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通过RS485进行modbus通讯协议

2023-10-30

一、协议介绍：

普通串口挂载485芯片，使用modbus协议来传递信息。

modbus 也有ASCII和 RTU之分，这是他们之间的区别：

协议 开始标记 结束标记 校验 传输效率 程序处理
ASCII :（冒号） CR,LF LRC 低 直观，简单，易调试
RTU 无 无 CRC 高 稍复杂

在Modbus协议标准中，RTU是必须要求的，而ASCII是可选项，即作为一个Modbus通信设备可以只支持RTU，也可以同时支持RTU和ASCII，但不能只支持ASCII。综合考量，这次我们采用RTU方式.

主机询问：

地址吗 功能吗 起始地址 读取长度 循环检验
01 03    00    00           00  03   05    cb

注意读取长度的单位是寄存器，是两个字节，而从机返回的长度是字节数

从机相应：
        

地址吗 功能吗 长度 数据 循环检验
01  03   06     

03 ff  02 c3  00 20 

 c5    0e

  功能码03就是读取保持寄存器的代码，还有很多，以后用到再来总结。

二、485自收发电路

三、程序解读

 crc16冗余校验：（查表法，效率高、快）

unsigned int GetCRC16(unsigned char *ptr,  unsigned char len)
{ 
    unsigned int index;
    unsigned char crch = 0xFF;  //高CRC字节
    unsigned char crcl = 0xFF;  //低CRC字节
    unsigned char code TabH[] = {  //CRC高位字节值表
        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  
    } ;  
    unsigned char code TabL[] = {  //CRC低位字节值表
        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  
    } ;
 
    while (len--)  //计算指定长度的CRC
    {
        index = crch ^ *ptr++;
        crch = crcl ^ TabH[index];
        crcl = TabL[index];
    }
    
    return ((crch<<8) | crcl);  
}

串口中断：

  接收缓存和接收长度都是全局的

void InterruptUART() interrupt 8  //UART2中断服务函数
{
	if (RI2)  //接收到字节
    {
        CLR_RI2();                   //手动清零接收中断标志位
        if (cntRxd < sizeof(bufRxd)) //接收缓冲区尚未用完时，
        {
            bufRxd[cntRxd++] = S2BUF; //保存接收字节，并递增计数器
        }
	}
	if (TI2)  //字节发送完毕
    {
        CLR_TI2();        //手动清零发送中断标志位
        flagOnceTxd = 1;  //设置单次发送完成标志
	}
}

监控是否接收完完整的一帧：

看上一次执行到此的长度与自此的长度是否一样，一样就说明可能接收完成，超过一段时间还是一样就认为接收完成，就需要解析了

void uart2_rx_monitor()  //串口接收监控函数
{
    static unsigned char cntbkp = 0;
    static unsigned char idletmr = 0;

    if (cntRxd > 0)  //接收计数器大于零时，监控总线空闲时间
    {
        if (cntbkp != cntRxd)  //接收计数器改变，即刚接收到数据时，清零空闲计时
        {
            cntbkp = cntRxd;
            idletmr = 0;
        }
        else
        {
            if (idletmr < 4)  //接收计数器未改变，即总线空闲时，累积空闲时间
            {
                idletmr++;
                if (idletmr >= 4)  //空闲时间超过4个字节传输时间即认为一帧命令接收完毕
                {
                    cmdArrived = 1; //设置命令到达标志
                }
                else
                {
                    delay_100us();
                }
            }
        }
    }
    else
    {
        cntbkp = 0;
    }
}

解析：

看命令到达标志判断是否接收完成，也可以在监控函数中判断接收完成后直接调用不再用命令到达标志。

void uart2_driver() //串口驱动函数，检测接收到的命令并执行相应动作
{
    unsigned char i;
    unsigned char cnt;
    unsigned char len;
    unsigned char idata buf[60];
    //unsigned char str[4];
    unsigned int  crc;
    unsigned char crch, crcl;
    unsigned char state[6];   //寄存器地址,把左光敏、右光敏、flag状态依次存到此数组中
    if (cmdArrived) //有命令到达时，读取处理该命令
    {
        cmdArrived = 0;
        len = UartRead(buf, sizeof(buf)); //将接收到的命令读取到缓冲区中
        if (buf[0] == MODBUS_ADDR)  //核对地址以决定是否响应命令，本例中的本机地址为0x01
        {
            crc = GetCRC16(buf, len-2); //计算CRC校验值
            crch = crc >> 8;
            crcl = crc & 0xFF;
            if ((buf[len-2] == crch) && (buf[len-1] == crcl)) //判断CRC校验是否正确
            {
                store_state(state);   //把信息存入
                switch (buf[1]) //按功能码执行操作
                {
                    case 0x03:  //读取一个或连续的寄存器
                        if ((buf[2] == 0x00) && (buf[3] == 0x00)) //从0x00开始读取
                        {
                            i = buf[3];      //提取寄存器地址
                            cnt = buf[5]*2;    //提取待读取的字节数量
                            buf[2] = cnt;  //读取数据的字节数，为寄存器数*2，因Modbus定义的寄存器为16位
                            len = 3;
                            while (cnt--)
                            {
                                //buf[len++] = 0x00;          //寄存器高字节补0
                                buf[len++] = state[i++]; //寄存器低字节
                            }     
                        }
                        else  //寄存器地址不被支持时，返回错误码
                        {
                            buf[1] = 0x83;  //功能码最高位置1
                            buf[2] = 0x02;  //设置异常码为02-无效地址
                            len = 3;
                        }
                        break;
                    default:  //其它不支持的功能码
                        buf[1] |= 0x80;  //功能码最高位置1
                        buf[2] = 0x01;   //设置异常码为01-无效功能
                        len = 3;
                        break;
                }
                crc = GetCRC16(buf, len); //计算CRC校验值
                buf[len++] = crc >> 8;    //CRC高字节
                buf[len++] = crc & 0xFF;  //CRC低字节
                uart2_write(buf, len);      //发送响应帧
            }
        }
    }
}

主函数中只要调用  uart2_driver()  和  uart2_rx_monitor() 即可

此外，在进行数据分解为高八位和第八位时有两种方法：

切记，是256不是255！！！！

void main()
{
    unsigned short num = 1023;
    unsigned char numH, numL;
    //方法一：
    numH = num / 256;   //高八位
    numL = num % 256;   //低八位
    printf("%d\n", (numH << 8) + numL);

    //方法二：
    numH = num >> 8;    //高八位
    numL = num & 0xff;  //低八位
    printf("%d\n", (numH << 8) + numL);
}

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