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文章目录

前言
一、PCA9685简介
二、Arduino使用PCA9685
- 1.硬件连接
- 2.Adafruit库安装
- 3.示例程序解析
三、STM32使用PCA9685
总结（程序代码下载）

前言

最近要用到PCA9685控制多路舵机，就买了一块PCA9685模块试验，刚开始参照淘宝店铺给的例程写代码，结果PCA9685完全没反应，经过几天的摸索终于搞明白PCA9685的用法，在这里给大家分享一下PCA9685的使用方法。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

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。
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。

2.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。

u8 PCA9685_Read(u8 addr)
{u8 data;IIC_Start();IIC_Send_Byte(PCA_Addr);IIC_NAck();IIC_Send_Byte(addr);IIC_NAck();IIC_Stop();delay_us(10);IIC_Start();IIC_Send_Byte(PCA_Addr|0x01);        //在这里会将地址位的末位置1IIC_NAck();data = IIC_Read_Byte(0);IIC_Stop();return data;}

二、Arduino使用PCA9685

Arduino使用PCA9685模块主要参考大佬的方法，链接如下：

https://blog.csdn.net/u010841775/article/details/99701182

1.硬件连接

Arduino和PCA9685主要以IIC方式连接，接线顺序如下：
Arduino PCA9685
5V -----> VCC
SDA -----> SDA
SCL -----> SCL
GND -----> GND
根据模块的电路原理图，可以看到模块上芯片的供电VCC和舵机驱动引脚的供电5V是分开的，我们开发板的5V功率较小，无法带动多个舵机，我们可以通过5V接口外接供电电路。在试验的时候为了方便接线，我就直接把VCC和5V引脚用接线帽短接了。

Arduino本身自带IIC接口，但不同的板子接口不一样，Arduino UNO的是A4和A5两个引脚，我用的MEGA2560，它的IIC引脚就不是A4和A5了。不过板子上右上角都明确标出来了。

2.Adafruit库安装

PC9685模块对应的库是由Adafruit提供的外部库。在打开Arduino IDE点击“项目–>加载库–>管理库”，在搜索框里输入：adafruit pwm，将该库安装即可。

安装完成库之后，打开示例程序，程序中已经写好，可以直接编译下载。

3.示例程序解析

Arduino的示例程序里面主要有三个函数，下面一次对其进行解析：

pwm.begin();

pwm.begin()函数主要是对IIC引脚的初始化配置，在配置完成后对PCA9685进行重置，即在MODE1地址上写0x00。这一步很关键，如果没有这一步PCA9685就不会正常工作。

void Adafruit_PWMServoDriver::begin(void) {WIRE.begin();reset();
}void Adafruit_PWMServoDriver::reset(void) {write8(PCA9685_MODE1, 0x0);
}

pwm.setPWMFreq(SERVO_FREQ);  // Analog servos run at ~50 Hz updates

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。

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;uint8_t oldmode = read8(PCA9685_MODE1);uint8_t newmode = (oldmode&0x7F) | 0x10; // sleepwrite8(PCA9685_MODE1, newmode); // go to sleepwrite8(PCA9685_PRESCALE, prescale); // set the prescalerwrite8(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);
}

通过逻辑分析仪对其信号进行了解析，方便后续STM32程序的编写。

pwm.setPWM(pwmnum, on, off );

pwm.setPWM(pwmnum, on, off )函数主要是对输出PWM占空比的调节。通常on都设为0，改变off即可。因为PCA9685是12位分辨率，所以off的值0~4096就代表了占空比0-100.

void Adafruit_PWMServoDriver::setPWM(uint8_t num, uint16_t on, uint16_t off) {//Serial.print("Setting PWM "); Serial.print(num); Serial.print(": "); Serial.print(on); Serial.print("->"); Serial.println(off);WIRE.beginTransmission(_i2caddr);WIRE.write(LED0_ON_L+4*num);WIRE.write(on);WIRE.write(on>>8);WIRE.write(off);WIRE.write(off>>8);WIRE.endTransmission();
}

