區(qū)；
“uint8_t ReceiveBuf[BUFMAX+1];” 接收緩沖區(qū)；
“uint8_t RecPointClearEn;” 接收字節(jié)數(shù)清零使能；
“uint8_t ReceivePoint;” 接收字節(jié)數(shù)；
“uint8_t DataTimeCount;” 當(dāng)前的總線靜默時間
“uint8_t DataTimeCountEn;” 當(dāng)前的總線靜默時間計時使能
“uint8_t ReceiveFinish;” 幀數(shù)據(jù)接收完成標(biāo)志

關(guān)于函數(shù)我們將在下面的"UartDebug.c"中進(jìn)行介紹。
  1. #include "UartDebug.h"

  3. struct UartDebugMember U_D_Uart2,U_D_Uart3,U_D_Uart4,U_D_Uart7;

  5. void UartDebugInit(void)
  6. {
  7.         U_D_Uart2.Uart = &huart2;
  8.         U_D_Uart2.UartData = &Rdata_UART2;
  9.         U_D_Uart2.REDE = Null;
  10.         HAL_UART_Receive_IT(U_D_Uart2.Uart,(uint8_t *)U_D_Uart2.UartData,1);
  11.         
  12.         U_D_Uart3.Uart = &huart3;
  13.         U_D_Uart3.UartData = &Rdata_UART3;
  14.         U_D_Uart3.REDE = Null;
  15.         HAL_UART_Receive_IT(U_D_Uart3.Uart,(uint8_t *)U_D_Uart3.UartData,1);
  16.         
  17.         U_D_Uart4.Uart = &huart4;
  18.         U_D_Uart4.UartData = &Rdata_UART4;
  19.         U_D_Uart4.REDE = RS485_REDE_1;
  20.         HAL_UART_Receive_IT(U_D_Uart4.Uart,(uint8_t *)U_D_Uart4.UartData,1);
  21.         
  22.         U_D_Uart7.Uart = &huart7;
  23.         U_D_Uart7.UartData = &Rdata_UART7;
  24.         U_D_Uart7.REDE = RS485_REDE_2;
  25.         HAL_UART_Receive_IT(U_D_Uart7.Uart,(uint8_t *)U_D_Uart7.UartData,1);
  26. }
  27. /*******************************************************************************
  28. *Function Name    : DataReceive
  29. *Input            :
  30. *Return           :
  31. *Description      : 串口接收數(shù)據(jù)
  32. *******************************************************************************/
  33. void DataReceive(struct UartDebugMember *UDM)
  34. {
  35.         if(UDM->RecPointClearEn)
  36.         {
  37.                 UDM->ReceivePoint=0;
  38.                 UDM->RecPointClearEn=0;
  39.         }
  40.         if(UDM->ReceivePoint<=BUFMAX)
  41.         {
  42.                 UDM->ReceiveBuf[UDM->ReceivePoint]=*(uint8_t *)UDM->UartData;
  43.                 UDM->ReceivePoint++;
  44.         }
  45.         UDM->DataTimeCount=0;
  46.         UDM->DataTimeCountEn=1;
  47.         HAL_UART_Receive_IT(UDM->Uart,(uint8_t *)UDM->UartData,1);
  48. }
  49. /*******************************************************************************
  50. *Function Name    : TimeCountReceive
  51. *Input            :
  52. *Return           :
  53. *Description      : 接收計時
  54. *******************************************************************************/
  55. void TimeCountReceive(struct UartDebugMember *UDM)
  56. {
  57.         if(!UDM->DataTimeCountEn)
  58.         {
  59.                 UDM->DataTimeCount=0;
  60.         }
  61.         /*需要根據(jù)波特率以及幀與幀之間的間隔時間調(diào)整觸發(fā)時間*/
  62.         else if(UDM->DataTimeCount > SLIENTTIME)
  63.         {
  64.                 UDM->ReceiveFinish=1;
  65.                 UDM->DataTimeCountEn=0;
  66.         }
  67.         else
  68.         {
  69.                 UDM->DataTimeCount++;
  70.         }
  71. }
  72. /*******************************************************************************
  73. *Function Name    : UartClearBuffer
  74. *Input            :
  75. *Return           :
  76. *Description      : 清除接收緩沖區(qū)
  77. *******************************************************************************/
  78. void ClearRxData(struct UartDebugMember *UDM)
  79. {
  80.         UDM->ReceivePoint=0;
  81.         UDM->RecPointClearEn=1;
  82.         UDM->ReceiveFinish=0;
  83. }
  84. /*******************************************************************************
  85. *Function Name    : TransmitData
  86. *Input            :
  87. *Return           :
  88. *Description      : 串口發(fā)送一幀數(shù)據(jù)
  89. *******************************************************************************/
  90. void TransmitData(struct UartDebugMember *UDM,unsigned char *Buf,unsigned char Length)
  91. {
  92.         unsigned char i;
  93.         UDM->REDE(1);
  94.         for(i=0;i<Length;i++)
  95.         {
  96.                 HAL_UART_Transmit(UDM->Uart,&Buf[i],1,1);
  97.         }
  98.         UDM->REDE(0);
  99.         HAL_UART_Receive_IT(UDM->Uart,(uint8_t *)UDM->UartData,1);
  100. }
  101. /*******************************************************************************
  102. *Function Name    : SendString
  103. *Input            :
  104. *Return           :
  105. *Description      : 串口發(fā)送字符串
  106. *******************************************************************************/
  107. void SendString(struct UartDebugMember *UDM,char *String)
  108. {
  109.         UDM->REDE(1);
  110.         while(*String!='\0')
  111.         {
  112.                 HAL_UART_Transmit(UDM->Uart,(uint8_t *)String,1,1);
  113.                 String++;
  114.         }
  115.         UDM->REDE(0);
  116.         HAL_UART_Receive_IT(UDM->Uart,(uint8_t *)UDM->UartData,1);
  117. }
  118. /**/
  119. void RS485_REDE_1(uint8_t a)
  120. {
  121.         if(a)
  122.         {
  123.                 RE_DE1 = 1;
  124.         }
  125.         else
  126.         {
  127.                 RE_DE1 = 0;
  128.         }
  129. }
  130. void RS485_REDE_2(uint8_t a)
  131. {
  132.         if(a)
  133.         {
  134.                 RE_DE2 = 1;
  135.         }
  136.         else
  137.         {
  138.                 RE_DE2 = 0;
  139.         }
  140. }
  141. void Null(uint8_t a)
  142. {

