控制板通信文档

目录#

• 概述
• 一、G 代码（G-codes）
  • 1.1 运动与插补
  • 1.2 坐标系、单位与参考点
  • 1.3 平面选择、缩放与模态
• 二、M 代码（M-codes）
  • 2.1 程序流程控制与输入输出
• 三、G 代码中的有效字符
• 四、实时命令（十六进制控制字符）
• 五、系统命令（$ 命令）
• 六、参数设置
  • 6.1 基本设置
  • 6.2 报告与单位（$10）
  • 6.3 回零参数
  • 6.4 电机参数设置
  • 6.5 最大速度
  • 6.6 加速度
  • 6.7 行程限制
  • 6.8 网络设置（H743）
  • 6.9 其他设置
  • 6.10 电机控制模式（H743）
  • 6.11 机械手参数
  • 6.12 特殊命令
• 七、CAN / CANopen 通信（H743）
• 八、CANopen 协议命令
• 九、文件管理命令
• 十、Modbus 从站功能寄存器（H743）
• 十一、错误代码说明

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概述#

本手册适用于博飞宇 F407、H743 两款控制卡产品。

两款产品硬件差异#

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一、G 代码（G-codes）#

G 代码用于定义运动方式、坐标系、插补类型等。可分为模态指令（一旦设定持续生效，直到被同组指令改变）和非模态指令（仅在当前行生效）。需要进入正确的状态（IDLE 空闲、RUN 运行等）才能执行。

1.1 运动与插补#

详细说明#

• G0 与 G1 的区别：

  • G0 是"空行程"快速移动，不指定 F 以最大速运动，指定 F 以指定速度运动；
  • G1 "走轨迹"插补运动，速度由 F 决定。

• G2/G3 圆弧：圆弧定义有两种方式，二选一：

  • 圆心偏置法：I/J/K 为圆心相对于圆弧起点的偏移量（配合 G91.1 为增量模式，默认）。例：G2 X50 Y0 I25 J0 表示从当前点画圆弧到 (50,0)，圆心在起点偏移 (25,0) 处。
  • 半径法：用 R 指定半径。正值/负值用于区分大于或小于半圆的圆弧。
  • 圆弧所在平面由 G17/G18/G19 决定（见 1.3）。

• G4 延时：P 后数值单位为秒（支持小数）。

• G10 L2 vs L20：

  • L2：直接写入目标坐标系的偏置值（绝对偏置）。
  • L20：将当前实际位置定义为该坐标系的零点。
  • P1~P9 分别对应 G54、G55、G56、G57、G58、G59、G59.1、G59.2、G59.3。

• G61 精确停止：运动默认会在拐角处做速度前瞻与圆滑过渡；G61 强制每段精确停止，适合要求严格定位的轨迹动作，但会降低效率。

1.2 坐标系、单位与参考点#

详细说明#

• G20/G21 单位：切换后所有后续的尺寸、速度、圆弧 IJK 都会按新单位解释。建议全程保持 G21（mm），混用英制/公制极易导致尺寸错误。

• G28/G30 参考点：参考点是"安全高度"概念。先 G28.1/G30.1 记录一个安全位置，之后 G28/G30 即可一键返回。注意 G28/G30 移动过程是快速移动（G0 指令运动）。

• G54~G59.3 工件坐标系：允许保存 9 套工位偏置，用于在不同工位执行同样动作，无需重写程序坐标。配合 G10 L2 在线修改。

• G53 机械坐标：临时使用绝对机械坐标，非模态——必须写在与运动同一行（如 G53 G0 X0 Y0），下一行自动恢复原坐标系。常用于回机械原点。

1.3 平面选择、缩放与模态#

详细说明#

• G17/G18/G19 平面选择：决定 G2/G3 圆弧在哪个平面上绘制，以及 I/J/K 中哪两个作为圆心偏移。例如选 G17（默认）时，圆心用 I（X 偏移）和 J（Y 偏移），K 被忽略。

• G50/G51 缩放：G51 对后续坐标按给定比例缩放（常用于相似零件放大/缩小），G50 取消。缩放仅影响编程坐标，不影响 F 率物理含义。

• G65 宏调用：调用外部宏程序文件（参见文件管理）。P 指定宏编号（查找 /littlefs/Pxxxx.ngc），其余字母（A/B/C…）作为实参传入宏。*** 表示此为扩展/可选功能，依固件版本支持。

