STM32 上实现 Modbus-RTU

STM32 上实现 Modbus-RTU ，最稳妥的是"裸机驱动 + 状态机"（资源小、实时性强）。

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一、方案选型（STM32 推荐）

方案	适用场景	评价
裸机状态机（推荐）	从站 / 简单主站	稳定、可控
FreeMODBUS	快速成型	但裁剪麻烦
libmodbus	Linux / 高端 MCU	❌ 不适合小 RAM
自己写全套	学习	⚠️ 易踩坑

工业现场：裸机 + 定时器 + UART 中断

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二、硬件与串口配置

1、硬件连接（RS485）

STM32 USART2
TX  ->  MAX485 DI
RX  ->  MAX485 RO
PB8 ->  MAX485 DE/RE

2、CubeMX 配置

参数	设置
Baudrate	9600 / 19200 / 115200
Word Length	8 Bits
Parity	None
Stop Bits	1
Mode	Asynchronous
USART Interrupt	Enable

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三、Modbus-RTU 核心规则

帧结构

[地址][功能码][数据...][CRC低][CRC高]

帧结束判定（关键）

RTU 必须用 3.5 个字符静默时间

波特率	3.5字符时间
9600	~4 ms
19200	~2 ms
115200	~0.35 ms

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四、CRC16 校验（查表法 ）

static const uint16_t crc_tab[] = {
    0x0000,0xC0C1,0xC181,0x0140,0xC301,0x03C0,0x0280,0xC241,
    // ...（完整表略）
};

uint16_t Modbus_CRC16(uint8_t *buf, uint16_t len)
{
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    while (len--)
        crc = (crc >> 8) ^ crc_tab[(crc ^ *buf++) & 0xFF];
    return crc;
}

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五、接收状态机

typedef enum {
    RX_IDLE,
    RX_RECEIVING,
    RX_DONE
} RxState;

volatile RxState rx_state = RX_IDLE;
volatile uint8_t rx_buf[256];
volatile uint8_t rx_len = 0;
volatile uint16_t idle_cnt = 0;

UART 接收中断

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart->Instance == USART2)
    {
        rx_state = RX_RECEIVING;
        idle_cnt = 0;
        HAL_UART_Receive_IT(&huart2, (uint8_t *)&rx_buf[rx_len++], 1);
    }
}

1ms 定时器中断（帧结束判定）

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2)
    {
        if (rx_state == RX_RECEIVING)
        {
            if (++idle_cnt >= 4)   // 3.5字符
            {
                rx_state = RX_DONE;
            }
        }
    }
}

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六、Modbus 从站处理（功能码 03 / 06）

uint16_t hold_reg[10] = {0};

void Modbus_Process(void)
{
    if (rx_state != RX_DONE) return;

    uint16_t crc_rx = (rx_buf[rx_len-1]<<8) | rx_buf[rx_len-2];
    if (Modbus_CRC16((uint8_t*)rx_buf, rx_len-2) != crc_rx)
    {
        rx_len = 0;
        rx_state = RX_IDLE;
        return;
    }

    if (rx_buf[0] != 0x01) goto exit;   // 地址不符

    switch (rx_buf[1])
    {
        case 0x03:  // 读保持寄存器
            Modbus_ReadHolding();
            break;
        case 0x06:  // 写单个寄存器
            Modbus_WriteSingle();
            break;
    }

exit:
    rx_len = 0;
    rx_state = RX_IDLE;
}

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七、功能码 03 示例（读寄存器）

void Modbus_ReadHolding(void)
{
    uint16_t addr = (rx_buf[2]<<8) | rx_buf[3];
    uint16_t cnt  = (rx_buf[4]<<8) | rx_buf[5];

    uint8_t tx[256];
    uint8_t i = 0;

    tx[i++] = 0x01;
    tx[i++] = 0x03;
    tx[i++] = cnt * 2;

    for (uint8_t j = 0; j < cnt; j++)
    {
        tx[i++] = hold_reg[addr + j] >> 8;
        tx[i++] = hold_reg[addr + j] & 0xFF;
    }

    uint16_t crc = Modbus_CRC16(tx, i);
    tx[i++] = crc & 0xFF;
    tx[i++] = crc >> 8;

    HAL_UART_Transmit(&huart2, tx, i, 100);
}

参考代码 stm32 实现Modbus-rtu www.youwenfan.com/contentcst/181948.html

八、调试与避坑指南

问题	原因
帧不完整	3.5字符时间不准
CRC 错	字节序反了
只收到一次	未重新开启接收中断
总线冲突	多从站地址重复
数据乱码	波特率不一致

调试工具：

• Modbus Poll
• USB-RS485 转换器
• 示波器看 3.5T 静默