  144. }
復(fù)制代碼
“struct UartDebugMember U_D_Uart2,U_D_Uart3,U_D_Uart4,U_D_Uart7;” 因為電路板上使用了usart2、usart3、usart4、usart7，所以需要定義4個相應(yīng)的UartDebugMember 結(jié)構(gòu)體實(shí)體。
“void UartDebugInit(void)” 串口初始化，該函數(shù)涉及底層，若使用其他型號單片機(jī)或者使用其他庫函數(shù)需要作出相應(yīng)修改。這里使用的是HAL庫。
“void DataReceive(struct UartDebugMember *UDM)” 串口接收函數(shù)，該函數(shù)需要在串口接收中斷里調(diào)用如下所示。
  1. void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
  2. {
  3.   /* NOTE: This function should not be modified, when the callback is needed,
  4.            the HAL_UART_RxCpltCallback can be implemented in the user file
  5.    */
  6.         if(huart == U_D_Uart2.Uart)
  7.         {
  8.                 DataReceive(&U_D_Uart2);
  9.         }
  10.         if(huart == U_D_Uart3.Uart)
  11.         {
  12.                 DataReceive(&U_D_Uart3);
  13.         }
  14.         if(huart == U_D_Uart4.Uart)
  15.         {
  16.                 DataReceive(&U_D_Uart4);
  17.         }
  18.         if(huart == U_D_Uart7.Uart)
  19.         {
  20.                 DataReceive(&U_D_Uart7);
  21.         }
  22. }
復(fù)制代碼