• G90/G91 绝对/增量：

  • G90 下 X10 表示移动到绝对坐标 10；
  • G91 下 X10 表示从当前位置再移动 +10。
  • 两者均为模态，影响所有轴指令。建议全程 G90，增量模式易在复杂程序中出错。

• G91.1 IJK 增量：指定圆弧圆心偏置 I/J/K 为"相对于起点"的增量值（默认且推荐）。与之相对的是绝对圆心模式，本固件默认采用增量，无需额外设置。

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二、M 代码（M-codes）#

M 代码用于控制程序流程、数字 I/O 等辅助功能。

2.1 程序流程控制与输入输出#

详细说明#

• M0 / M30：

  • M0 是中途暂停（用于手动干预、检测）；
  • M30 是程序正常结束并复位指针到开头。

• M62/M63（同步）vs M64/M65（立即）：

  • 同步输出 M62/M63 会在运动队列中该指令所在位置精确翻转输出，保证输出与位置严格同步。
  • 立即输出 M64/M65 一解析到就立刻翻转，不与运动同步，适合无需位置关联的开关。
  • P 指定输出端口号（1、2、3…）。

• M66 等待输入：P = 输入端口，L = 等待条件（如 3 表示等待高电平），Q = 超时（秒）。用于"到位后方可继续"的互锁场景。

• M99：在宏/子程序中使用，返回调用处。配合 O<name> SUB ... O<name> ENDSUB 或 G65 使用。

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三、G 代码中的有效字符#

3.1 参数字符#

以下字母可作为 G/M 代码中的参数（字），本身不是独立指令，但与指令组合使用：

说明：带 * 的字母（A/B/C/O）为扩展轴/功能，依固件配置启用。每个字母在同一程序行中一般只出现一次（重复会报 error:25）。

3.2 注释#

1. ;G1X100 F80000 —— 注释内容不会执行；
2. (G1X100 F80000) —— 注释内容不会执行；

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四、实时命令（十六进制控制字符）#

这些命令是单字节控制字符，可在程序运行、暂停、甚至报警状态下直接发送，绕过 G-code 解析队列立即生效。常用于上位机/手持盒的实时交互。

详细说明#

• 这些字符通常通过串口/网络直接发送 1 个字节，不要加换行符。例如发送 0x18 即可软复位。
• 0x3F 是调试与监控中最常用的命令，控制器会立即回传形如 <0|MP:0,0,0|MJ:0,0...> 的状态帧。
• 0x21 与 0x7E 配合实现"暂停/继续"；它们不会丢失已规划的运动队列。
• 0x90/0x91/0x92 调整的是 F 倍率（override），仅影响 G1 运动的速度表现，不影响 G0 快速移动。

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五、系统命令（$ 命令）#

以 $ 开头的命令用于配置、查询与维护控制器。多数 $ 命令只能在 IDLE 状态下使用（否则报 error:8）。

详细说明#

• $$：最常用的查询命令，返回全部设置项列表，调试时用于记录/比对配置。
• $*：一键恢复出厂设置，会清除所有自定义参数，慎用。
• $I：显示固件版本、构建日期、排查兼容性时必备。
• $N：设置上电后打开输出 1。例：$N0=M64 P1（设置第 0 块）。可用 $$ 或 $I 查看当前启动块。
• $X：触发限位/急停后控制器进入 ALARM 锁死，必须发送 $X 解除才能继续操作。解除前请确认已排除物理危险。
• $H 回零：启动 6.3 配置的回零流程；若未启用回零会报 error:5。
• $VH 虚拟回零：不执行回零动作，直接建立坐标系，不依赖硬件触发，用于调试测试电机。
• $C 检查模式：仅解析 G-code 验证语法/范围，不驱动电机，非常适合在上机前跑一遍程序排错。
• $LIM / $PINS / $PINSTATE：分别查看限位开关触发状态、引脚功能映射、引脚实时电平，接线调试时极为有用。
• $x=val：写入具体参数（如 $22=1 启用回零）。部分参数需重启/软复位生效，写入后注意提示。

