MODBUS协议介绍，通过MODBUS协议控制伺服电机工作

news2024/10/12 13:30:28

1.前言

modbus协议本身的介绍，请大家自行查阅资料。本文简单介绍一下如何通过MODBUS协议组装控制指令。

最近搞了一个项目，要驱动伺服电机工作。通过下位机STM32 407 100封脚给伺服电机发控制指令。电机和下位机之前的通信采用RS485串口通信，发送和接收数据的格式使用是MODBUS协议。

2.前言

2.1 读寄存器

分为读寄存器，即从电机的寄存器里面读值，来获得一些电机的运行状态信息等。

读寄存器的格式地址：功能码：寄存器地址：读寄存器个数：CRC校验
在这里插入图片描述

2.1 写寄存器

写寄存器，即通过往电机的寄存器里面写值，然后再通过电机内部的控制算法，控制电机运转。
写寄存器的格式，分为写单个寄存器和多个寄存器。
写单个寄存器：
地址：功能码：寄存器地址：写入数值：CRC校验
在这里插入图片描述

写多个寄存器：
地址：功能码：需要写的第一个寄存器地址：写入个数：字节数：写入数值：CRC校验

在这里插入图片描述
需要注意，这些指令都是以16进制的形式存在的。
当组装指令时，需要根据前面组装的指令数据，生成CRC校验码。

这里提供两种生成CRC16校验码的代码，一个是动态生成，空间复杂度小，但负载大。另一个静态生成，空间复杂度大，负载小。
动态：

//MODBUS-RTU协议使用的CRC16算法
uint16_t modbus_crc16(uint8_t* data, uint16_t size)
{
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    for (uint16_t i = 0; i < size; ++i)
    {
        crc ^= (*data++);
        for (uint8_t b = 0; b < 8; ++b)
        {
            if (!(crc & 0x1))
                crc >>= 1;
            else
            {
                crc >>= 1;
                crc ^= 0xA001;
            }
        }
    }
    return crc;
}

静态：

// 查表法计算CRC，速度快，空间复杂度大
static const uint8_t aucCRCHi[] = {
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
	0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
	0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
};
static const uint8_t aucCRCLo[] = {
	0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7,
	0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E,
	0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9,
	0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC,
	0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
	0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32,
	0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D,
	0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38,
	0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF,
	0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
	0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1,
	0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4,
	0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB,
	0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA,
	0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
	0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0,
	0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97,
	0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E,
	0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89,
	0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
	0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83,
	0x41, 0x81, 0x80, 0x40
};
uint16_t CRC16_Modbus(uint8_t *pucFrame, uint8_t usLen)
{
	uint8_t  ucCRCHi = 0xFF;
	uint8_t  ucCRCLo = 0xFF;
	int iIndex;
	while (usLen--)
	{
		iIndex = ucCRCLo ^ *(pucFrame++);
		ucCRCLo = (uint8_t)(ucCRCHi ^ aucCRCHi[iIndex]);
		ucCRCHi = aucCRCLo[iIndex];
	}
	return (uint16_t)(ucCRCHi << 8 | ucCRCLo);
}

另外提供一个把16进制数字组成的字符串，计算其CRC校验码的程序：

uint16_t hexStringToCRC16(const char* hexStr) {
    size_t len = strlen(hexStr);
    if (len % 2 != 0) {
        fprintf(stderr, "Hex string must have an even number of characters.\n");
    }

    size_t dataLen = len / 2;
//	printf("dataLen =%d\n", dataLen);
    uint8_t* data = (uint8_t*)malloc(sizeof(uint8_t) * dataLen + 4);
    if (!data) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed.\n");
    }

    // Convert hex string to binary data  
	
    for (size_t i = 0; i < len; i += 2) {
        sscanf(&hexStr[i], "%2hhx", &data[i / 2]);
    }
	
    // Calculate CRC-16 of the binary data  
    uint16_t crc = CRC16_Modbus(data, dataLen);

    // Free the allocated memory  
    free(data);

	data = NULL; //释放之后指向空，防止野指针

    return crc;
}