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探索STM32 Modbus RTU 主从机源码及其实践

news 2026/3/26 21:31:28

stm32modbus RTU包主从机源码，支持单个多个寄存器的写入和读取，有相应的上位机软件，代码注释详细可读性强

一、引言

在工业控制领域，Modbus RTU 协议是一种广泛应用的通信协议。今天咱们就来聊聊基于 STM32 的 Modbus RTU 包主从机源码，它不仅支持单个或多个寄存器的读写操作，还配备了相应的上位机软件，而且代码注释详细，可读性超强，对学习和实际项目开发都非常有帮助。

二、STM32 Modbus RTU 主从机源码剖析

（一）初始化部分

以 STM32F4 为例，首先要对串口进行初始化，因为 Modbus RTU 是基于串口通信的。

// 串口初始化函数 void USART_Init(void) { USART_InitTypeDef USART_InitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 使能GPIO时钟 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能串口时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); // PA9 (TX) 复用功能推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // PA10 (RX) 浮空输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 连接PA9到USART1_TX GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART1); // 连接PA10到USART1_RX GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART1); // 串口基本参数配置 USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // 使能串口 USART_Cmd(USART1, ENABLE); }

这段代码很清晰，先开启 GPIO 和串口的时钟，然后分别对串口的 TX 和 RX 引脚进行配置，TX 设为复用推挽输出，RX 设为浮空输入，并将引脚与 USART1 关联。最后配置串口的波特率、数据位、停止位、奇偶校验等参数并使能串口。

（二）Modbus RTU 协议处理部分

CRC 校验计算

CRC 校验在 Modbus RTU 里很关键，用来保证数据传输的准确性。

// CRC16 计算函数 unsigned short CRC16(unsigned char *buf, unsigned short len) { unsigned short crc = 0xFFFF; unsigned char i; while (len--) { crc ^= *buf++; for (i = 0; i < 8; i++) { if (crc & 0x0001) { crc >>= 1; crc ^= 0xA001; } else { crc >>= 1; } } } return crc; }

这里通过对传入的数据缓冲区和长度进行循环计算，每次将当前字节与 CRC 寄存器异或，然后根据最低位是否为 1 进行相应移位和异或操作，最终得到 CRC16 校验值。

读取寄存器操作

// 读取寄存器函数，支持单个或多个寄存器读取 void Modbus_ReadRegisters(unsigned char slaveAddr, unsigned short startReg, unsigned short numRegs, unsigned short *regs) { unsigned char txBuf[256]; unsigned char rxBuf[256]; unsigned short crc; // 构建读取寄存器请求帧 txBuf[0] = slaveAddr; txBuf[1] = 0x03; txBuf[2] = (unsigned char)(startReg >> 8); txBuf[3] = (unsigned char)(startReg & 0xFF); txBuf[4] = (unsigned char)(numRegs >> 8); txBuf[5] = (unsigned char)(numRegs & 0xFF); crc = CRC16(txBuf, 6); txBuf[6] = (unsigned char)(crc & 0xFF); txBuf[7] = (unsigned char)(crc >> 8); // 发送请求帧 for (int i = 0; i < 8; i++) { while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); USART_SendData(USART1, txBuf[i]); } // 等待接收响应帧 while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET); for (int i = 0; i < (2 + 2 * numRegs + 2); i++) { while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET); rxBuf[i] = USART_ReceiveData(USART1); } // 校验CRC unsigned short receivedCRC = (rxBuf[2 + 2 * numRegs] << 8) | rxBuf[2 + 2 * numRegs + 1]; unsigned short calculatedCRC = CRC16(rxBuf, 2 + 2 * numRegs); if (receivedCRC == calculatedCRC) { // 解析响应数据 for (int i = 0; i < numRegs; i++) { regs[i] = (rxBuf[3 + 2 * i] << 8) | rxBuf[4 + 2 * i]; } } }

这个函数首先构建读取寄存器的请求帧，包含从机地址、功能码（0x03 表示读取保持寄存器）、起始寄存器地址和寄存器数量，然后计算 CRC 并添加到帧尾。接着通过串口发送请求帧，等待接收响应帧，接收到后再次校验 CRC，若校验通过则解析出寄存器数据。

写入寄存器操作

// 写入单个寄存器函数 void Modbus_WriteSingleRegister(unsigned char slaveAddr, unsigned short regAddr, unsigned short regValue) { unsigned char txBuf[256]; unsigned short crc; // 构建写入单个寄存器请求帧 txBuf[0] = slaveAddr; txBuf[1] = 0x06; txBuf[2] = (unsigned char)(regAddr >> 8); txBuf[3] = (unsigned char)(regAddr & 0xFF); txBuf[4] = (unsigned char)(regValue >> 8); txBuf[5] = (unsigned char)(regValue & 0xFF); crc = CRC16(txBuf, 6); txBuf[6] = (unsigned char)(crc & 0xFF); txBuf[7] = (unsigned char)(crc >> 8); // 发送请求帧 for (int i = 0; i < 8; i++) { while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); USART_SendData(USART1, txBuf[i]); } }

对于写入单个寄存器，同样先构建请求帧，功能码为 0x06，包含从机地址、寄存器地址和要写入的值，计算 CRC 后通过串口发送出去。写入多个寄存器操作类似，只是功能码和数据帧格式稍有不同。

三、上位机软件

有了主从机源码，配套的上位机软件也很重要。常见的上位机软件可以用 Qt 或者 LabVIEW 来开发。以 Qt 为例，通过串口通信模块可以方便地与 STM32 进行数据交互。

// Qt 串口通信简单示例代码 #include <QtSerialPort/QSerialPort> #include <QtSerialPort/QSerialPortInfo> #include <QDebug> int main() { QSerialPort serial; serial.setPortName("COM1"); // 根据实际端口修改 serial.setBaudRate(QSerialPort::Baud9600); serial.setDataBits(QSerialPort::Data8); serial.setParity(QSerialPort::NoParity); serial.setStopBits(QSerialPort::OneStop); if (serial.open(QIODevice::ReadWrite)) { qDebug() << "串口打开成功"; QByteArray writeData = "Hello, STM32"; serial.write(writeData); QByteArray readData = serial.readAll(); qDebug() << "读取到的数据: " << readData; serial.close(); } else { qDebug() << "串口打开失败"; } return 0; }

这段 Qt 代码简单演示了如何打开串口、发送数据和读取数据。在实际的上位机软件中，会根据 Modbus RTU 协议构建更复杂的读写请求，并对返回的数据进行处理和显示，方便用户监控和控制从机设备。