當你在一個項目中碰到了微控制器芯片的PWM輸出引腳不夠用的情況，那么這款PCA968516路舵機就能很快幫助您解決這個問題了。只要你的主控芯片具備了I2C通信，就能夠讓主控芯片和PCA9685通信，實現多個舵機的同時控制了。PCA9685 16路舵機是一個采用I2C通信，內置了PWM驅動器和一個時鐘，這個意味著，這將和TLCG940系列有很大不同，你不需要不斷發送信號占用你的單片機。它是5V的兼容，這意味你還可以用3.3V單片機控制并且安全地驅動到6V輸出(當你想要控制白色或藍色指示燈用3.4+正電壓也是可以的)。地址選擇引腳使你可以把62個驅動板掛在單個l2C總線上，總共有992路PWM輸出，那將是非常龐大的資源，約1.6Khz可調頻PWM輸出，為步進電機準備輸出12位分辨率，可配置的推拉輸出或開路輸出，輸出使能引腳能夠快速禁用所有輸出。

一、模塊來源

模塊實物展示：

資料鏈接：https://pan.baidu.com/s/1FjoAuJm387bxaZxS6g9HEg
資料提取碼：8888

二、規格參數

輸入電壓：3.3V~5V

額定電流：15mA

控制方式：IIC

尺寸：21(長)*21(寬)[單位:mm]

以上信息見廠家資料文件

三、移植過程

我們的目標是將例程移植至CW32F030C8T6開發板上【實現無線的數據傳輸的功能】。首先要獲取資料，查看數據手冊應如何實現讀取數據，再移植至我們的工程。

3.1查看資料

IIC器件地址

PCA9685 是一個I2C 從設備，有個設備ID，或者叫從 地址。從地址是如下確定的：

Board 0: Address = 0×40 Offset = binary 00000 (默認)

Board 1: Address = 0×41 Offset = binary 00001 (A0接上拉)

Board 2: Address = 0×42 Offset = binary 00010 (接上A1上拉)

Board 3: Address = 0×43 Offset = binary 00011 (A0和A1上拉)

Board 4: Address = 0×44 Offset = binary 00100 (A2上拉)

以此類推；

PCA9685的I2C總線從地址如下圖所示。為了節約電力，硬件可選地址引腳上沒有內部上拉電阻，它們必須被拉高或拉低。但是我們使用的是模塊，而模塊上已經為我們接好了上拉電阻。

地址字節的最后一位定義要執行的操作。當設置為邏輯1時，將選擇讀操作，而邏輯0則選擇寫操作。 在原理圖中，地址線全部接0，所以slave address是0x40。對應Fig 4上的位置，則為:

則IIC地址是 0x80 ，寫入時是0x80，讀取時是0x81。

設置PWM頻率

舵機控制所需的 PWM 周期為20 ms． 在用 PCA9685 作為多舵機控制器時，需要將 其 PWM 輸出周期設定為20 ms，即PWM 波的頻率設定為50 Hz，PCA9685 輸出頻率與振蕩器有關，頻率的設置值refresh_rate見下面的公式；

其中，EXTCLK是PCA9685的內部時鐘頻率為25Mhz；prescale是要設置的頻率，我們設置為50Hz;

refresh_rate = 25,000,000 /( 4096 * ( 50 + 1 ))

refresh_rate = 25,000,000 / 4096 / (50 + 1)

refresh_rate = 6,103.52 / (50 + 1)

refresh_rate = 6,103.52 / 51

refresh_rate = 119.68

所以我們需要設置的值是119.68，取整數就是120。

需要注意的是，頻率的更改只能在 PCA9685 芯片處于休眠狀態下進行。

以下加粗字體是數據手冊內容：

要使用EXTCLK引腳，該位必須按以下順序設置:

在mode1中設置SLEEP位。這就關閉了內部振蕩器，使芯片處于休眠狀態。

將邏輯1寫入MODE1中的SLEEP和EXTCLK位。這樣就轉換完成了。外部時鐘可以在切換期間處于活動狀態，因為設置了SLEEP位。

這個位是一個“粘性位”，也就是說，它不能通過寫入邏輯0來清除。EXTCLK位只能通過電源循環或軟件重置來清除。 占空比或者脈沖寬度的設定

每個PWM引腳輸出的開啟時間和PWM的占空比可以通過LEDn_ON和LEDn_OFF寄存器獨立控制。

每個PWM引腳輸出將有兩個12位寄存器。這些寄存器將由用戶編程。兩個寄存器都將保存從0到4095的值。一個12位寄存器將保存ON時間的值，另一個12位寄存器將保存OFF時間的值。將ON和OFF時間與12位計數器的值進行比較，該計數器將從0000h持續運行到0FFFh(0到4095十進制)。

