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当你在一个项目中碰到了微控制器芯片的PWM输出引脚不够用的情况，那么这款PCA968516路舵机就能很快帮助您解决这个问题了。只要你的主控芯片具备了I2C通信，就能够让主控芯片和PCA9685通信，实现多个舵机的同时控制了。
PCA9685 16路舵机是一个采用I2C通信，内置了PWM驱动器和一个时钟，这个意味着，这将和TLCG940系列有很大不同，你不需要不断发送信号占用你的单片机。它是5V的兼容，这意味你还可以用3.3V单片机控制并且安全地驱动到6V输出(当你想要控制白色或蓝色指示灯用3.4+正电压也是可以的)。地址选择引脚使你可以把62个驱动板挂在单个l2C总线上，总共有992路PWM输出，那将是非常庞大的资源，约1.6Khz可调频PWM输出，为步进电机准备输出12位分辨率，可配置的推拉输出或开路输出，输出使能引脚能够快速禁用所有输出。
一模块来源
模块实物展示：
资料链接：https://pan.baidu.com/s/1FjoAuJm387bxaZxS6g9HEg
资料提取码：8888
二规格参数
输入电压：3.3V~5V
额定电流：15mA
控制方式：IIC
尺寸：21(长)*21(宽)[单位:mm]
以上信息见厂家资料文件
三移植过程
我们的目标是将例程移植至CW32F030C8T6开发板上【实现无线的数据传输的功能】。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现读取数据，再移植至我们的工程。
3.1查看资料
IIC器件地址
PCA9685 是一个I2C 从设备，有个设备ID，或者叫从 地址。从地址是如下确定的：
Board 0: Address = 0×40 Offset = binary 00000 (默认)
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)
以此类推；
PCA9685的I2C总线从地址如下图所示。为了节约电力，硬件可选地址引脚上没有内部上拉电阻，它们必须被拉高或拉低。但是我们使用的是模块，而模块上已经为我们接好了上拉电阻。
地址字节的最后一位定义要执行的操作。当设置为逻辑1时，将选择读操作，而逻辑0则选择写操作。 在原理图中，地址线全部接0，所以slave address是0x40。对应Fig 4上的位置，则为:
则IIC地址是 0x80 ，写入时是0x80，读取时是0x81。
设置PWM频率
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refresh_rate见下面的公式；
其中，EXTCLK是PCA9685的内部时钟频率为25Mhz；prescale是要设置的频率，我们设置为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
所以我们需要设置的值是119.68，取整数就是120。
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。
以下加粗字体是数据手册内容：
要使用EXTCLK引脚，该位必须按以下顺序设置:
在mode1中设置SLEEP位。这就关闭了内部振荡器，使芯片处于休眠状态。
将逻辑1写入MODE1中的SLEEP和EXTCLK位。这样就转换完成了。外部时钟可以在切换期间处于活动状态，因为设置了SLEEP位。
这个位是一个“粘性位”，也就是说，它不能通过写入逻辑0来清除。EXTCLK位只能通过电源循环或软件重置来清除。 占空比或者脉冲宽度的设定
每个PWM引脚输出的开启时间和PWM的占空比可以通过LEDn_ON和LEDn_OFF寄存器独立控制。
每个PWM引脚输出将有两个12位寄存器。这些寄存器将由用户编程。两个寄存器都将保存从0到4095的值。一个12位寄存器将保存ON时间的值，另一个12位寄存器将保存OFF时间的值。将ON和OFF时间与12位计数器的值进行比较，该计数器将从0000h持续运行到0FFFh(0到4095十进制)。
ON时间是可编程的，它是PWM输出ON的时间，OFF时间也是可编程的，它是PWM输出OFF的时间。这样相移就完全可编程了。相移的分辨率为目标频率的1 / 4096。表7列出了这些寄存器。
以下用一个例子说明如何计算要加载到这些寄存器中的值。
(假设使用LED0输出，(延时时间)+ (PWM占空比)<=100%)
延迟时间 = 10%;PWM占空比= 20% (LEDON电平= 20%;LEDOFF时间= 80%)。延迟时间= 10% = 4096 * 0.1 = 409.6 ~ 410，计数= 410（十进制） = 19Ah（十六进制）
因为计数器从0开始，到4095结束，我们将减去1，所以延迟时间 = 199h 个数。
LED0_ON_H = 1h;LED0_ON_L = 99h (LED开始打开后，这个延迟计数到409)
LED开机时间= 20% = 819.2 ~ 819次
LED关闭时间= 4CCh(十进制410 + 819-1 = 1228)
LED0_OFF_H = 4h;LED0_OFF_L = CCh(此计数到1228后LED开始关闭)
整个周期为4095， LED_ON 和 LED_OFF 2个的设定值确定脉宽，在后面的代码里，LED_ON 设为0， LED_OFF就是脉宽了。 这里都用2位字节来表示。
相关地址表
// 相关地址表// 这里只截图了需要的地址，分别是：#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 //配置频率地址
3.2引脚选择
模块接线图
3.3移植至工程
移植步骤中的导入.c和.h文件与【CW32模块使用】DHT11温湿度传感器相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_pca9685.c与bsp_pca9685.h。这里不再过多讲述，移植完成后面修改相关代码。
在文件bsp_pca9685.c中，编写如下代码。
