PCA9685使用：I2C转16路PWM

原文链接： https://blog.csdn.net/asmallwhite/article/details/83048091

PCA9685：I2C转16路PWM，助力你的系统

1 基本介绍

1.1 该IC主要参数特征如下：

• I2C接口，支持高达16路PWM输出，每路12位分辨率(4096级)
• 内置25MHz晶振，可不连接外部晶振，也可以连接外部晶振，最大50MHz
• 支持2.3V-5.5V电压，最大耐压值5.5V,逻辑电平3.3V

• 具有上电复位，以及软件复位等功能
  
  注：本教程侧重PCA9685的PWM输出，但PCA9685亦可用于WS2812等LED颜色控制等。

1.2 控制精度

假设舵机为50HZ的控制频率，脉宽为0.5ms~2.5ms，12位分辨率(4096级)，相关精度计算如下：

PWM周期：

时间分辨率：

最大脉宽时间：

最大脉宽时间可分成的份数：

0-180度的舵机，角度分辨率：

2 硬件参数

2.1 封装及引脚排列

PCA9685有两种封装：TSSOP28, HVQFN28，其相应的引脚排列如下图所示：

引脚功能描述如下图所示：

2.2 器件地址

PCA9685的器件地址是由引脚A0，A1，A2，A3，A4，A5共同决定，并且该引脚不可悬空，由于有6个引脚共同决定器件地址，因此，可以有64个器件地址，由于该IC上电便保留LED All Call address (E0h，1110 000)以及Software Reset address(06h，0000 0110)，实际仅有62个可用器件地址，因此，理论上，1个I2C接口可控制16*62=992路PWM，其引脚控制器件地址的示意图如下图所示：

默认情况下，若将A0-A5全部接地，则其器件地址为:0x40。

2.3 寄存器及其地址

默认情况下，上电复位后，寄存器地址的默认值均为0，寄存器地址及其用途见下图所示:


图中节选的部分寄存器地址中，主要关心以下寄存器：

模式设置寄存器：MODE1，MODE2。

脉宽(占空比)设置寄存器：LED0_ON_L,LED0_ON_H,LED0_OFF_L,LED0_OFF_H……LED15……每一路PWM通道占用4个寄存器。

周期(频率)设置寄存器：PRE_SCALE。
接下来介绍以上寄存器的使用及其注意事项。

2.4 模式设置寄存器

2.4.1 MODE1寄存器

首先介绍MODE1寄存器,如下图:

在使用该寄存器的时候要注意：

如果未停止所有PWM输出就将其进入到睡眠模式，那么，所有输出通道在下一轮都将输出高电平。

睡眠后重新启动PWM的操作为:

注意，在设置PWM频率(写PRESCALE寄存器)的时候，要先设置为Sleep模式，请参考后面源码部分。

2.4.2 MODE2寄存器

该寄存器的各位功能如下图所示:

2.5 PWM通道寄存器及其占空比设置

PWM通道寄存器如下图：

由图可知，对于每一个通道，有4个寄存器，每个寄存器图解如下图所示:

在设置PWM占空比的时候，首先，配置舵机的示例如下图所示(ON < OFF的情况):

当特殊情况下，PWM周期大于定时器一次计数时,如下图所示(ON>OFF的情况):

2.6 PWM周期(频率)寄存器及其周期(频率)设置

接下来介绍配置PWM频率的寄存器:
一般情况下，在用内置晶振，为25MHZ，通过配置PRE_SCALE寄存器进行配置，配置的PRE_SCALE寄存器的值与PWM频率的关系如下图所示:

如果在舵机控制中，采用内置晶振，取osc_clock=25000000，update_rate=50(舵机控制频率50Hz)

2.7 推荐硬件设计

首先，OE引脚须接低电平以确保IC使能，如果连接LED灯，则推荐以下几种连接方式，如下图所示: