Modbus協議是MODICON公司1979年為自己的PLC產品而推出的一個開放式現場總線通信協議，是應用于電子控制器上的一種通用語言，是一種有效支持控制器之間以及控制器經網絡(如以太網)與其他設備之間通信的協議，現已成為一種通用工業標準，不同廠商生產的控制設備可以通過該協議連成工業網絡，集中監控。

　　Modbus協議定義了一種通用的消息結構，描述了控制器請求訪問其他設備的一個過程，包括如何回應來自其他設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄，并制定了消息域和內容的公共格式。當在此網絡上通信時，每個控制器都擁有一個惟一的地址，并識別按地址發來的消息，最終決定要產生何種動作。如果需要回應，則控制器將生成反饋信息并按此協議格式回應。

　　3.3 Modbus RTU通信模式

　　Modbus協議包括2種傳輸模式，即ASCII碼和RTU模式。控制器可以設置為2種傳輸模式中的任何一種在標準的Modbus網絡上通信。本設計采用RTU傳輸模式。

　　當控制器設備選用RTU模式通信時，消息中的每個字節包含2個4位的十六進制字符。這種方式的主要優點是：在同樣的波特率下，能夠比ASCII碼方式傳送更多的數據。Modbus RTU主機消息幀結構如表1所示。

　　其中，地址碼代表從機地址，設置為0，表示廣播消息。功能碼表示主機指令，包括讀/寫控釗狀態、讀/寫寄存器等。數據區則為讀/寫寄存器地址及讀取位數。RTU模式采用CRC校驗。

　　相應的從機返回消息幀結構與主機消息幀結構類似，但是附加了數據字節長度，如表2所示。

　　3.4 MCX314運動控制芯片控制

　　MCU通過16位數據/地址總線與MCX314進行通信，可選擇8位/16位數據總線格式。本設計采用了8位數據總線格式，在16位總線中分配8位為數據線，4位為地址線，4位為時序控制線。

　　MCX314是寄存器控制型芯片，對其所有操作都基于寄存器的讀/寫，按照其發送時序，先發送地址，后讀取數據，其基本讀/寫函數實現如下：

　　讀8位寄存器函數(寫寄存器函數與其類似，只需寫完置位P7)：

　　MCX314內部寄存器均為16位，基于以上讀8位寄存器函數實現讀16位寄存器函數(寫寄存器函數類似)：

　　由于程序分別在串口中斷與主函數處理指令過程中調用MCX314讀/寫寄存器函數，可能導致函數重入，造成寄存器讀/寫數據紊亂，因此在函數內部定義標志位，設計讀/寫函數為原子操作，防止函數重入。

　　基于以上讀/寫寄存器函數可對MCX314進行一系列操作控制，包括寫入數據、讀取數據、驅動指令與插補指令。在本設計中，寫入數據及讀取數據分別對應參數設置與系統狀態的實時顯示;驅動指令用于鉆孔運動與啄鉆運動;插補指令用于限定牙距的螺絲攻牙運動。通過上述指令實現以下系統操作函數，即運動芯片初始化函數、原點搜尋運動函數、定距手動鉆孔函數、自動鉆孔函數、啄鉆函數、手動攻牙函數、自動攻牙函數等。

　　4 結語

　　利用Modbus串口協議開放、透明、開發容易等優點，結合MCX314運動控制芯片的高精度可控性，以及編程方便的總線接口方式，設計出成本低、操作簡單、人機交互界面友好的觸摸屏自動鉆孔系統。本系統對位置與速度控制可分別精確至1×10-3mm與1×10-3mm/s，最高速度分別為4 000 mm/s與4 000 rad/s，最大鉆孔深度可達8 000 mm，達到了工業生產中進行自動鉆孔或螺絲攻牙的性能指標，并在工業生產中通過初步測試，工作穩定。由于Modbus協議具有網絡控制能力，在實際工業生產中可并聯多個鉆孔系統共用一個觸摸屏，通過觸摸屏同時控制不同系統進行不同操作，或者采用廣播模式控制多個系統進行同一操作，進一步實現低成本和自動化。