/** Change Logs:* Date Author Notes* 2024-06-25 LCKFB-LP first version*/#include "bsp_pca9685.h"#include "stdio.h"#include <math.h>/******************************************************************* 函 数 名 称：PCA9685_GPIO_Init* 函 数 说 明：PCA9685的引脚初始化* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/void PCA9685_GPIO_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化结构体RCC_PCA9685_GPIO_ENABLE(); // 使能GPIO时钟GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA|GPIO_SCL; // GPIO引脚GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH; // 输出速度高GPIO_Init(PORT_PCA9685, &GPIO_InitStruct); // 初始化}/******************************************************************* 函 数 名 称：IIC_Start* 函 数 说 明：IIC起始时序* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/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 数 名 称：IIC_Stop* 函 数 说 明：IIC停止信号* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/void IIC_Stop(void){SDA_OUT();SCL(0);SDA(0);SCL(1);delay_us(5);SDA(1);delay_us(5);}/******************************************************************* 函 数 名 称：IIC_Send_Ack* 函 数 说 明：主机发送应答或者非应答信号* 函 数 形 参：0发送应答 1发送非应答* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/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 数 名 称：I2C_WaitAck* 函 数 说 明：等待从机应答* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：0有应答 1超时无应答* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/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 数 名 称：Send_Byte* 函 数 说 明：写入一个字节* 函 数 形 参：dat要写人的数据* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/void Send_Byte(uint8_t dat){int i = 0;SDA_OUT();SCL(0);//拉低时钟开始数据传输for( i = 0; i < 8; i++ ){SDA( (dat & 0x80) >> 7 );delay_us(1);SCL(1);delay_us(5);SCL(0);delay_us(5);dat<<=1;}}/******************************************************************* 函 数 名 称：Read_Byte* 函 数 说 明：IIC读时序* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：读到的数据* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/unsigned char Read_Byte(void){unsigned char i,receive=0;SDA_IN();//SDA设置为输入for(i=0;i<8;i++ ){SCL(0);delay_us(5);SCL(1);delay_us(5);receive<<=1;if( SDA_GET() ){receive|=1;}delay_us(5);}SCL(0);return receive;}/******************************************************************* 函 数 名 称：PCA9685_Write* 函 数 说 明：向PCA9685写命令或数据* 函 数 形 参：addr写入的寄存器地址 data写入的命令或数据* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/void PCA9685_Write(uint8_t addr,uint8_t data){IIC_Start();Send_Byte(PCA_Addr);I2C_WaitAck();Send_Byte(addr);I2C_WaitAck();Send_Byte(data);I2C_WaitAck();IIC_Stop();}/******************************************************************* 函 数 名 称：PCA9685_Read* 函 数 说 明：读取PCA9685数据* 函 数 形 参：addr读取的寄存器地址* 函 数 返 回：读取的数据* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/uint8_t PCA9685_Read(uint8_t addr){uint8_t data;IIC_Start();Send_Byte(PCA_Addr);I2C_WaitAck();Send_Byte(addr);I2C_WaitAck();IIC_Stop();delay_us(10);IIC_Start();Send_Byte(PCA_Addr|0x01);I2C_WaitAck();data = Read_Byte();IIC_Send_Ack(1);IIC_Stop();return data;}/******************************************************************* 函 数 名 称：PCA9685_setPWM* 函 数 说 明：设置第num个PWM引脚，on默认为0，控制舵机旋转off角度* 函 数 形 参：num：设置第几个引脚输出，范围0~15* on ：默认为0* off：舵机旋转角度，范围：0~180* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/void PCA9685_setPWM(uint8_t num,uint32_t on,uint32_t off){IIC_Start();Send_Byte(PCA_Addr);I2C_WaitAck();Send_Byte(LED0_ON_L+4*num);I2C_WaitAck();Send_Byte(on&0xFF);I2C_WaitAck();Send_Byte(on>>8);I2C_WaitAck();Send_Byte(off&0xFF);I2C_WaitAck();Send_Byte(off>>8);I2C_WaitAck();IIC_Stop();}/******************************************************************* 函 数 名 称：PCA9685_setFreq* 函 数 说 明：设置PCA9685的输出频率* 函 数 形 参：freq* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：floor语法：FLOOR(number, significance)Number必需。