ON時間是可編程的，它是PWM輸出ON的時間，OFF時間也是可編程的，它是PWM輸出OFF的時間。這樣相移就完全可編程了。相移的分辨率為目標頻率的1 / 4096。表7列出了這些寄存器。

以下用一個例子說明如何計算要加載到這些寄存器中的值。

(假設使用LED0輸出，(延時時間)+ (PWM占空比)<=100%)

延遲時間 = 10%;PWM占空比= 20% (LEDON電平= 20%;LEDOFF時間= 80%)。延遲時間= 10% = 4096 * 0.1 = 409.6 ~ 410，計數= 410（十進制） = 19Ah（十六進制）

因為計數器從0開始，到4095結束，我們將減去1，所以延遲時間 = 199h 個數。

LED0_ON_H = 1h;LED0_ON_L = 99h (LED開始打開后，這個延遲計數到409)

LED開機時間= 20% = 819.2 ~ 819次

LED關閉時間= 4CCh(十進制410 + 819-1 = 1228)

LED0_OFF_H = 4h;LED0_OFF_L = CCh(此計數到1228后LED開始關閉)

整個周期為4095， LED_ON 和 LED_OFF 2個的設定值確定脈寬，在后面的代碼里，LED_ON 設為0， LED_OFF就是脈寬了。 這里都用2位字節來表示。

相關地址表

// 相關地址表
// 這里只截圖了需要的地址，分別是：
#define PCA_Addr            0x80    //IIC地址
#define PCA_Model           0x00
#define LED0_ON_L           0x06
#define LED0_ON_H           0x07
#define LED0_OFF_L          0x08
#define LED0_OFF_H          0x09
#define PCA_Pre             0xFE    //配置頻率地址

3.2引腳選擇

模塊接線圖

3.3移植至工程

移植步驟中的導入.c和.h文件與【CW32模塊使用】DHT11溫濕度傳感器相同，只是將.c和.h文件更改為bsp_pca9685.c與bsp_pca9685.h。這里不再過多講述，移植完成后面修改相關代碼。

在文件bsp_pca9685.c中，編寫如下代碼。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-25     LCKFB-LP    first version
 */

#include "bsp_pca9685.h"
#include "stdio.h"
#include 

/******************************************************************
 * 函 數 名 稱：PCA9685_GPIO_Init
 * 函 數 說 明：PCA9685的引腳初始化
 * 函 數 形 參：無
 * 函 數 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
void PCA9685_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化結構體

    RCC_PCA9685_GPIO_ENABLE();        // 使能GPIO時鐘

    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA|GPIO_SCL;   // GPIO引腳
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 開漏輸出
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;    // 輸出速度高
    GPIO_Init(PORT_PCA9685, &GPIO_InitStruct);  // 初始化
}


/******************************************************************
 * 函 數 名 稱：IIC_Start
 * 函 數 說 明：IIC起始時序
 * 函 數 形 參：無
 * 函 數 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
        SDA_OUT();

        SDA(1);
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);

        SDA(0);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        delay_us(5);

}
/******************************************************************
 * 函 數 名 稱：IIC_Stop
 * 函 數 說 明：IIC停止信號
 * 函 數 形 參：無
 * 函 數 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
        SDA_OUT();
        SCL(0);
        SDA(0);

        SCL(1);
        delay_us(5);
        SDA(1);
        delay_us(5);

}

/******************************************************************
 * 函 數 名 稱：IIC_Send_Ack
 * 函 數 說 明：主機發送應答或者非應答信號
 * 函 數 形 參：0發送應答  1發送非應答
 * 函 數 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
void IIC_Send_Ack(unsigned char ack)
{
        SDA_OUT();
        SCL(0);
        SDA(0);
        delay_us(5);
        if(!ack) SDA(0);
        else     SDA(1);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        SDA(1);
}