三、STM32使用PCA9685

STM32使用PCA9685需要自己写的内容就比较多了，IIC通讯的程序我采用的是正点原子的bsp。IIC通讯的板级支持包内容如下（注释乱码，凑合看看，文末有Gitee链接）：
myiic.h文件：

#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H
#include "sys.h"//IO·½ÏòÉèÖÃ
#define SDA_IN()  {GPIOA->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOA->CRH|=8<<12;}
#define SDA_OUT() {GPIOA->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOA->CRH|=3<<12;}//IO²Ù×÷º¯Êý
#define IIC_SCL    PAout(12) //SCL
#define IIC_SDA    PAout(11) //SDA
#define READ_SDA   PAin(11)  //ÊäÈëSDA //IICËùÓÐ²Ù×÷º¯Êý
void IIC_Init(void);                //³õÊ¼»¯IICµÄIO¿Ú
void IIC_Start(void);               //·¢ËÍIIC¿ªÊ¼ÐÅºÅ
void IIC_Stop(void);                //·¢ËÍIICÍ£Ö¹ÐÅºÅ
void IIC_Send_Byte(u8 txd);         //IIC·¢ËÍÒ»¸ö×Ö½Ú
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC¶ÁÈ¡Ò»¸ö×Ö½Ú
u8 IIC_Wait_Ack(void);              //IICµÈ´ýACKÐÅºÅ
void IIC_Ack(void);                 //IIC·¢ËÍACKÐÅºÅ
void IIC_NAck(void);                //IIC²»·¢ËÍACKÐÅºÅvoid IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);
u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);
#endif

myiic.c文件

#include "myiic.h"
#include "delay.h"//³õÊ¼»¯IIC
void IIC_Init(void)
{                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//RCC->APB2ENR|=1<<4;//ÏÈÊ¹ÄÜÍâÉèIO PORTCÊ±ÖÓ RCC_APB2PeriphClockCmd(    RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE ); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_11;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //ÍÆÍìÊä³öGPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);IIC_SCL=1;IIC_SDA=1;}
//²úÉúIICÆðÊ¼ÐÅºÅ
void IIC_Start(void)
{SDA_OUT();     //sdaÏßÊä³öIIC_SDA=1;        IIC_SCL=1;delay_us(4);IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low delay_us(4);IIC_SCL=0;//Ç¯×¡I2C×ÜÏß£¬×¼±¸·¢ËÍ»ò½ÓÊÕÊý¾Ý
}
//²úÉúIICÍ£Ö¹ÐÅºÅ
void IIC_Stop(void)
{SDA_OUT();//sdaÏßÊä³öIIC_SCL=0;IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to highdelay_us(4);IIC_SCL=1; IIC_SDA=1;//·¢ËÍI2C×ÜÏß½áÊøÐÅºÅdelay_us(4);
}
//µÈ´ýÓ¦´ðÐÅºÅµ½À´
//·µ»ØÖµ£º1£¬½ÓÊÕÓ¦´ðÊ§°Ü
//        0£¬½ÓÊÕÓ¦´ð³É¹¦
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{u8 ucErrTime=0;SDA_IN();      //SDAÉèÖÃÎªÊäÈë  IIC_SDA=1;delay_us(2);       IIC_SCL=1;delay_us(2);   while(READ_SDA){ucErrTime++;if(ucErrTime>250){IIC_Stop();return 1;}}IIC_SCL=0;//Ê±ÖÓÊä³ö0       return 0;
}
//²úÉúACKÓ¦´ð
void IIC_Ack(void)
{IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=0;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0;
}
//²»²úÉúACKÓ¦´ð
void IIC_NAck(void)
{IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=1;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0;
}
//IIC·¢ËÍÒ»¸ö×Ö½Ú
//·µ»Ø´Ó»úÓÐÎÞÓ¦´ð
//1£¬ÓÐÓ¦´ð
//0£¬ÎÞÓ¦´ð
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        u8 t;   SDA_OUT();         IIC_SCL=0;//ÀµÍÊ±ÖÓ¿ªÊ¼Êý¾Ý´«Êäfor(t=0;t<8;t++){              IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;txd<<=1;    delay_us(2);   //¶ÔTEA5767ÕâÈý¸öÑÓÊ±¶¼ÊÇ±ØÐëµÄIIC_SCL=1;delay_us(2); IIC_SCL=0; delay_us(2);}
}
//¶Á1¸ö×Ö½Ú£¬ack=1Ê±£¬·¢ËÍACK£¬ack=0£¬·¢ËÍnACK
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{unsigned char i,receive=0;SDA_IN();//SDAÉèÖÃÎªÊäÈëfor(i=0;i<8;i++ ){IIC_SCL=0; delay_us(2);IIC_SCL=1;receive<<=1;if(READ_SDA)receive++;   delay_us(1); }                  if (!ack)IIC_NAck();//·¢ËÍnACKelseIIC_Ack(); //·¢ËÍACK   return receive;
}

