设计一个详细的STM32F103R8T6的modbus协议

STM32F103R8T6是一款常用的ARM Cortex-M3型号的微控制器，支持多种通信协议，包括Modbus RTU协议。Modbus RTU协议是一种串行通信协议，通常用于工业自动化领域。下面是一个详细的STM32F103R8T6的Modbus RTU协议设计：

1. 硬件连接：

STM32F103R8T6的串口通信功能可连接到Modbus RTU网络。需要连接到Modbus RTU网络的引脚如下：

| 引脚 | 功能 |
| ---- | -------------- |
| PA9 | USART1_TX |
| PA10 | USART1_RX |
| PB6 | USART1_TX (重复) |
| PB7 | USART1_RX (重复) |

2. Modbus RTU协议帧格式：

Modbus RTU协议帧包含以下几个部分：

| 帧部分 | 长度 | 描述 |
| -------- | ---- | ------------------------------------------------------------ |
| 地址码 | 1 | Modbus RTU网络中设备的地址，用于标识通讯对象。 |
| 功能码 | 1 | 标识Modbus RTU协议中的读写操作。 |
| 数据 | N | 不同的功能码有不同的数据格式。 |
| 校验码 | 2 | 用于校验帧数据的完整性，使用CRC16算法。 |
| 结束符 | 2 | 固定为0x0D和0x0A，表示帧结束。 |

3. 实现Modbus RTU协议：

在STM32F103R8T6中，可以使用USART1串口来实现Modbus RTU通信。为了实现Modbus RTU协议，需要进行以下几个步骤：

1）配置USART1串口：

配置USART1串口的波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等参数。可以使用STM32CubeMX软件生成对应的代码。

2）解析Modbus RTU帧：

在USART1串口接收到数据后，需要对接收到的数据进行解析。首先需要判断接收到的数据是否为一个完整的Modbus RTU帧，如果是，则需要对帧中的地址码、功能码、数据和校验码进行解析。

3）处理Modbus RTU帧：

根据不同的功能码，处理Modbus RTU帧中的数据。例如，如果是读取数据，则需要从对应的寄存器中读取数据，并将数据打包成一个Modbus RTU帧返回给主机。

4）发送Modbus RTU帧：

在处理完Modbus RTU帧后，需要将数据打包成一个Modbus RTU帧发送给主机。需要注意的是，在发送Modbus RTU帧时，需要加上CRC16校验码和结束符0x0D和0x0A。

4. 示例代码：

以下是一个简单的Modbus RTU协议示例代码，用于读取STM32F103R8T6的ADC值：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include <string.h>

#define MODBUS_ADDRESS 0x01
#define MODBUS_READ_ADC 0x03
#define MODBUS_FRAME_SIZE 8

void modbus_parse_frame(uint8_t *frame, uint8_t size);
void modbus_process_frame(uint8_t *frame, uint8_t size);
void modbus_send_frame(uint8_t *frame, uint8_t size);

uint16_t adc_value;

int main(void)
{
    HAL_Init();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    /* USART1 GPIO Configuration */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    USART_HandleTypeDef huart1;

    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;
    huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    HAL_UART_Init(&huart1);

    while (1)
    {
        uint8_t rx_data[MODBUS_FRAME_SIZE];
        uint8_t rx_size = 0;

        if (HAL_UART_Receive(&huart1, rx_data, MODBUS_FRAME_SIZE, 1000) == HAL_OK)
        {
            modbus_parse_frame(rx_data, MODBUS_FRAME_SIZE);
        }

        uint16_t adc_raw_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        adc_value = (uint16_t)(((float)adc_raw_value / 4096.0) * 3300.0);

        uint8_t tx_data[MODBUS_FRAME_SIZE];
        tx_data[0] = MODBUS_ADDRESS;
        tx_data[1] = MODBUS_READ_ADC;
        tx_data[2] = (adc_value >> 8) & 0xFF;
        tx_data[3] = adc_value & 0xFF;

        modbus_send_frame(tx_data, MODBUS_FRAME_SIZE);
    }
}

void modbus_parse_frame(uint8_t *frame, uint8_t size)
{
    if (size != MODBUS_FRAME_SIZE)
    {
        return;
    }

    uint16_t crc_calc = 0xFFFF;
    for (int i = 0; i < size - 2; i++)
    {
        crc_calc ^= frame[i];
        for (int j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (crc_calc & 0x0001)
            {
                crc_calc = (crc_calc >> 1) ^ 0xA001;
            }
            else
            {
                crc_calc >>= 1;
            }
        }
    }

    uint16_t crc_received = frame[size - 2] | (frame[size - 1] << 8);
    if (crc_calc != crc_received)
    {
        return;
    }

    modbus_process_frame(frame, size);
}

void modbus_process_frame(uint8_t *frame, uint8_t size)
{
    if (frame[0] != MODBUS_ADDRESS)
    {
        return;
    }

    if (frame[1] != MODBUS_READ_ADC)
    {
        return;
    }

    uint16_t crc_calc = 0xFFFF;
    for (int i = 0; i < size - 2; i++)
    {
        crc_calc ^= frame[i];
        for (int j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (crc_calc & 0x0001)
            {
                crc_calc = (crc_calc >> 1) ^ 0xA001;
            }
            else
            {
                crc_calc >>= 1;
            }
        }
    }

    frame[size - 2] = crc_calc & 0xFF;
    frame[size - 1] = (crc_calc >> 8) & 0xFF;

    modbus_send_frame(frame, size);
}

void modbus_send_frame(uint8_t *frame, uint8_t size)
{
    uint16_t crc_calc = 0xFFFF;
    for (int i = 0; i < size - 2; i++)
    {
        crc_calc ^= frame[i];
        for (int j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (crc_calc & 0x0001)
            {
                crc_calc = (crc_calc >> 1) ^ 0xA001;
            }
            else
            {
                crc_calc >>= 1;
            }
        }
    }

    frame[size - 2] = crc_calc & 0xFF;
    frame[size - 1] = (crc_calc >> 8) & 0xFF;

    HAL_UART_Transmit(&huart1, frame, size, 1000);
}

以上代码仅为示例代码，需要根据实际应用进行修改。