根据《大明会典的记载，“神机营”下编“中军”、“左掖”、“右掖”、“左哨”、“右哨”五个军。而“中军”下编四个司，其余各编三个司。“神机营”的“营官提督”，“中军”和左右掖、左右哨的“坐营官”，都由兵部奏请朝廷委派，在“公”、“侯”、“伯”、“都督”、“都指挥”内挑选，或由皇帝任命“内臣”即“太监”宦官兼任。
在“神机营”中，还专门编有管理枪炮的官员“监枪内臣”，管理神机营中的“神枪”、“快枪”、“单眼铳”、“手把铳”、“盏口炮”、“碗口炮”、“将军炮”、“单飞神火箭”、“神机箭”等“神机火器”。“碗口炮”即“百珠铳”。
这种独立的枪炮部队建制，使火器的应用更趋专业化。到了明朝中期以后，在北方的守边明军日益处于守势，面对具有较强的野战能力优势的蒙古、后金游牧民族，火器的使用使明军作战能力有所增强，并在一定程度上弥补了明军野战能力的明显不足，毕竟明朝军队对大多数都是各地的步兵，骑兵数量不多。
明代早期的“火炮”一般用铜铸造，个别使用生铁铸造。万历朝时，大臣叶梦熊主持发明出“锻造铁炮”。锻造火炮的炮筒呈直筒型，表面有多道炮箍，药室鼓起或者不鼓起者均有之，炮尾端平，部分炮有炮耳。
到了嘉靖年间，明朝又从来华的葡萄牙人那里得到了佛郎机铳炮，并逐渐掌握了其制法，使明军的火器装备水平又有了提高。《明史记载佛郎机炮：“铜为之、长五六尺，大者重干余斤。小者百五十斤……以子铳五枚贮药置腹中，发及百余丈。”这说明，这时候的“弗朗机”火器的射程可达三百步，威力较强。
这种火炮的优点是以子铳预贮弹药，不必临时装填，可加快发射速度。“弗朗机”火炮的缺点是身管较短，和红夷炮相比，不能拥有较远的射程，在六七百米时命中率最高，比明朝本土火器更具有作战威力。
明朝正德十二年(西元1517年)，一支由四艘帆船组成的护航舰队将葡萄牙派往明朝的首位使臣皮雷斯送达广州。入港时，按欧洲惯例，葡萄牙舰队指挥官费尔南下令升旗鸣炮，以致被误认为是要开炮滋事。
经过一番煞费周折的解释，明朝官员方才疑云渐消，但引起惊扰的葡船火炮却受到明朝方面的格外关注。亲历其事的广东官员顾应祥曾在一篇文章中这样写道：“正德间，予为广东按察司佥事，时巡海副使汪铉进表赴京，予带管海道。蓦有番船三只至省城下，放铳三个，城中尽惊。”说的就是葡萄牙人的这件事。
这种令人震惊的欧洲火炮，因“葡萄牙”国名当时用广东话念就是“佛郎机”。因此，葡萄牙舰船上的火炮也被当时的广东百姓们叫作“佛郎机”，这就是流行于当时欧洲早期“后装炮”，也是一种最常见的“滑膛炮”。
“ 佛朗机炮”与后来的“红衣大炮”“红夷大炮”结构不同，因为“佛朗机炮”是一种“后装滑膛加农炮”，整炮由三部分组成，分别是“炮管”、敞开式“炮腹”和“子炮”。所谓“子炮”，其实就是后世批量产的“炮弹”。
五年之后，西元1522年8月，有5艘葡萄牙舰船在珠江口外进行挑衅，被明军水师击败，有2艘舰船及20多门佛郎机炮被明军缴获。明朝官兵对“佛郎机”威猛火力印象深刻，由广东地方当局立即上奏嘉靖皇帝，请求“颁其佛郎机式于各边，制造御虏”。朝廷准许。于是，明朝官府开始大量仿制“弗朗机”火炮。
之后，工部“军器局”就制造出“佛郎机”铜铳32门，每门重约300斤并配有4个子铳。32门仿制的佛郎机铜铳，就发往明军各边试用，在佛郎机传入明朝不久，明廷已将其视作御敌利器，仿制的“佛郎机”遂以极快速度装备北方明军及沿海军队。在明朝抵御游牧民族入侵和日本海盗倭寇入侵时发挥了重大作用。
随着先进的“佛朗机炮”、“红夷大炮”，以及“火绳枪”的传入，明军传统的“火铳”已经不再成为战争中的火器主角。而这次的徐光启练新兵，则打算利用欧洲人的先进理念来制造大威力的先进火器以武装明军。
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