PCA9685舵机控制板使用

1. 概述

PCA9685 是一款由 NXP 半导体公司生产的 16 通道 PWM 驱动器，广泛应用于多个舵机、LED 灯带控制等场景。它通过 I2C 总线与主控芯片（如 STM32）通信，可以高效地控制多个舵机的运动和多通道 PWM 输出。该模块适用于多舵机控制、机器人、电动玩具、遥控模型等应用。
使用舵机驱动板，可以解决有些MCU PWM口不足的问题，同时降低MCU的CPU利用率，提升CPU性能，毕竟电机的驱动工作交给了PCA9685芯片。

2. 主要特点

【1】I2C 接口：通过 I2C 总线与主控芯片（如 STM32）进行通信，支持多达 62 个设备通过 I2C 总线连接。
【2】16 通道 PWM 输出：每个通道可以独立控制，适用于 16 个舵机或其他 PWM 控制设备。
【3】可调 PWM 输出频率：频率范围从 24Hz 到 1526Hz，用户可以根据需要调整。
【4】集成电流限制器：内置电流限制功能，避免过流损坏设备。
【5】低功耗设计：在低功耗模式下工作，适合嵌入式系统。

3. 硬件接口说明

3.1 引脚定义

3.2 舵机连接

PCA9685 支持 16 个独立的 PWM 通道，每个通道连接一个舵机或其他 PWM 控制设备。每个通道有三个引脚：

V+：连接到舵机电源。
PWM 输出：用于输出 PWM 信号，控制舵机位置。
GND：连接到舵机地线。

3.3 电源要求

VCC：主控电源，一般为 3.3V 或 5V，取决于 I2C 总线的工作电压。
V+：舵机电源，一般为 5V、6V 或 7.4V，根据所使用的舵机型号进行选择。
注意：实际为了接线方便，V+口一般空出，使用图片上的绿色段子进行舵机的电源供电。

4. I2C 通信协议

PCA9685 通过 I2C 接口与主控芯片通信。每个 PCA9685 模块都有一个 7 位 I2C 地址，默认值为 0x40，可以通过地址选择引脚修改。

4.1 I2C 操作

PCA9685 支持标准的 I2C 写/读操作。主控芯片通过发送命令来配置 PCA9685，设置 PWM 信号的频率和占空比。

• 地址选择：PCA9685 默认 I2C 地址为 0x40，可以通过接地址引脚选择其他地址，最大支持 62 个设备。
• 寄存器操作：通过 I2C 总线访问 PCA9685 的寄存器，设置 PWM 输出参数。

4.2 常用寄存器

5. 软件控制

5.1 初始化 PCA9685
PCA9685 的初始化步骤包括配置 I2C 通信、设置频率、启用 PWM 输出等。
I2C的配置和使用我在前面的博文中说过很多遍了，这里我默认I2C驱动是完好的，直接描述PCA9685的初始化，初始化完成后，MCU通过I2C通信控制舵机驱动板子，完成多路电机控制，解决了部分MCU PWM引脚不足的问题，比如STM32F103C8T这款常见的MCU只有一路标准电机控制PWM口。

#include "stm32f1xx_hal.h"

I2C_HandleTypeDef hi2c1;

#define PCA9685_ADDR 0x40  // I2C 地址

// I2C 写操作
void I2C_Write(uint8_t reg, uint8_t data) {
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, PCA9685_ADDR, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 1000);
}

// 初始化 PCA9685
void PCA9685_Init(void) {
    I2C_Write(0x00, 0x01);  // 设置模式寄存器，启用设备
    I2C_Write(0x01, 0x04);  // 设置输出驱动
    I2C_Write(0xFE, 0x79);  // 设置预分频器，调整频率（50Hz）
}

5.2 设置 PWM 输出

可以通过修改寄存器来设置 PWM 输出的占空比，从而控制舵机的角度。

// 设置指定通道的 PWM 占空比
void PCA9685_SetPWM(uint8_t channel, uint8_t pulse) {
    uint8_t reg_on = 0x06 + channel * 4;    // 通道的开启时间寄存器
    uint8_t reg_off = 0x08 + channel * 4;   // 通道的关闭时间寄存器
    
    // 设置占空比的低字节和高字节
    I2C_Write(reg_on, 0x00);  // 开始时间（低字节）
    I2C_Write(reg_off, pulse);  // 结束时间（高字节和低字节）
}