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六、参数设置#

参数以 $编号 形式读写（见 五、系统命令 的 $x=val）。以下按功能分组说明。

6.1 基本设置#

说明#

• $0 脉冲时长：步进驱动器需要的脉冲宽度，必须 ≥2 μs（否则报 error:6）。若电机丢步或驱动器不响应，可适当加大。
• $3 方向反转：位掩码，每一位对应一个轴的方向信号反相，用于纠正"指令正方向实际反向"的接线问题，无需改线。
• $5 限位反转：根据限位开关类型（常开/常闭、高/低有效）设置触发极性。接错会导致一上电就误报限位。

6.2 报告与单位（$10）#

$10 状态报告详解#

状态报告格式为 <状态值|...>，$10 的位掩码决定报告里携带哪些字段：

状态值说明（报告格式：<状态值|...>）#

说明：$10 是位掩码。例如 16385，表示同时报告坐标与角度。

6.3 回零参数#

$22 回零参数设置（位掩码）#

功能组合示例

$23 回零方向设置#

回零速度/偏移说明#

$24=100.0    (回零精确定位速度 mm/min，慢速接近，保证精度)
$25=2500.0   (回零快速搜索速度 mm/min，快速寻找限位)
$26=250      (回零去抖延时 ms，触发后消抖)
$27=2.0      (回零触发开关拉离距离 mm，脱离限位运动距离)

典型回零流程：快速 $25 向限位移动 → 触发限位 → 反向退让 $27 距离 → 慢速（$24）向限位移动 → 精确触发限位。

回零顺序设置（$44~$49）#

通过 $44~$49 分别配置第 1~6 个回零周期的参与轴：

可按设备机械结构安排"先 Z 抬升再 XY"等安全顺序。

6.4 电机参数设置#

说明#

该参数定义"脉冲数 ↔ 物理位移"的换算比例（步进模式）；在 CANopen 模式下则作为位置缩放因子。设错会导致实际移动距离与命令值不符。

计算方式：

旋转关节 = (电机1圈脉冲数 / 360 × 传动比)
直线运动 =（电机1圈脉冲数 / 丝杆螺距 × 传动比）

6.5 最大速度#

说明#

这是 G0 快速移动与 G1 插补运动的硬上限。实际速度不会超过此值。设得过高可能超出电机/驱动器能力导致丢步或报警（error:12）。

6.6 加速度#

说明#

加速度决定加减速快慢。过小效率低；过大易冲击、丢步、损坏机械。

6.7 行程限制#

说明#

需先回零才生效。超过行程的命令会被忽略（error:15）。旋转轴（A/B/C 设为旋转轴时，见 $376）通常不受此限制。

6.8 网络设置（仅适用于 H743 主板）#

说明#

用于让控制卡接入以太网，通过 TCP（端口 12121）或 WebSocket（端口 81）接收 G-code。静态 IP 模式下需正确填写 $302~$304，否则无法连接。修改网络参数后通常需重启生效。

6.9 其他设置#

使用示例#

$376 旋转轴配置

旋转轴角度会自动归一化到 0-360°，适合无限旋转的转台。

$398 规划器块数

$398=50     ; 增大前瞻深度，适合复杂路径，但占用更多 RAM，F407 最大 400，H743 最大 1500

$481 自动状态报告间隔

$481=0      ; 禁用自动报告（默认）
$481=200    ; 每 200ms 自动发送一次状态报告
$481=1000   ; 每 1 秒发送一次，启用后控制器会主动推送状态

6.10 电机控制模式（仅 H743 主板支持 CANopen）#

说明#

• $450 决定驱动器接口方式——脉冲（步进/脉冲伺服）或 CANopen 总线（伺服）。切换为 CANopen（$450=1）后需重启，并使用七/八的总线命令。
• $453 选择运动学模型，机械手类型必须与实际结构匹配，否则逆解错误。

6.11 机械手参数设置#

$453=1 Delta 尺寸示例、$453=2 SCARA 尺寸示例、$453=3 Palletizer 尺寸示例：参见原手册配图。

6.12 特殊命令#

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七、CAN / CANopen 通信（仅适用于 H743 主板）#