/******************************************************************
 * 函 數 名 稱：I2C_WaitAck
 * 函 數 說 明：等待從機應答
 * 函 數 形 參：無
 * 函 數 返 回：0有應答  1超時無應答
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
unsigned char I2C_WaitAck(void)
{

        char ack = 0;
        unsigned char ack_flag = 10;
        SCL(0);
        SDA(1);
        SDA_IN();
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);

        while( (SDA_GET()==1) && ( ack_flag ) )
        {
                        ack_flag--;
                        delay_us(5);
        }

        if( ack_flag <= 0 )
        {
                        IIC_Stop();
                        return 1;
        }
        else
        {
                        SCL(0);
                        SDA_OUT();
        }
        return ack;
}

/******************************************************************
 * 函 數 名 稱：Send_Byte
 * 函 數 說 明：寫入一個字節
 * 函 數 形 參：dat要寫人的數據
 * 函 數 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
void Send_Byte(uint8_t dat)
{
        int i = 0;
        SDA_OUT();
        SCL(0);//拉低時鐘開始數據傳輸

        for( i = 0; i < 8; i++ )
        {
                SDA( (dat & 0x80) >> 7 );
                delay_us(1);
                SCL(1);
                delay_us(5);
                SCL(0);
                delay_us(5);
                dat>8);
        I2C_WaitAck();

        Send_Byte(off&0xFF);
        I2C_WaitAck();

        Send_Byte(off>>8);
        I2C_WaitAck();

        IIC_Stop();

}



/******************************************************************
 * 函 數 名 稱：PCA9685_setFreq
 * 函 數 說 明：設置PCA9685的輸出頻率
 * 函 數 形 參：freq
 * 函 數 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：
floor語法：
FLOOR(number, significance)
    Number必需。要舍入的數值。
    Significance必需。要舍入到的倍數。
說明
    將參數 number 向下舍入（沿絕對值減小的方向）為最接近的 significance 的倍數。
    如果任一參數為非數值型，則 FLOOR 將返回錯誤值 #VALUE!。
    如果 number 的符號為正，且 significance 的符號為負，則 FLOOR 將返回錯誤值 #NUM!
示例
    公式                                說明                                                                結果
    FLOOR(3.7,2)                將 3.7 沿絕對值減小的方向向下舍入，使其等于最接近的 2 的倍數                2
    FLOOR(-2.5, -2)                將 -2.5 沿絕對值減小的方向向下舍入，使其等于最接近的 -2 的倍數                -2
******************************************************************/
void PCA9685_setFreq(float freq)
{
        uint8_t prescale,oldmode,newmode;

        double prescaleval;

//        freq *= 0.9;  // Correct for overshoot in the frequency setting (see issue #11).

//        PCA9685的內部時鐘頻率是25Mhz
//        公式: presale_Volue = round( 25000000/(4096 * update_rate) ) - 1
//        round = floor();  floor是數學函數，需要導入 math.h 文件
//        update_rate = freq;
        prescaleval = 25000000;
        prescaleval /= 4096;
        prescaleval /= freq;
        prescaleval -= 1;
        prescale = floor(prescaleval+0.5f);

        //返回MODE1地址上的內容（保護其他內容）
        oldmode = PCA9685_Read(PCA_Model);

        //在MODE1中設置SLEEP位
        newmode = (oldmode&0x7F)|0x10;
        //將更改的MODE1的值寫入MODE1地址,使芯片睡眠
        PCA9685_Write(PCA_Model,newmode);
        //寫入我們計算的設置頻率的值
        //PCA_Pre = presale 地址是0xFE，可以數據手冊里查找到
        PCA9685_Write(PCA_Pre,prescale);
        //重新復位
        PCA9685_Write(PCA_Model,oldmode);
        //等待復位完成
        delay_1ms(5);
        //設置MODE1寄存器開啟自動遞增
        PCA9685_Write(PCA_Model,oldmode|0xa1);
}

//
/******************************************************************
 * 函 數 名 稱：setAngle
 * 函 數 說 明：設置角度
 * 函 數 形 參：num要設置的PWM引腳     angle設置的角度
 * 函 數 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
void setAngle(uint8_t num,uint8_t angle)
{
        uint32_t off = 0;

        off = (uint32_t)(158+angle*2.2);

        PCA9685_setPWM(num,0,off);
}

/******************************************************************
 * 函 數 名 稱：PCA9685_Init
 * 函 數 說 明：PCA9685初始化，所有PWM輸出頻率配置與所有PWM引腳輸出的舵機角度
 * 函 數 形 參：hz設置的初始頻率  angle設置的初始角度
 * 函 數 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
void PCA9685_Init(float hz,uint8_t angle)
{
        uint32_t off = 0;