該函數(shù)的功能一是將接收到的數(shù)據(jù)存進(jìn)接收緩沖區(qū)；二是將DataTimeCount清零以及將DataTimeCountEn置1，這點(diǎn)很重要。
“void TimeCountReceive(struct UartDebugMember *UDM)”該函數(shù)用來計算總線靜默時間和判斷幀數(shù)據(jù)接收是否完成，該函數(shù)需要每隔1ms執(zhí)行一次，如下所示。
  1. static void Task_1ms(void)
  2. {
  3.     TimeCountReceive(&U_D_Uart2);
  4.     TimeCountReceive(&U_D_Uart3);
  5.     TimeCountReceive(&U_D_Uart4);
  6.     TimeCountReceive(&U_D_Uart7);
  7. }
復(fù)制代碼

“void ClearRxData(struct UartDebugMember *UDM)”該函數(shù)用來清除接收緩沖區(qū)（其實(shí)僅清除的接收個數(shù)）和接收完成標(biāo)志，需要在數(shù)據(jù)處理完成后調(diào)用，具體用法會在后續(xù)章節(jié)中介紹。
“void TransmitData(struct UartDebugMember *UDM,unsigned char *Buf,unsigned char Length)”和“void SendString(struct UartDebugMember *UDM,char *String)”都是發(fā)送函數(shù)沒什么特別注意的地方。
“void RS485_REDE_1(uint8_t a)”、“void RS485_REDE_2(uint8_t a)”和“void Null(uint8_t a)”都是RS485芯片收發(fā)控制的函數(shù)，可以在“void UartDebugInit(void)”中看到“U_D_Uart2”和“U_D_Uart3”使用的是函數(shù)“Null”而“U_D_Uart4”和“U_D_Uart7”分別使用了函數(shù)“void RS485_REDE_1(uint8_t a)”和“void RS485_REDE_2(uint8_t a)”這是因為usart2和usart3連接的是RS232芯片而usart4和usart7連接的是RS485芯片。
至此UART篇就介紹完了，下面是"Header.h"的具體內(nèi)容。
  1. #ifndef __HEADER_H
  2. #define __HEADER_H

  4. #include "stm32f4xx_hal.h"
  5. #include "gpio_bool-M4.h"

  7. #endif
復(fù)制代碼
  1. #ifndef __GPIO_BOOL_H
  2. #define __GPIO_BOOL_H

  4. #include "stm32f4xx_hal.h"


  7. //位帶操作,實(shí)現(xiàn)51類似的GPIO控制功能
  8. //具體實(shí)現(xiàn)思想,參考<<CM3權(quán)威指南>>第五章(87頁~92頁).M4同M3類似,只是寄存器地址變了.
  9. //IO口操作宏定義
  10. #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
  11. #define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))
  12. #define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))
  13. //IO口地址映射
  14. #define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE+20) //0x40020014
  15. #define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE+20) //0x40020414
  16. #define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE+20) //0x40020814
  17. #define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE+20) //0x40020C14
  18. #define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE+20) //0x40021014
  19. #define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE+20) //0x40021414
  20. #define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE+20) //0x40021814
  21. #define GPIOH_ODR_Addr (GPIOH_BASE+20) //0x40021C14
  22. #define GPIOI_ODR_Addr (GPIOI_BASE+20) //0x40022014
  23. #define GPIOJ_ODR_ADDr (GPIOJ_BASE+20) //0x40022414
  24. #define GPIOK_ODR_ADDr (GPIOK_BASE+20) //0x40022814

