## CNC简介
CNC（Computer Numerical Control，简称数控）是指通过计算机自动控制机械加工工具和3D打印机的行为。一台使用CNC的机器会根据写好的程序，将一块原材料（金属、木头、塑料、陶瓷、复合材料均可），在无需人类干预的情况下完成制造过程。采用数值控制的机床叫做数控机床。

## 什么是G代码？
G代码（G-code），是最为广泛使用的数控编程语言，有多个版本，主要在计算机辅助制造中用于控制自动机床。G代码有时候也称为G编程语言。使用G代码可以实现快速定位、逆圆插补、顺圆插补、中间点圆弧插补、半径编程、跳转加工。

## Grbl简介
Grbl是性能高，成本低，基于并行运动的控制器固件，用于CNC雕刻。它可以运行在Vanilla Arduino (Duemillanove/Uno) 只要它配备了Atmega 328型芯片。 控制器由C编写并优化，利用了AVR 芯片的每一个灵巧特性来实现精确时序和异步控制。它可以保持超过30kHz的稳定、无偏差的控制脉冲 它接受标准的G代码而且通过了数个CAM工具的输出测试。弧形、圆形和螺旋的运动都可以像其他一些基本G代码命令一样完美支持。函数和变量并不支持，但是会作为预处理器包含在将来发布的版本之中。 Grbl 包含完整的前瞻性加速度控制,意味着控制器将提前16到20个运动来规划运行速度，以实现平稳的加速和无冲击的转弯。

2009 年，Simen Svale Skogsrud 受惠于开源社区的贡献编写并向所有人发布了 Grbl 的早期版本（灵感来自于 Mike Ellery 的 Arduino G 代码解释器）。2011 年以来，Grbl 在 Sungeun K. Jeon 博士务实的领导下作为一个社区驱动的开源项目在推进。

## 材料准备

### 硬件准备
1. **CNC套件：** Grbl固件的运行需要Arduino单片机，步进电机驱动器，步进电机，限位开关，主轴电机等，如果需要查看最终的运动效果，这些`硬件`是需要准备的，最好是一个完整的CNC套件。
通常我们能买到的套件是类似如下图片的Arduino CNC Shield V3：
![CNC Shield](./images/arduino-cnc-shield-v3.5.png)     
它包含一个Arduino uno开发板及数据线，一个扩展板和一些跳线帽，3-4个步进电机驱动。常用的步进电机驱动有A4988和DRV8825，如果你购买的是DRV8825，请在使用前调整电流，因为它默认的电流配置是3.2A！   
它是由protoneer的工程师设计的，它本来也是开源的，但是由于其他工厂没有经过允许直接生产，并且价格卖的非常低，导致作者非常生气并声称不再开源后续设计，因为这些生产者并没有对该项目有贡献。以下是原话：   
   Due to Chinese Clones being sold for less than $5 and pricing me completelly out of the market(and them not contributing to the project) I have decided to not publish future versions design files.   
希望大家支持开源，不要“白嫖”别人的工作成果，否则我们面临的开源环境会越来越差。  
1. **步进电机** 你还应该至少需要3个步进电机，42（指的是它的外形尺寸为42mm*42mm，对应NEMA17）的步进电机最为常见，如下图：   
![步进电机](./images/nema17-stepper-motor.jpg)。 

1. **主电源** 步进电机工作时需要较大电流，有的步进电机驱动还要求有较高的电压，对于本书，我是用的是12V的电源。

1. **运动机构**另外还需要一些运动机构比如丝杆或同步带之类，因为涉及到角度转直线运动的计算方法。 

### 软件准备
Grbl的源码需要编译成单片机可以运行的代码，所以还需要 **编辑器**、**编译器**、**上位机**等`软件`支持。本书编辑器和编译器使用的是`virtual studio code` 加 `platformio` 组合， 上位机用的是 `LaserGRBL`， 为什么使用他们而不是ArduinoIDE等等问题，没有别的原因，也没有倾向性，只是习惯而已，如果你习惯其他方式，完全可以。本书假定你会安装这些软件，如果碰到特殊操作，会在相应位置指出，至于如何安装，因篇幅有限，请搜索对应教程。  

### 技能准备
1. **C语言基础** Grbl是用C语言实现的，因此要求你具备C语言的基础编程能力，遇到C对应的术语能够理解。
1. **单片机基础** Grbl运行在单片机上，需要你有一些单片机的使用经验，知道什么是烧录，以及如何烧录单片机，对于Arduino，这个很简单，本书也会提供简单说明。

## 启程出发
最后，让我们一起整装出发，一起体验Grbl这个“世外桃源”吧。