        PCA9685_GPIO_Init();

        //在MODE1地址上寫0x00
        PCA9685_Write(PCA_Model,0x00);        //這一步很關鍵，如果沒有這一步PCA9685就不會正常工作。

//        pwm.setPWMFreq(SERVO_FREQ)函數主要是設置PCA9685的輸出頻率，
//        PCA9685的16路PWM輸出頻率是一致的，所以是不能實現不同引腳不同頻率的。
//        下面是setPWMFreq函數的內容，主要是根據頻率計算PRE_SCALE的值。
        PCA9685_setFreq(hz);
        //計算角度
        off = (uint32_t)(145+angle*2.4);

        //控制16個舵機輸出off角度
        PCA9685_setPWM(0,0,off);
        PCA9685_setPWM(1,0,off);
        PCA9685_setPWM(2,0,off);
        PCA9685_setPWM(3,0,off);
        PCA9685_setPWM(4,0,off);
        PCA9685_setPWM(5,0,off);
        PCA9685_setPWM(6,0,off);
        PCA9685_setPWM(7,0,off);
        PCA9685_setPWM(8,0,off);
        PCA9685_setPWM(9,0,off);
        PCA9685_setPWM(10,0,off);
        PCA9685_setPWM(11,0,off);
        PCA9685_setPWM(12,0,off);
        PCA9685_setPWM(13,0,off);
        PCA9685_setPWM(14,0,off);
        PCA9685_setPWM(15,0,off);

        delay_1ms(100);

}

在文件bsp_pca9685.h中，編寫如下代碼。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-25     LCKFB-LP    first version
 */

#ifndef _BSP_PCA9685_H_
#define _BSP_PCA9685_H_

#include "board.h"


//端口移植
#define RCC_PCA9685_GPIO_ENABLE()   __RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define PORT_PCA9685                CW_GPIOA

#define GPIO_SDA                    GPIO_PIN_5
#define GPIO_SCL                    GPIO_PIN_6

//設置SDA輸出模式
#define SDA_OUT()   {        
                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                
                        GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA;                 
                        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;      
                        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;         
                        GPIO_Init(PORT_PCA9685, &GPIO_InitStruct);       
                     }
//設置SDA輸入模式
#define SDA_IN()    {        
                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                
                        GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA;                 
                        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;          
                        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;         
                        GPIO_Init(PORT_PCA9685, &GPIO_InitStruct);       
                    }
//獲取SDA引腳的電平變化
#define SDA_GET()       GPIO_ReadPin(PORT_PCA9685, GPIO_SDA)
//SDA與SCL輸出
#define SDA(x)          GPIO_WritePin(PORT_PCA9685, GPIO_SDA, (x?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET) )
#define SCL(x)          GPIO_WritePin(PORT_PCA9685, GPIO_SCL, (x?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET) )

#define PCA_Addr              0x80        //IIC地址
#define PCA_Model             0x00
#define LED0_ON_L             0x06
#define LED0_ON_H             0x07
#define LED0_OFF_L            0x08
#define LED0_OFF_H            0x09
#define PCA_Pre               0xFE        //配置頻率地址

void PCA9685_Init(float hz,uint8_t angle);
void setAngle(uint8_t num,uint8_t angle);
void PCA9685_setFreq(float freq);
void PCA9685_setPWM(uint8_t num,uint32_t on,uint32_t off);

#endif

四、移植驗證

在自己工程中的main主函數中，編寫如下。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-25     LCKFB-LP    first version
 */
#include "board.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_pca9685.h"

int32_t main(void)
{
    uint8_t i = 0;

    board_init();

    uart1_init(115200);

    printf("startrn");

    PCA9685_Init(60,0);        //PCA9685--16路舵機初始化  頻率60Hz -- 0度
    delay_ms(1000);
    while(1)
    {
        i = ( i + 1 ) % 180;
        setAngle(0,i);
        delay_ms(10);
    }
}

移植現象：0號接口的舵機從0度一直移動到180度后，又回到0度。

模塊移植成功案例代碼：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1UrA4XVIjnRYQAL4bSxNIfg?pwd=LCKF

提取碼：LCKF