当使用 CAN/CANopen 总线驱动伺服电机时，需用以下命令进行底层总线与协议栈操作。先确认 $450=1（CANopen 模式）。

$CAN 命令组 —— CAN 总线底层操作#

$CANOPEN 命令组 —— CANopen 协议层操作#

$CAN=8 发送命令详解#

$CAN=8 CH1 601 8 01 02 03 04 05 06 07 08
        │    │  │  └── 数据字节（十六进制，空格分隔）
        │    │  └── 数据长度（1~8）
        │    └── 标准帧 ID（十六进制），扩展帧前加 E，如 E12345
        └── 通道：CH1 或 CH2

支持的波特率（BAUD）#

$CAN 返回示例#

[MSG:CAN CH1:ready CH2:ready Passthrough:OFF Mode:CANopen(6-axis) Feedback:OFF]

$CANOPEN=5 返回示例（查询所有电机状态）#

[MSG:CANopen Motor Status]
[MSG:  X(Node1): SW=0x0237 Pos=10000 Vel=0 OK ENABLED]
[MSG:  Y(Node2): SW=0x0237 Pos=5000 Vel=0 OK ENABLED]
[MSG:  Z(Node3): SW=0x0237 Pos=0 Vel=0 OK ENABLED]
[MSG:  A(Node4): SW=0x0211 Pos=0 Vel=0 -- READY]
[MSG:  B(Node5): SW=0x0008 Pos=0 Vel=0 -- FAULT]
[MSG:  C(Node6): SW=0x0000 Pos=0 Vel=0 -- DISABLED]

状态字（SW）解析#

状态字位定义（DS-402）#

位置有效性#

• OK：位置数据有效（已收到电机反馈）
• --：位置数据无效（未收到反馈或通信中断）

透传输出格式#

开启透传后，CAN 总线接收到的帧以如下格式输出：

[CANFD:CH1 ID:0581 DLC:8 43 00 10 00 00 00 01 80]

扩展帧会附加 EXT 标识：

[CANFD:CH2 ID:E0001234 DLC:4 2A 1B 0C FF EXT ]

典型测试流程#

1. $CAN —— 确认双通道就绪
2. $CAN=1 1 —— 开启透传
3. $CAN=8 CH1 601 8 40 00 10 00 00 00 00 00 —— SDO 读节点 1 的 0x1000
4. 观察返回：[CANFD:CH1 ID:0581 DLC:8 43 00 10 00 ...] —— 设备应答
5. $CAN=1 0 —— 关闭透传

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八、CANopen 协议命令#

当 $450=1 启用 CANopen 总线模式后，可使用以下 CANopen 子命令控制 6 个伺服电机。

CANopen 系统命令#

SDO 命令详解#

SDO 读取#

$CANOPEN=10 R 1 1000 00
              │  │    │
              │  │    └── 子索引（十六进制）
              │  └── 对象索引（十六进制）
              └── 节点 ID（1~6）

返回示例：

[MSG:CANopen SDO read OK, len=4 data=00 00 00 00]

SDO 写入#

$CANOPEN=10 W 1 6040 00 06 00
               │  │    │  │
               │  │    │  └── 写入数据（十六进制，空格分隔）
               │  │    └── 子索引
               │  └── 对象索引
               └── 节点 ID

返回示例：

[MSG:SDO write node=1 idx=0x6040 sub=0 = 0x0006]

DS402 电机状态机#

使能/禁用命令操作 DS402 状态机：

对象字典映射（本机主站）#

PDO 映射配置#

默认 PDO 配置（节点 ID=1 为例）：

COB-ID 会随节点 ID 偏移（如 NodeID=2 时 RPDO1 = 0x202），多轴组网时需注意避免冲突。

典型 CANopen 启动流程#

1. $450=1 —— 切换到 CANopen 模式（需重启）
2. $CANOPEN=0 —— 初始化协议栈
3. $CANOPEN=1 1 —— NMT 启动所有节点
4. $CANOPEN=10 R 1 1000 00 —— SDO 读取节点 1 设备类型（验证通信）
5. $CANOPEN=6 1 1 —— 使能电机 1
6. $CANOPEN=10 W 1 6042 00 E8 03 00 00 —— 设置目标位置（假设 0x6042 为目标位置）
7. 观察 TPDO 或 SDO 读取状态字确认运动完成

