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🗣 Wd提问: 单片机modbus主机程序

🤖 Ai回答:
Modbus 是一种常用的工业通信协议，常用于单片机（如 STM32、Arduino、51 单片机等）与外部设备（如传感器、PLC、变频器等）之间的数据交换。Modbus 有多种实现方式，包括 Modbus RTU 和 Modbus ASCII，其中 Modbus RTU 更为常见。

下面是一个基于 STM32 的 Modbus 主机程序示例（使用 HAL 库），并附上一个简单的 Modbus 主机轮询读取寄存器的代码框架。

✅ 一、Modbus 主机功能说明

Modbus 主机（Master）是发起请求的一方，通常通过串口（RS-485 或 RS-232）与从机（Slave）通信。常见的功能码包括：

`0x03`：读取输入寄存器（Read Input Registers）
`0x04`：读取保持寄存器（Read Holding Registers）
`0x06`：写单个寄存器（Write Single Register）
`0x10`：写多个寄存器（Write Multiple Registers）

✅ 二、硬件准备（以 STM32 为例）

STM32 开发板（如 STM32F103C8T6）
RS-485 收发模块（如 MAX232 或 MAX485）
串口连接到 Modbus 从机
波特率设置一致（如 9600, 8N1）

✅ 三、STM32 Modbus 主机程序结构

1、引入头文件和定义

c
include stm32f1xx_hal.h
include stdio.h
include string.h

// 定义 Modbus 帧结构体
typedef struct {
uint8_t address;
uint8_t function_code;
uint16_t start_address;
uint16_t quantity;
uint16_t data[32]; // 假设最多读取32个寄存器
} ModbusRequest;

// 接收缓冲区
define RX_BUFFER_SIZE 128
uint8_t rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE];
uint16_t rx_length = 0;

// 发送缓冲区
uint8_t tx_buffer[128];

2、初始化串口（USART）

c
UART_HandleTypeDef huart1;

void MX_USART1_UART_Init(void)
{
huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 9600;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
HAL_UART_Init(&huart1);
}

3、Modbus 请求帧构造函数（以读取保持寄存器为例）

c
void build_modbus_request(uint8_t slave_id, uint8_t function_code,
uint16_t start_addr, uint16_t num_regs, uint8_t *buffer)
{
buffer[0] = slave_id; // 从机地址
buffer[1] = function_code; // 功能码
buffer[2] = (start_addr 8); // 起始地址高位
buffer[3] = (start_addr & 0xFF); // 起始地址低位
buffer[4] = (num_regs 8); // 寄存器数量高位
buffer[5] = (num_regs & 0xFF); // 寄存器数量低位
// CRC 校验
uint16_t crc = modbus_crc(buffer, 6);
buffer[6] = (crc & 0xFF);
buffer[7] = (crc 8);
}

4、CRC 计算函数（Modbus RTU）

c
uint16_t modbus_crc(uint8_t *data, uint16_t length)
{
uint16_t crc = 0xFFFF;
for (uint16_t i = 0; i < length; i++) {
crc ^= (uint16_t)data[i];
for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {
if (crc & 0x0001) {
crc = (crc 1) ^ 0xA001;
} else {
crc = 1;
}
}
}
return crc;
}

5、发送 Modbus 请求

c
void send_modbus_request(uint8_t *request, uint16_t len)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, request, len, HAL_MAX_DELAY);
}

6、接收 Modbus 响应

c
void receive_modbus_response(uint8_t *response, uint16_t *len)
{
while (rx_length < 5) { // 至少接收5字节（地址+功能码+字节数+数据+CRC）
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rx_buffer + rx_length, 1);
rx_length++;
}

// 检查CRC
uint16_t expected_crc = (rx_buffer[rx_length 2] << 8) | rx_buffer[rx_length 1];
uint16_t actual_crc = modbus_crc(rx_buffer, rx_length 2);

if (expected_crc == actual_crc) {
memcpy(response, rx_buffer, rx_length);
*len = rx_length;
} else {
// CRC 错误处理
}
}

7、主循环（主程序）

c
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();

uint8_t request[8];
uint8_t response[128];
uint16_t response_len;

while (1) {
// 构造请求
build_modbus_request(0x01, 0x03, 0x0000, 0x0002, request);

// 发送请求
send_modbus_request(request, 8);

// 接收响应
receive_modbus_response(response, &response_len);

// 处理响应数据
if (response_len 5) {
uint8_t byte_count = response[2];
for (uint8_t i = 0; i < byte_count; i += 2) {
uint16_t value = (response[3 + i] << 8) | response[4 + i];
printf(Register %d: 0x%04X\n, i / 2, value);
}
}

HAL_Delay(1000); // 每秒读一次
}
}

✅ 四、注意事项

确保波特率、数据位、停止位、校验位与从机一致。
使用 RS-485 时注意方向控制（DE/RE 引脚）。
可使用 `HAL_UART_Receive_IT()` 实现中断接收，提高效率。
如果使用其他单片机（如 Arduino、ESP32、51 单片机），逻辑类似，但需要调整串口库。

✅ 五、参考资源

[Modbus 协议规范](https://www.modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1.1b3.pdf)
[STM32 HAL 库文档](https://www.st.com/en/embedded-software/stm32cube-embedded-software.html)
[Modbus RTU CRC 计算工具](https://www.circuitspecialists.com/blog/modbus-crc-calculator)

如果你有具体的单片机型号或开发环境（如 STM32、Arduino、ESP32、51 单片机等），我可以为你提供更详细的代码或优化建议。欢迎继续提问！

Ai作答

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