STM32 与上位机 Modbus 协议的通信方法
本文介绍了基于 Modbus 协议的 PC 上位机与 STM32 下位机之间的通信方法。该方法通过设计 RS-485 通信电路和 STM32 的软件设计实现了步进电机控制器与 PC 之间的数据交换。
Modbus 协议是一种标准化的工业总线协议，具有开放性和紧凑的帧格式，使通信更加安全可靠。Modbus 协议包括主站和从站两部分，在时间相同的情况下，总线上只可连接一个主站，相同的串行总线上可连接一个或多个从站（最大数量为 247）。Modbus 通信总是由主站发起，从站若未收到主站发出的请求，则从站不会有数据发出到主站。
在本文中，STM32 微控制器作为下位机，采用 RS-485 通信协议，以确保数据的正确传输。RS-485 协议的全称是 TIA/EIA-485 串行通讯标准，主要的技术上的进步是采用差分传输方式，采用 2 线制的接线方式，差分信号采用负逻辑，这样的信号差分传输大幅增加了信号误差容限，增强了抗干扰能力。
在 Modbus 协议中，报文的组成部分包括地址码、功能码和数据区。地址码表明设置的从站的地址，每个从站都必须有唯一的地址码，从站接收主站发送的数据前和主站接收从站响应回复的数据前，只有地址码符合才能接收，否则丢弃。功能码当报文由主站向从站发送时，从站执行的操作根据功能码来判断。主站在收到从站的响应报文时，若主站接收到的功能码与从站之前接收的功能码相同，表明从站已响应主站请求并进行操作。
在本文中，我们使用 RTU 传输模式，因为 RTU 模式的效率比 ASCII 模式的效率高。在 RTU 模式中，有两个 4 位的 16 进制字符包含在报文的每个 8 位字节中。 Modbus 协议的报文组成部分如表 1 所示。
本文设计了一种基于 Modbus 协议的 PC 上位机与 STM32 下位机之间的通信方法，实现了步进电机控制器与 PC 之间的数据交换，为基于 Modbus 协议的上、下位机通信系统提供了参考。
此外，本文还介绍了 STM32 微控制器的特点和 RS-485 通信接口电路的设计。STM32 微控制器具有高性能、低功耗、灵活的可配置的静态存储器控制器 FSMC，支持对 PC/FC 卡、SRAM、PSRAM 以及 NAND 和 NOR 类型 Flash 的数据读写，时序可编程。它还具有功能强大的外设，提供了最多可达两个 I2C 接口、3 个 SPI 接口和 5 个 USART 接口，还带有两个 12 位的 ADC，一个 12 位有两个通道的 DAC，11 个计时器（16 位）等。
本文的研究结果为基于 Modbus 协议的上、下位机通信系统提供了参考，为步进电机控制系统的设计和实现提供了依据。
