STM32F0使用LL库实现Modbus通讯

　　在本次项目中，限于空间要求我们选用了STM32F030F4作为控制芯片。这款MCU不但封装紧凑，而且自带的Flash空间也非常有限，所以我们选择了LL库实现。本篇将说明基于LL实现USART通讯。

1、概述

　　我们想要实现基于RS485的Modbus通讯实际就是基于USART的通讯。USART使用可编程波特率发生器提供非常广泛的波特率范围。根据不同配置可以实现我们不同的串行通讯应用需求。其结构图如下：

　　我们在USART基础上实现一个Modbus的从站应用，所以我们对于接收采用中断接收，而对于发送则根据接收到的信息做出反馈。所以我们要根据接收状态和发送状态来确定我们的操作。

2、USART配置

　　在实现之前，我们来了解一下满足前述的需求，我们应该做哪些配置。主要有2个寄存器需要注意：控制寄存器1（USART_CR1）和波特率寄存器（USART_BRR）。

　　首先我们还是来看一看控制寄存器1（USART_CR1）。其中RXNEIE（RXNE中断使能）、TE（发送使能）、RE（接收使能）、UE（USART使能）等位是需要我们注意的。该寄存器的结构如下：

　　在控制寄存器1（USART_CR1）中，RXNEIE（RXNE中断使能）被置位后，只要USART_ISRORE=1或者RXNE=1就会产生该中断。接下来我们看一看波特率寄存器（USART_BRR），其结构如下：

　　对于波特率寄存器（USART_BRR），顾名思义就是设置波特率。但波特率的值不是随意设置，有一套计算方法，可以查看STM的手册。

3、软件实现

　　接下来我们在软件上实现我们的应用。我们先看USART配置，我们将其配置为我们需要的参数，并将其配置为中断接收模式。具体代码如下：

/*配置上位通讯串口*/

static void Comm_UART_Configuration(void)

{

LL_USART_InitTypeDef USART_InitStruct = {0};

LL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

/* 使能相关外设时钟 */

LL_APB1_GRP2_EnableClock(LL_APB1_GRP2_PERIPH_USART1);

LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOA);

/* USART1 GPIO 配置：PA2   ------> USART1_TX

PA3   ------> USART1_RX  */

GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_2;

GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_ALTERNATE;

GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;

GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;

GPIO_InitStruct.Alternate = LL_GPIO_AF_1;

LL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_3;

GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_ALTERNATE;

GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;

GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;

GPIO_InitStruct.Alternate = LL_GPIO_AF_1;

LL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

/* USART1中断初始化 */

NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 1);

NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

/* USART1端口配置 */

USART_InitStruct.BaudRate = 115200;

USART_InitStruct.DataWidth = LL_USART_DATAWIDTH_8B;

USART_InitStruct.StopBits = LL_USART_STOPBITS_1;

USART_InitStruct.Parity = LL_USART_PARITY_NONE;

USART_InitStruct.TransferDirection = LL_USART_DIRECTION_TX_RX;

USART_InitStruct.HardwareFlowControl = LL_USART_HWCONTROL_NONE;

USART_InitStruct.OverSampling = LL_USART_OVERSAMPLING_16;

LL_USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);

LL_USART_DisableIT_CTS(USART1);

LL_USART_ConfigAsyncMode(USART1);

LL_USART_Enable(USART1);

LL_USART_EnableIT_RXNE(USART1);

}

　　大部分配置都可通过初始化函数来实现，有一些需同过专门的LL库函数实现。配置完成后寄存器的状态如下图所示。

　　我们配置的波特率是115200，其在寄存器中的配置为1A1，关于波特率的配置问题可以查看相关资料。另外我们还需要编写一个接收中断的服务函数。

/*数据接收中断处理函数,添加到USART1中断响应函数中*/

void USART1_ReceiveDataHandle(void)

{

if(rxLength>=RECEIVEDATALENGTH)

{

rxLength=0;

}

/*接收寄存器为空,等待字节被对应的串口完全接收*/

if(LL_USART_IsActiveFlag_RXNE(USART1))

{

uint8_t rData;

/*获取接收到的字节*/

rData=LL_USART_ReceiveData8(USART1);

rxBuffer[rxLength++] = rData;

}

if(LL_USART_IsActiveFlag_ORE(USART1))

{

LL_USART_ClearFlag_ORE(USART1);

}

}

　　需要注意的是需要添加ORE溢出标志的检测，确保每次的接收中断都是有效的。

4、总结

　　最后我们来测试一下我们的代码。将相关项目下载到目标板并采用两种监测方式查看结果。首先接到PC机的串口，在上位中使用Modscan来查看，其结果如下：

　　然后通过J-Link在线调试监控数据通讯，其结果如下：

　　上图中，上部是我们的物理量数据，而下面是接收到的上位下发的读取保持寄存器的Modbus报文。结合前一张图，很明显收发都是正确的。

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