本书是一本从工程实践角度介绍Grbl技术的书籍，以3D打印机为应用对象，以Grbl为控制核心，全面介绍基于Grbl、proteus、MCD等软件平台的三坐标设备全软件运动控制仿真，特别是在虚拟机电系统仿真软件MCD的不同通信方法、Grbl上位机开发和Thor开源机器人的应用方面具有重要的参考价值。本书主要内容包括CNC基础知识、Grbl的基本原理、AVR-LIBC基础、解析Grbl代码、上位机编程、基于MCD的虚拟CNC仿真、Grbl在机器人上的应用等。本书旨在帮助读者快速熟悉Grbl的使用、程序代码和HMI开发，掌握机电设备的虚拟调试和开发过程。 本书适合CNC、机器人和数控设备等领域的科研人员，高等院校机电类相关专业本科生、研究生，以及相关技术爱好者和工程技术人员参考学习。
2005—2018年工作于哈尔滨工程大学，2018年至今工作于黑龙江大学，从事机电教学研究工作多年。
目 录
第一章 CNC技术基础 1
1.1 CNC结构 1
1. 2 速度控制 3
1.2.1 加速/减速 4
1.2.2 程序块之间连接 6
1.2.3 拐点速度 10
1. 3 速度前瞻规划 11
1.4 插值 12
第二章 Grbl工作原理 14
2.1 Grbl的状态和操作 14
2.2 环缓存区 17
2.3 规划及插补 20
2.4 驻车、回参考点（回零）和探测 30
2.5系统命令 32
2.6错误代码 41
2.7报警代码 43
第三章 AVR-LIBC基础 45
3.1 AVR端口变化中断 45
3.1.1 I/ O端口 45
3.1.2 I/ O端口变化中断 46
3.2 AVR定时器/计数器 49
3.2.1 定时器模式 49
3.2.2 定时器0 51
3.2.3 定时器1 55
3.3 EEPROM 62
3.4 Flash 63
3.5 USART 65
第四章 代码解析 72
4.1 Main.c 72
4.2 protocol 75
4.2.1 protocol.h 75
4.2.2 protocol.c 75
4.3 planner 93
.4.3.1 planner.h 93
4.3.2 planner.c 94
4.4 gcode 104
4.4.1 gcode.h 104
4.4.2 gcode.c 108
4.5 stepper 127
4.5.1 stepper.h 127
4.5.2 stepper.c 127
4.6 system 147
4.6.1 system.h 147
4.6.2 system.c 149
4.7 motion.h 159
4.7.1 motion.h 159
4.7.2 motion.c 159
4.8 settings 166
4.8.1 settings.h 166
4.8.2 settings.c 167
4.9 cpu-map.h 170
4.10 default.h 175
4.11 config.h 176
4.12 jog.c 183
4.13 limit.c 184
4.14 spindle_control 193
4.14.1.spindle_control.h 193
4.14.2 spindle_control.c 193
4.15 coolant_control 198
4.15.1 coolant_control.h 198
4.15.2 coolant_control.c 198
4.16 probe 201
4.16.1 probe.h 201
4.16.2 probe.c 201
4.17 serial. 202
4.17.1 serial.h 202
4.17.2 serial.c 202
第五章 上位机编程 207
5.1 简单通信 207
5.2 流控制通信 207
5.3 上位机程序示例 211
5.3.1 开源及商业程序 211
5.3.2 自开发程序实例 213
第六章 基于MCD的虚拟CNC仿真 225
6.1. Grbl 引脚和编译 225
6.2. Proteus模型 227
6.3 MCD机械模型 230
6.4 MCD通信 231
6.4.1 OPC DA通信 231
6.4.2 OPC UA通信 237
6.4.3 TCP /IP通信接口 240
6.4.4 Modbus TCP通信接口 243
6.5 Grbl与MCD机械模型的联合仿真 249
6.5.1 基于简单 MCD机械模型的联合仿真 249
6.5.2 基于复杂 MCD机械模型的联合仿真 252
第七章 Grbl应用 259
7.1 Grbl的编译与烧录 259
7.2 Grbl硬件连接 261
7.3上位机控制软件 265
7.4Thor开源机器人 269
参考文献 272
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