PCA9685的使用及RT-Thread PCA9685驅(qū)動組件詳解

JetBot 小車使用的電機(jī)驅(qū)動模塊上用了 PCA9685 擴(kuò)展 I/O ，一邊與主控通過 I2C 總線通信，另一邊連接 TB6612 馬達(dá)驅(qū)動芯片。

本篇 Sugar 就來有根有據(jù)地說一說 PCA9685 的使用，以及 RT-Thread PCA9685 驅(qū)動組件。

硬件特點

1、每路 12 位分辨率（4096 級）的 PWM;

2、最多 16 路 PWM 輸出，所有路 PWM 頻率統(tǒng)一，每路占空比可以獨(dú)立控制；

3、I2C 通信方式；

4、支持 2.3V~5.5V 電壓，邏輯電平 3.3V；

5、復(fù)位方式：上電復(fù)位、軟件復(fù)位。

用于舵機(jī)控制的 PWM

一、明確控制信號

1、用于舵機(jī)控制的 PWM 頻率是 50Hz（周期 20000us）

2、對于 12 位分辨率而言，時間控制精度（即：時間分辨率）就是

3、舵機(jī)的控制脈寬是0.5ms ~ 2.5ms，時間伸縮范圍是 2000us

4、伸縮范圍在 4.88us 時間分辨率下可以分成近 410 份。

5、時間伸縮范圍 2000us 對應(yīng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動范圍 0~180 度，因此舵機(jī)的角度分辨率約為 0.439 度

二、在 PCA9685 手冊里查芯片用法

1、芯片長什么樣

2、引腳功能

3、I2C 地址

地址引腳由 A0 ~ A5 組成，因此最多可以有 64 個地址。由于芯片本身保留 All Call 7 位地址 0xE0 以及 Software Reset 7位地址 0x06，所以有 62 個地址可用。

在默認(rèn)情況下（即：A0 ~ A5 全部接地），其 7 位地址為 0x40。

4、目標(biāo)寄存器

（1） MODE1 寄存器，地址0x00，可讀、可寫。

（2） MODE2 寄存器，地址0x01，可讀、可寫。

（3） 每路 PWM 有 4 個 8 位控制寄存器，地址見 datasheet，可讀、可寫。

4 個 8 位寄存器在手冊上說成：2 路 12 位寄存器。2 個 12 位寄存器分別控制該路輸出的高、低電平時間，最大數(shù)值是 4095。

根據(jù)下面的 Example 1 不難了解到這 2 個 12 位寄存器的意思是：每個周期從第幾個 count 開始置 1，則 LEDx_ON 寄存器寫幾（十六進(jìn)制形式）；每個周期從第幾個 count 開始清 0，則 LEDx_OFF 寄存器寫幾。

下圖的 4 個 example 表示了一般情況下 2 個 12 位寄存器設(shè)置情況與輸出的關(guān)系。

下圖的 4 個 example 表示了 ON 寄存器值 《 OFF 寄存器值情況下的輸出。

下圖的 4 個 example 表示了 ON 寄存器值 》 OFF 寄存器值情況下的輸出。

（4） PWM 頻率設(shè)置寄存器 PRE_SCALE，地址0xFE，可讀、可寫。

芯片內(nèi)置 25MHz 的晶振，update_rate 是以 Hz 為單位的頻率值。因此，對于 50Hz 的 PWM 來講此寄存器應(yīng)設(shè)置為 121。

RT-Thread 的 PCA9685 驅(qū)動組件

硬件連接如上圖，Sugar 使用了最常見的 PCA9658 舵機(jī)控制模塊，接上邏輯分析儀看數(shù)據(jù)。

一、第 1 段

展開第一段通信內(nèi)容，如下圖：

上圖黃色框中“向 40 號地址寫兩個 0 ”的意思是：向地址為 40 的設(shè)備地址為 0 的寄存器寫入數(shù)據(jù) 0。

相應(yīng)的，后面藍(lán)色框就解讀為：讀取地址為 40 的設(shè)備地址為 0 的寄存器值，設(shè)備反回目標(biāo)寄存器里的數(shù)據(jù)值為 0。

下面到代碼里去找這段通信的相關(guān)內(nèi)容，如下：

二、第 2 段

根據(jù) PCA9685 的 datasheet 所述，設(shè)置 PWM 輸出頻率的時候要先進(jìn)入 SLEEP 模式。并且從 SLEEP 模式重啟的流程是在 datasheet 里指定的。

在 RT-Thread 的 PCA9685 的組件包里，把設(shè)置頻率相關(guān)的一干操作都封裝到了一個函數(shù) pca9685_set_pwm_freq（） 里面。

三、第 3 段

上面已經(jīng)把研究方法說透了，這里就不再把邏輯分析儀的圖放上來了。通過對代碼的分析，Sugar 發(fā)現(xiàn) RT-Thread 這個 PCA9685 的驅(qū)動組件包傳承了 RT-Thread 本身小而美的特點，按照 PCA9685 的 datasheet 封裝函數(shù)，這樣使得對 PCA9685 的了解容易很多。

以 Arduino “以使用方便”為目的不同，PCA9685 組件包傾向于真正讓人弄懂 PCA9685 的用法。在懂了之后，個人就有能力自己“以使用方便”為目的再次做一遍封裝。很多玩過 Arduino 的人都覺得做起來真簡單，離了 Arduino 的環(huán)境真不會。

Arduino 面對的是小白，以方便體驗為主，而 RT-Thread 和其一眾組件能夠讓人真正了解深層次的本源，搞懂這些能讓人在成為高手的路上走得更輕松。當(dāng)成為高手之后，再回頭看 Arduino 才能體會到 Arduino 封裝的真正智慧。