C++ modbus串口通信

### 关于C++实现Modbus串口通信 在工业自动化领域，Modbus RTU是一种广泛使用的通信协议，尤其适用于串口通信场景。以下是基于C++实现Modbus RTU串口通信的一个完整示例及其关键技术点。 #### 1. 开发环境准备 为了实现Modbus RTU通信，可以使用Visual Studio 2022作为开发工具，并针对x86架构进行编译和运行[^1]。此外，还需要配置串口参数以匹配目标设备的要求，例如波特率、数据位、停止位以及校验方式等。 #### 2. Modbus RTU消息结构 Modbus RTU的消息遵循特定的帧格式，通常由以下几个部分组成： - **从机地址**：指定目标设备的唯一标识。 - **功能码**：定义操作类型（如读取输入寄存器、写单个线圈等）。 - **数据区**：包含实际的操作数据。 - **CRC校验码**：用于检测传输错误。 以下是一个典型的Modbus RTU请求帧示例[^5]: ```plaintext 01 03 00 00 00 0A B8 CA ``` 其中： - `01` 表示从机地址； - `03` 是功能码； - `00 00` 和 `00 0A` 定义起始地址和寄存器数量； - `B8 CA` 是计算得到的CRC校验值。 #### 3. CRC校验算法实现 在发送任何Modbus RTU消息之前，必须生成并附加CRC校验码。下面展示了一种常见的CRC-16校验函数实现： ```cpp #include <stdint.h> #include <vector> uint16_t calculateCRC(const std::vector<uint8_t>& data) { uint16_t crc = 0xFFFF; for (size_t i = 0; i < data.size(); ++i) { crc ^= static_cast<uint16_t>(data[i]); for (int j = 0; j < 8; ++j) { if (crc & 0x0001) { crc >>= 1; crc ^= 0xA001; } else { crc >>= 1; } } } return ((crc << 8) | (crc >> 8)) & 0xFFFF; } ``` 此函数接受一个字节向量作为输入，并返回对应的CRC-16校验值[^3]。 #### 4. 发送与接收消息 通过Windows API中的`CreateFile`、`WriteFile`和`ReadFile`函数可完成串口的打开、写入及读取操作。以下是一段简单的代码片段演示如何执行这些基本任务： ```cpp #include <windows.h> #include <iostream> #include <vector> void sendAndReceiveData(HANDLE hComm, const std::vector<uint8_t>& sendData) { DWORD bytesWritten, bytesRead; std::vector<uint8_t> receiveBuffer(256); // Write to serial port WriteFile(hComm, sendData.data(), sendData.size(), &bytesWritten, NULL); // Read from serial port Sleep(10); // Wait briefly before reading ReadFile(hComm, receiveBuffer.data(), receiveBuffer.size(), &bytesRead, NULL); // Output received data for (DWORD i = 0; i < bytesRead; ++i) { printf("%02X ", receiveBuffer[i]); } printf("\n"); } HANDLE openSerialPort(const char* portName) { HANDLE hComm = CreateFile(portName, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL); if (hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) { std::cerr << "Error opening serial port." << std::endl; exit(EXIT_FAILURE); } DCB dcbSerialParams = {0}; dcbSerialParams.DCBlength = sizeof(dcbSerialParams); GetCommState(hComm, &dcbSerialParams); dcbSerialParams.BaudRate = CBR_9600; dcbSerialParams.ByteSize = 8; dcbSerialParams.StopBits = ONESTOPBIT; dcbSerialParams.Parity = NOPARITY; SetCommState(hComm, &dcbSerialParams); COMMTIMEOUTS timeouts = {0}; timeouts.ReadIntervalTimeout = MAXDWORD; timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 0; timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 0; timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 50; timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 10; SetCommTimeouts(hComm, &timeouts); PurgeComm(hComm, PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR); return hComm; } ``` 上述代码提供了创建串口句柄的功能，并封装了发送和接收数据的过程[^1]。 #### 5. Qt框架下的实现选项 如果倾向于跨平台解决方案，则可以选择利用Qt框架来简化GUI设计的同时支持Modbus通信。具体而言，可以通过集成第三方库如QModbus轻松达成目的[^4]。 --- ###