要舍入的数值。Significance必需。要舍入到的倍数。说明将参数 number 向下舍入（沿绝对值减小的方向）为最接近的 significance 的倍数。如果任一参数为非数值型，则 FLOOR 将返回错误值 #VALUE!。如果 number 的符号为正，且 significance 的符号为负，则 FLOOR 将返回错误值 #NUM!示例公式 说明 结果FLOOR(3.7,2) 将 3.7 沿绝对值减小的方向向下舍入，使其等于最接近的 2 的倍数 2FLOOR(-2.5, -2) 将 -2.5 沿绝对值减小的方向向下舍入，使其等于最接近的 -2 的倍数 -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的内部时钟频率是25Mhz// 公式: presale_Volue = round( 25000000/(4096 * update_rate) ) - 1// round = floor(); floor是数学函数，需要导入 math.h 文件// update_rate = freq;prescaleval = 25000000;prescaleval /= 4096;prescaleval /= freq;prescaleval -= 1;prescale = floor(prescaleval+0.5f);//返回MODE1地址上的内容（保护其他内容）oldmode = PCA9685_Read(PCA_Model);//在MODE1中设置SLEEP位newmode = (oldmode&0x7F)|0x10;//将更改的MODE1的值写入MODE1地址,使芯片睡眠PCA9685_Write(PCA_Model,newmode);//写入我们计算的设置频率的值//PCA_Pre = presale 地址是0xFE，可以数据手册里查找到PCA9685_Write(PCA_Pre,prescale);//重新复位PCA9685_Write(PCA_Model,oldmode);//等待复位完成delay_1ms(5);//设置MODE1寄存器开启自动递增PCA9685_Write(PCA_Model,oldmode|0xa1);}///******************************************************************* 函 数 名 称：setAngle* 函 数 说 明：设置角度* 函 数 形 参：num要设置的PWM引脚 angle设置的角度* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/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 数 名 称：PCA9685_Init* 函 数 说 明：PCA9685初始化，所有PWM输出频率配置与所有PWM引脚输出的舵机角度* 函 数 形 参：hz设置的初始频率 angle设置的初始角度* 函 数 返 回：无* 作 者：LC* 备 注：无******************************************************************/void PCA9685_Init(float hz,uint8_t angle){uint32_t off = 0;PCA9685_GPIO_Init();//在MODE1地址上写0x00PCA9685_Write(PCA_Model,0x00); //这一步很关键，如果没有这一步PCA9685就不会正常工作。// pwm.setPWMFreq(SERVO_FREQ)函数主要是设置PCA9685的输出频率，// PCA9685的16路PWM输出频率是一致的，所以是不能实现不同引脚不同频率的。// 下面是setPWMFreq函数的内容，主要是根据频率计算PRE_SCALE的值。PCA9685_setFreq(hz);//计算角度off = (uint32_t)(145+angle*2.4);//控制16个舵机输出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，编写如下代码。
/** 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//设置SDA输出模式#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);}//设置SDA输入模式#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);}//获取SDA引脚的电平变化#define SDA_GET() GPIO_ReadPin(PORT_PCA9685, GPIO_SDA)//SDA与SCL输出#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 //配置频率地址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
四移植验证
>>>
在自己工程中的main主函数中，编写如下。
/** 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路舵机初始化 频率60Hz -- 0度delay_ms(1000);while(1){i = ( i + 1 ) % 180;setAngle(0,i);delay_ms(10);}}
移植现象：0号接口的舵机从0度一直移动到180度后，又回到0度。
模块移植成功案例代码：
链接：https://pan.baidu.com/s/1UrA4XVIjnRYQAL4bSxNIfg?pwd=LCKF
提取码：LCKF
END
往期回顾
REVIEW
【产品方案】基于CW32L010低成本电动工具方案
【产品应用】基于CW32的智能充电宝（方案开源）
【产品应用】CW-W88水泵通用控制板设计方案（已开源）
【产品应用】基于CW32的角磨机控制器产品方案
【产品方案】基于CW32F030C8的低压无刷风机无感控制器
【产品方案】基于CW32的无刷直流空心杯电机有感控制驱动方案
【产品方案】基于CW32的无刷直流空心杯电机无感方波控制驱动方案
【产品方案】基于CW32F003E4P7的数字电压电流表产品方案
【产品方案】CW32L010低成本工业仪表
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