有了IIC的板级支持包，还需要自己写PCA9685的驱动程序，主要程序如下：
PCA9685.h文件：

#include "stm32f10x.h"#define PCA_Addr 0x80
#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 0xFEvoid PCA9685_Init(float hz,u8 angle);void PCA9685_Write(u8 addr,u8 data);u8 PCA9685_Read(u8 addr);void PCA9685_setPWM(u8 num,u32 on,u32 off);void PCA9685_setFreq(float freq);void setAngle(u8 num,u8 angle);

PCA9685.c文件：

#include "bsp_PCA9685.h"
#include "myiic.h"
#include "delay.h"
#include <math.h>void PCA9685_Init(float hz,u8 angle)
{u32 off = 0;IIC_Init();PCA9685_Write(PCA_Model,0x00);PCA9685_setFreq(hz);off = (u32)(145+angle*2.4);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_ms(100);}void PCA9685_Write(u8 addr,u8 data)
{IIC_Start();IIC_Send_Byte(PCA_Addr);IIC_NAck();IIC_Send_Byte(addr);IIC_NAck();IIC_Send_Byte(data);IIC_NAck();IIC_Stop();}u8 PCA9685_Read(u8 addr)
{u8 data;IIC_Start();IIC_Send_Byte(PCA_Addr);IIC_NAck();IIC_Send_Byte(addr);IIC_NAck();IIC_Stop();delay_us(10);IIC_Start();IIC_Send_Byte(PCA_Addr|0x01);IIC_NAck();data = IIC_Read_Byte(0);IIC_Stop();return data;}void PCA9685_setPWM(u8 num,u32 on,u32 off)
{IIC_Start();IIC_Send_Byte(PCA_Addr);IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(LED0_ON_L+4*num);IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(on&0xFF);IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(on>>8);IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(off&0xFF);IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(off>>8);IIC_Wait_Ack();IIC_Stop();}void PCA9685_setFreq(float freq)
{u8 prescale,oldmode,newmode;double prescaleval;//freq *= 0.92;prescaleval = 25000000;prescaleval /= 4096;prescaleval /= freq;prescaleval -= 1;prescale = floor(prescaleval+0.5f);oldmode = PCA9685_Read(PCA_Model);newmode = (oldmode&0x7F)|0x10;PCA9685_Write(PCA_Model,newmode);PCA9685_Write(PCA_Pre,prescale);PCA9685_Write(PCA_Model,oldmode);delay_ms(5);PCA9685_Write(PCA_Model,oldmode|0xa1);}void setAngle(u8 num,u8 angle)
{u32 off = 0;off = (u32)(158+angle*2.2);PCA9685_setPWM(num,0,off);
}

main()函数相对就简单了：

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "bsp_PCA9685.h"int main(void){   delay_init();PCA9685_Init(60,180);while(1){PCA9685_setPWM(0,0,2048);delay_ms(500);}}

总结（程序代码下载）

STM32的程序我放在Gitee上了，大家可以去下载。

https://gitee.com/qi-zezhong/pca9685-stm32

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