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16路舵機驅動模塊：CW32F030C8T6開發(fā)板實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸

02/25 08:37
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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(xiàn)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(fā)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(guī)格參數(shù)

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(fā)板上【實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)傳輸的功能】。首先要獲取資料，查看數(shù)據(jù)手冊應如何實現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)，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(jié)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(jīng)為我們接好了上拉電阻。

地址字節(jié)的最后一位定義要執(zhí)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(shù)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(tài)下進行。

以下加粗字體是數(shù)據(jù)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(tài)。

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(tài)，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(huán)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(shù)器的值進行比較，該計數(shù)器將從0000h持續(xù)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(shù)= 410（十進制） = 19Ah（十六進制）

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

LED0_ON_H = 1h;LED0_ON_L = 99h (LED開始打開后，這個延遲計數(shù)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(shù)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(jié)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 <math.h>
/****************************************************************** * 函 數(shù) 名 稱：PCA9685_GPIO_Init * 函 數(shù) 說 明：PCA9685的引腳初始化 * 函 數(shù) 形 參：無 * 函 數(shù) 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(shù) 名 稱：IIC_Start * 函 數(shù) 說 明：IIC起始時序 * 函 數(shù) 形 參：無 * 函 數(shù) 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(shù) 名 稱：IIC_Stop * 函 數(shù) 說 明：IIC停止信號 * 函 數(shù) 形 參：無 * 函 數(shù) 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(shù) 名 稱：IIC_Send_Ack * 函 數(shù) 說 明：主機發(fā)送應答或者非應答信號 * 函 數(shù) 形 參：0發(fā)送應答  1發(fā)送非應答 * 函 數(shù) 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(shù) 名 稱：I2C_WaitAck * 函 數(shù) 說 明：等待從機應答 * 函 數(shù) 形 參：無 * 函 數(shù) 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(shù) 名 稱：Send_Byte * 函 數(shù) 說 明：寫入一個字節(jié) * 函 數(shù) 形 參：dat要寫人的數(shù)據(jù) * 函 數(shù) 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(shù)據(jù)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<<=1;        }}
/****************************************************************** * 函 數(shù) 名 稱：Read_Byte * 函 數(shù) 說 明：IIC讀時序 * 函 數(shù) 形 參：無 * 函 數(shù) 返 回：讀到的數(shù)據(jù) * 作       者：LC * 備       注：無******************************************************************/unsigned char Read_Byte(void){        unsigned char i,receive=0;        SDA_IN();//SDA設置為輸入    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 數(shù) 名 稱：PCA9685_Write * 函 數(shù) 說 明：向PCA9685寫命令或數(shù)據(jù) * 函 數(shù) 形 參：addr寫入的寄存器地址    data寫入的命令或數(shù)據(jù) * 函 數(shù) 返 回：無 * 作       者：LC * 備       注：無******************************************************************/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 數(shù) 名 稱：PCA9685_Read * 函 數(shù) 說 明：讀取PCA9685數(shù)據(jù) * 函 數(shù) 形 參：addr讀取的寄存器地址 * 函 數(shù) 返 回：讀取的數(shù)據(jù) * 作       者：LC * 備       注：無******************************************************************/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 數(shù) 名 稱：PCA9685_setPWM * 函 數(shù) 說 明：設置第num個PWM引腳，on默認為0，控制舵機旋轉off角度 * 函 數(shù) 形 參：num：設置第幾個引腳輸出，范圍0~15 *              on ：默認為0 *              off：舵機旋轉角度，范圍：0~180 * 函 數(shù) 返 回：無 * 作       者：LC * 備       注：無******************************************************************/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 數(shù) 名 稱：PCA9685_setFreq * 函 數(shù) 說 明：設置PCA9685的輸出頻率 * 函 數(shù) 形 參：freq * 函 數(shù) 返 回：無 * 作       者：LC * 備       注：floor語法：FLOOR(number, significance)    Number必需。要舍入的數(shù)值。    Significance必需。要舍入到的倍數(shù)。說明    將參數(shù) number 向下舍入（沿絕對值減小的方向）為最接近的 significance 的倍數(shù)。    如果任一參數(shù)為非數(shù)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(shù)                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(shù)                -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(shù)學函數(shù)，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(shù)據(jù)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(shù) 名 稱：setAngle * 函 數(shù) 說 明：設置角度 * 函 數(shù) 形 參：num要設置的PWM引腳     angle設置的角度 * 函 數(shù) 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(shù) 名 稱：PCA9685_Init * 函 數(shù) 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(shù) 形 參：hz設置的初始頻率  angle設置的初始角度 * 函 數(shù) 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(shù)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(xiàn)不同引腳不同頻率的。//        下面是setPWMFreq函數(shù)的內容，主要是根據(jù)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(shù)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(xiàn)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

END

往期回顧
REVIEW

【產(chǎn)品應用】CW32電動工具產(chǎn)品開源

【產(chǎn)品方案】基于CW32L010低成本電動工具方案

【產(chǎn)品應用】基于CW32的智能充電寶（方案開源）

【產(chǎn)品應用】CW-W88水泵通用控制板設計方案（已開源）

【產(chǎn)品應用】基于CW32的角磨機控制器產(chǎn)品方案

【產(chǎn)品方案】基于CW32F030C8的低壓無刷風機無感控制器

【產(chǎn)品方案】基于CW32的無刷直流空心杯電機有感控制驅動方案

【產(chǎn)品方案】基于CW32的無刷直流空心杯電機無感方波控制驅動方案

【產(chǎn)品方案】基于CW32F003E4P7的數(shù)字電壓電流表產(chǎn)品方案

【產(chǎn)品方案】CW32L010低成本工業(yè)儀表

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