  26. #define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE+16) //0x40020010
  27. #define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE+16) //0x40020410
  28. #define GPIOC_IDR_Addr (GPIOC_BASE+16) //0x40020810
  29. #define GPIOD_IDR_Addr (GPIOD_BASE+16) //0x40020C10
  30. #define GPIOE_IDR_Addr (GPIOE_BASE+16) //0x40021010
  31. #define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE+16) //0x40021410
  32. #define GPIOG_IDR_Addr (GPIOG_BASE+16) //0x40021810
  33. #define GPIOH_IDR_Addr (GPIOH_BASE+16) //0x40021C10
  34. #define GPIOI_IDR_Addr (GPIOI_BASE+16) //0x40022010
  35. #define GPIOJ_IDR_Addr (GPIOJ_BASE+16) //0x40022410
  36. #define GPIOK_IDR_Addr (GPIOK_BASE+16) //0x40022810

  38. //IO口操作,只對單一的IO口!
  39. //確保n的值小于16!
  40. #define PAout(n) BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n) //輸出
  41. #define PAin(n) BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n) //輸入

  43. #define PBout(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) //輸出
  44. #define PBin(n) BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n) //輸入

  46. #define PCout(n) BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n) //輸出
  47. #define PCin(n) BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n) //輸入

  49. #define PDout(n) BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n) //輸出
  50. #define PDin(n) BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n) //輸入

  52. #define PEout(n) BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n) //輸出
  53. #define PEin(n) BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n) //輸入

  55. #define PFout(n) BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n) //輸出
  56. #define PFin(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n) //輸入

  58. #define PGout(n) BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n) //輸出
  59. #define PGin(n) BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n) //輸入

  61. #define PHout(n) BIT_ADDR(GPIOH_ODR_Addr,n) //輸出
  62. #define PHin(n) BIT_ADDR(GPIOH_IDR_Addr,n) //輸入

  64. #define PIout(n) BIT_ADDR(GPIOI_ODR_Addr,n) //輸出
  65. #define PIin(n) BIT_ADDR(GPIOI_IDR_Addr,n) //輸入

  67. #define PJout(n) BIT_ADDR(GPIOJ_ODR_Addr,n) //輸出
  68. #define PJin(n) BIT_ADDR(GPIOJ_IDR_Addr,n) //輸入

  70. #define PKout(n) BIT_ADDR(GPIOK_ODR_Addr,n) //輸出
  71. #define PKin(n) BIT_ADDR(GPIOK_IDR_Addr,n) //輸入

  73. #endif
復(fù)制代碼

作者: 小蝸牛單片機(jī)    時間: 2022-1-4 14:14
留個腳印
作者: yinhw01    時間: 2022-1-15 11:26
努力學(xué)習(xí)一下，雖然對初學(xué)的我有點(diǎn)難
作者: 溫柔的郎    時間: 2022-1-31 13:34
樓主講了這么多，辛苦了��！
若能完美制作一個Modbus RTU主從站，配合著主從站例程講解，大家就能夠更好的理解樓主的Modbus了。
是對大家都科普，也是對樓主知識的驗證和提高！！
畢竟Modbus RTU在單片機(jī)里不容易做好的，能把這個做好，還是有2把刷子的，
作者: qhp777    時間: 2023-5-12 16:45
對初學(xué)的我有點(diǎn)難，工作需要啊
1
作者: 用戶名8    時間: 2024-1-23 16:31
樓主太有心了，寫的這么詳細(xì)，對學(xué)習(xí)很有用
作者: linlin1    時間: 2024-7-10 15:34
對初學(xué)的我有點(diǎn)難，請問這是哪個那個型號單片機(jī)呢
作者: qinlu123    時間: 2024-11-11 14:30
linlin1 發(fā)表于 2024-7-10 15:34
對初學(xué)的我有點(diǎn)難，請問這是哪個那個型號單片機(jī)呢

驅(qū)動是不分單片機(jī)的



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