基于STM32与RS485总线的串口通信

一、硬件架构设计

1. 硬件连接示意图

1STM32(F103C8T6)        MAX485芯片          LabVIEW PC
2-    -      
3USART1_TX → DI       → RO (MAX485)
4USART1_RX ← RO       → DI (MAX485)
5DE/RE → GPIOA.8      → DE/RE (控制)
6GND → GND
73.3V → VCC
8

2. 关键元器件选型

元件	型号	作用
MCU	STM32F103C8T6	主控芯片
RS485收发器	MAX485	电平转换
终端电阻	120Ω	抑制信号反射

二、STM32固件开发

1. USART初始化代码

1// USART1配置 (9600bps, 8N1)
2void USART1_Init(void) {
3    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
4    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
5
6    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
7    
8    // GPIO配置
9    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;  // TX
10    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
11    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
12    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
13
14    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; // RX
15    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
16    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
17
18    // USART配置
19    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 9600;
20    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
21    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
22    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
23    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
24    USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);
25    
26    // 使能接收中断
27    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
28    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
29}
30
31// RS485控制引脚配置
32#define RS485_DE_PIN  GPIO_Pin_8
33#define RS485_DE_PORT GPIOA
34
35void RS485_SetTxMode() {
36    GPIO_SetBits(RS485_DE_PORT, RS485_DE_PIN);
37}
38
39void RS485_SetRxMode() {
40    GPIO_ResetBits(RS485_DE_PORT, RS485_DE_PIN);
41}
42

2. 数据帧结构定义

1#define FRAME_HEADER  0xAA
2#define FRAME_TAIL    0x55
3
4typedef struct {
5    uint8_t header;    // 帧头
6    uint8_t addr;      // 设备地址
7    uint8_t cmd;       // 命令码
8    uint16_t data_len; // 数据长度
9    uint8_t *payload;  // 数据负载
10    uint8_t checksum;  // 校验和
11    uint8_t tail;      // 帧尾
12} RS485_Frame;
13

3. 数据收发实现

1// 发送数据函数
2void RS485_SendData(uint8_t *data, uint16_t len) {
3    RS485_SetTxMode();
4    HAL_UART_Transmit(&huart1, data, len, 1000);
5    RS485_SetRxMode();
6}
7
8// 中断接收处理
9void USART1_IRQHandler(void) {
10    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)) {
11        uint8_t byte = USART_ReceiveData(USART1);
12        // 实现环形缓冲区存储
13        ring_buffer_write(&rx_buf, byte);
14    }
15}
16

三、LabVIEW上位机开发

1. VISA串口配置

1[VISA Configure Serial Port]
2Resource Name: COM3
3Baud Rate: 9600
4Data Bits: 8
5Stop Bits: 1
6Parity: None
7Flow Control: None
8Termination Character: 0xA
9

2. 数据解析流程图

1[While Loop]
2│
3├─[VISA Read] → [Bytes at Port] → [Case Structure]
4│   │
5│   └─[Data Parsing]
6│       ├─[Check Header] → 0xAA?
7│       ├─[Extract Address] → [Compare Address]
8│       ├─[CRC Check] → [Compare Checksum]
9│       └─[Data Processing]
10│
11└─[VISA Write] → [Response Frame]
12

3. 关键VI模块

串口初始化VI：配置串口参数
数据发送VI：构建标准数据帧
数据解析VI：提取有效载荷
状态监控VI：显示通信状态

四、通信协议设计

1. 自定义协议规范

字段	长度	描述
Header	1字节	固定为0xAA
Addr	1字节	设备地址(0x01-0xFE)
Cmd	1字节	命令码(如0x10=读取数据)
DataLen	2字节	数据长度(大端格式)
Payload	N字节	有效数据
Checksum	1字节	前6字节累加和取低8位
Tail	1字节	固定为0x55

2. CRC校验实现

1uint8_t CalculateCRC(uint8_t *data, uint16_t len) {
2    uint8_t crc = 0;
3    for(uint16_t i=0; i<len; i++) {
4        crc ^= data[i];
5        for(uint8_t j=0; j<8; j++) {
6            crc = (crc & 0x80) ? (crc << 1) ^ 0x31 : crc << 1;
7        }
8    }
9    return crc;
10}
11

五、完整通信流程

初始化阶段 STM32配置USART和GPIO LabVIEW打开串口连接
数据发送流程

1LabVIEW → 构建帧 → 发送帧 → 等待ACK → 处理响应

数据接收流程

1STM32 → 接收数据 → 校验完整性 → 触发中断 → 存入缓冲区

参考代码 STM32+RS485串口通信，上位机是labview www.youwenfan.com/contentcsl/70326.html

六、工程文件结构

1STM32_RS485_Project/
2├── Src/
3│   ├── main.c
4│   ├── usart_driver.c
5│   └── crc.c
6├── Inc/
7│   ├── usart_driver.h
8│   └── crc.h
9├── LabVIEW/
10│   ├── Serial_Comm.vi
11│   └── Data_Parser.vi
12└── Hardware/
13    ├── schematic.pdf
14    └── gerber_files/
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七、扩展功能实现

Modbus协议封装

1void Modbus_SendRequest(uint16_t addr, uint8_t func, uint16_t reg) {  
2    uint8_t frame[8] = {0xAA, addr, func, 0x00, 0x02, 0x00, reg, 0x00};  
3    frame[6] = CalculateCRC(frame, 6);  
4    RS485_SendData(frame, 8);  
5}

多设备轮询

1[For Loop]  
2│  
3├─[Set Address] → 0x01 → 0x02 → 0x03  
4├─[Send Query] → [Read Data]  
5└─[Store Results]

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