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九、文件管理命令#

当启用文件系统支持（LITTLEFS_ENABLE=2 或 SD 卡）后，可使用以下命令管理宏程序文件。

基本文件操作#

目录操作#

支持的文件扩展名#

文件系统配置#

W25Q128 SPI Flash（LittleFS）（仅 H743 主板）#

SD 卡（FatFS）#

命令返回示例#

$FI 挂载信息：

$FI
[FS:littlefs@/ size 16777216, free 16515072]

$F 列出文件：

$F
[FILE:test.macro|SIZE:256]
[FILE:safe_drill.macro|SIZE:512]
[FILE:homework.ngc|SIZE:1024]

$F<=/littlefs/test.ngc 查看内容：

$F<=/littlefs/test.ngc
O100 SUB
G0 X0 Y0 Z5
G1 Z-10 F100
G0 Z5
O100 ENDSUB

$F=/littlefs/test.ngc 运行文件：

$F=/littlefs/test.ngc
[MSG:File test.ngc opened for execution]

宏程序调用方式#

命名子程序调用：

O<safe_drill> CALL [50] [30] [-10]
; 自动查找 /safe_drill.ngc

G65 宏调用：

G65 P1001 A10 B20
; 查找 /littlefs/P1001.ngc，参数 A=10, B=20

注意事项#

1. W25Q128 擦写寿命：典型 10 万次/扇区。LittleFS 有磨损均衡，但频繁修改同一文件会加速磨损。
2. 写入速度：W25Q128 写入需先擦除 4KB 扇区（约 100-400ms）。
3. 文件名限制：
   • 最大长度：32 字节（YMODEM 上传）
   • 路径最大：128 字符
   • 不支持中文文件名（建议使用英文和数字）
4. 格式化风险：$FF=yes 会清除所有文件，不可恢复！
5. 流程控制支持：.ngc 文件中的流程控制语句（IF/WHILE/SUB/CALL）仅在文件模式下可用，串口交互模式不支持。

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十、Modbus 从站功能寄存器（仅适用于 H743 主板）#

控制卡作为 Modbus 从站，上位机（PLC/SCADA）可通过以下保持寄存器进行监控与控制。

1. 状态码定义（读取 0x0000 寄存器）#

• 0x00：空闲（Idle）
• 0x01：运行（Run）
• 0x02：暂停（Pause）
• 0x03：点动（Jog）
• 0x04：回零中（Homing）
• 0x05：报警（Alarm）
• 0x06：检查模式（Check Mode）
• 0x07：休眠（Sleep）

2. 回零指令（写入 0x0001 寄存器）#

• 只有在**空闲或报警状态（Idle/Alarm）**下才能写入回零指令，否则返回 Modbus 功能码 0x86、异常码 0x04（响应异常）。
• 写入值 ≤ 99：正常运行。
• 写入值 > 99：返回 Modbus 异常码 0x03（非法数据值）。

3. 运行程序规则（写入 0x0002 寄存器）#

• 只有在**空闲状态（Idle）**下才能写入程序编号，否则返回 Modbus 功能码 0x86、异常码 0x04（响应异常）。
• 写入值 ≤ 99：正常运行 ngc{N}.ngc。
• 写入值 > 99：返回 Modbus 异常码 0x03（非法数据值）。

4. 支持的 Modbus 功能码#

• 0x03：读保持寄存器（Read Holding Registers）
• 0x06：写单个寄存器（Write Single Register）

提示：通过 Modbus 触发回零/运行前，先读 0x0000 确认状态为 Idle/Alarm，否则写操作会被拒绝并报异常。这与 $H/$X 的前置状态要求一致。

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十一、错误代码说明#

当执行 G-code 或系统命令时，如果返回 error:N，N 为以下错误码之一：

基本错误（0-19）#

G-code 解析错误（20-58）#

文件系统错误（60-66）#

其他错误（70-88）#

排错建议#

• 遇到 error:9/45/46/50/51 等状态类错误，先用 $X 解锁、$H 回零，确认无急停/故障后再操作。
• 遇到 G-code 解析错误（20-39），多为程序语法问题，可用 $C 检查模式预先验证。
• 文件系统错误（60-66）多为存储未挂载或只读，检查 SD/LittleFS 状态（$FI）。

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文档编写：博飞宇智能科技（吴飞）
版本：V1.1