stm32中如何使用PCA9685控制舵机（详解）

最近在公司实习，都说跨入职场是让人进步最快的方式，记录一下我自学加同学指点学到新知识。

一、PCA9685简介

PCA9685是一个基于IIC通信的16路PWM输出模块，可以在单片机资源不足的情况下进行扩展使用。
i2c通信，只需要2根i2c线就可以控制16路pwm，周期和占空比都可控。
可以多个模块级联。箭头部分可以更改设备id。
可以控制16路输出端的开、关、pwm以及占空比。

二、硬件

1、电压

数字电路电压范围可接受3.3和5v电平。此外还有一个v+引脚，这个引脚是给舵机供电用的，可以接稍微高一点的电压。

2、i2c地址

有6个地址控制脚，通过这些引脚可以控制设备的i2c地址。
7位的I2C地址为：0x40 + A5:A0，A5到A0如果不做任何处理的话是0，想要把哪一位置1就把那个引脚焊到一起。
另外用i2cdetect检测出还有一个0x70地址一直存在，这是一个通用地址，可以给所有从机下达指令。

3、使能脚

模块有一个OE反使能脚，这个引脚低电平使能，不接的话模块内部默认已经接地使能了，所以正常使用可以不接。

在使用PCA9685的时候需要注意以下几点：

1.PCA9685的分辨率是12位，即占空比控制时，0-4096对应的占空比为0-100，在控制舵机的时候，控制信号是0.5ms-2.5ms，周期20ms，所以控制舵机角度不会有太高的分辨率，对舵机控制精度较高的地方不建议使用。

PCA9685地址位和很多描述的不一样，根据芯片手册，地址位的寄存器一共8位，其中最高位固定是1，A0-A5这六位是用户可更改的，而其中最关键的一位是R/W位，这一位主要是决定了读还是写，置1时为读，置0时为写，所以我们在写程序的时候，PCA9685的地址应把R/W位加上，是0x80，而不是0x40，在写的时候，发送地址位是0x80，在读的时候，发送的地址位是0x81。

4. 频率

16路PWM 的频率都是一样的， 由prescale PWM 波长设定． 舵机控制所需的 PWM 周期为20 ms． 在用 PCA9685 作为多舵机控制器时，需要将 其 PWM 输出周期设定为20 ms，即PWM 波的频率设定为50 Hz，PCA9685 输出频率与振荡器有关，频率的 设置值

内部时钟频率为25M ,经计算，当需要输出50 Hz 的 PWM 频率时，设定值为121． 将该值下载到频率设定寄存器就可以改变芯片 工作频率． 需要注意的是，频率的更改只能在 PCA9685 芯片处于休眠状态下进行。

presale 地址是0xFE，可以datasheet 里查找到。下面是 开源库中设定频率的函数代码：

void Adafruit_PWMServoDriver::setPWMFreq(float freq)
 {
  //Serial.print("Attempting to set freq ");
  //Serial.println(freq);
  freq *= 0.9;  // Correct for overshoot in the frequency setting (see issue #11).
  float prescaleval = 25000000;
  prescaleval /= 4096;
  prescaleval /= freq;
  prescaleval -= 1;
  if (ENABLE_DEBUG_OUTPUT) {
    Serial.print("Estimated pre-scale: "); Serial.println(prescaleval);
  }
  uint8_t prescale = floor(prescaleval + 0.5);
  if (ENABLE_DEBUG_OUTPUT) {
    Serial.print("Final pre-scale: "); Serial.println(prescale);
  }
  
  uint8_t oldmode = read8(PCA9685_MODE1);
  uint8_t newmode = (oldmode&0x7F) | 0x10; // sleep
  write8(PCA9685_MODE1, newmode); // go to sleep
  write8(PCA9685_PRESCALE, prescale); // set the prescaler
  write8(PCA9685_MODE1, oldmode);
  delay(5);
  write8(PCA9685_MODE1, oldmode | 0xa1);  //  This sets the MODE1 register to turn on auto increment.
                                          // This is why the beginTransmission below was not working.
  //  Serial.print("Mode now 0x"); Serial.println(read8(PCA9685_MODE1), HEX);
}

5.地址定义表

在datasheet 文件中可以看到地址定义信息表，这里剪一页到这里作为参考

6. 舵机角度

一个周期为20ms的脉冲里面高电平持续的时间决定了舵机转动的角度，180度舵机对应关系如下：0.5ms–0度，1ms–45度，1.5ms–90度，2ms–135度，2.5ms–180度。

总体而言，stm32中使用PCA9685控制舵机原理是通过向舵机的信号线发送PWM信号来控制舵机的输出量，而PWM的周期以及占空比，我们是可控的，我们通过PCA9685控制PWM信号输出，以此来达到控制的目的。

占空比 = t / T 相关参数如下：

t = 0.5ms——————-舵机会转到 0 °
t = 1.0ms——————-舵机会转到 45°
t = 1.5ms——————-舵机会转到 90°
t = 2.0ms——————-舵机会转到 135°
t = 2.5ms——————-舵机会转到 180°
以下是我的部分原理图