STM32F407配置pca9685驱动

pca9685是16路12位PWM信号发生器，可用于控制舵机、led、电机等设备，i2c通信，节省主机资源。在淘宝上随处可见，Arduino用它非常方便，不过STM32要想使用它必须要写好驱动才行，本文简述如何配置其驱动以及一些需要注意的地方。

• STM32F407配置pca9685驱动
  • pca9685简介
  • pca9685驱动
  • 应用与调试

pca9685简介

当然对于老手，看datasheet是最好的选择pca9685datasheet
对于我这种新手，自然是看高手的文章比较容易上手了~

我在网上看到的对pca9685总结的最好的一篇文章推荐给大家：生命不息折腾不止
博主写得非常详细，本文某些片段也是参考博主的这篇文章，在此致谢。

pca9685用的是IIC通信，如果有同学对IIC不熟悉，要先去了解一下~

pca9685驱动

网上有不少写pca9685的文章，写驱动的也有，不过我试过的大多有错误，我详细地进行了修改，并且调试成功，走了不少弯路。

pcf8574.h：

头文件的话主要就是寄存器地址和IIC通信的函数声明，比较简单。

内部地址(hex)	名称	功能
Harry Potter	Gryffindor	90
Hermione Granger	Gryffindor	100
Draco Malfoy	Slytherin	90
00	MODE1	设置寄存器1
01	MODE2	设置寄存器2
02	SUBADR1	i2c-bus subaddress1
03	SUBADR2	i2c-bus subaddress2
04	SUBADR3	i2c-bus subaddress3
05	ALLCALLADR
06	LED0_ON_L
07	LED0_ON_H
08	LED0_OFF_L
09	LED0_OFF_H
…	…	…
0x06 + 4*X	LEDX_ON_L
0x06 + 4*X + 1	LEDX_ON_H
0x06 + 4*X + 2	LEDX_OFF_L
0x06 + 4*X + 3	LEDX_OFF_H
…	…	… 上面共16路通道
FA	ALL_LED_ON_L
FB	ALL_LED_ON_H
FC	ALL_LED_OFF_L
FD	ALL_LED_OFF_H
FE	PRE_SCALE 控制周期的寄存器
FF	TestMode

照着上面的表格写头文件就好了 - -

#ifndef __PCF8574_H
#define __PCF8574_H
#include "sys.h"
#include "myiic.h"

#define PCA9685_adrr 0x80
#define PCA9685_SUBADR1 0x2
#define PCA9685_SUBADR2 0x3
#define PCA9685_SUBADR3 0x4

#define PCA9685_MODE1 0x0
#define PCA9685_PRESCALE 0xFE


#define LED0_ON_L 0x6
#define LED0_ON_H 0x7
#define LED0_OFF_L 0x8
#define LED0_OFF_H 0x9

#define ALLLED_ON_L 0xFA
#define ALLLED_ON_H 0xFB
#define ALLLED_OFF_L 0xFC
#define ALLLED_OFF_H 0xFD

void PCA9685_write(unsigned char reg,unsigned char data);
u8 PCA9685_read(unsigned char reg);
void setPWMFreq(u8 freq);
void setPWM(u8 num, u16 on, u16 off);
void down();
void up();

#endif

pcf8574.c：

PCA9685的读写操作没什么好说的，直接调用原子哥写好的IIC相关函数即可：

void PCA9685_write(unsigned char reg,unsigned char data)
{
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(PCA9685_adrr);
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Send_Byte(reg);
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Send_Byte(data);
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Stop();
}

u8 PCA9685_read(unsigned char reg)
{
    u8 res;
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(PCA9685_adrr);
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Send_Byte(reg);
    IIC_Wait_Ack();    
        IIC_Start();                
    IIC_Send_Byte(PCA9685_adrr|0X01);
    IIC_Wait_Ack();
    res=IIC_Read_Byte(0);       
    IIC_Stop();             
    return res;  
}

设置PWM波的频率，看下面这个公式即可：

其中osc_clock是时钟，根据上面的寄存器设置选择是内部25MHz时钟还是外部时钟。
update_rate是频率，比如周期是20ms，那么频率就是50。
注意：实际应用中发现有误差，需要加入校准，要把udpate_rate乘以0.915。
包括从网上下载的arduino驱动中也加入了此校准。
注意要使用浮点型变量作为中间量，否则会计算错误，另外不要忘记四舍五入。

void setPWMFreq(u8 freq)
{
   u8 prescale,oldmode,newmode;
   double prescaleval;
   prescaleval = 25000000.0/(4096*freq*0.915);
   prescale = (u8)floor(prescaleval+0.5)-1;

   oldmode = PCA9685_read(PCA9685_MODE1);
   newmode = (oldmode&0x7F) | 0x10; // sleep
   PCA9685_write(PCA9685_MODE1, newmode); // go to sleep
   PCA9685_write(PCA9685_PRESCALE, prescale); // set the prescaler
   PCA9685_write(PCA9685_MODE1, oldmode);
   delay_ms(5);
   PCA9685_write(PCA9685_MODE1, oldmode | 0xa1); 
}

setPWM函数，向相应的寄存器（LED0_ON_L、LED0_ON_H、LED0_OFF_L、LED0_OFF_H）写值即可。
其中num为舵机PWM输出引脚0~15，on是PWM上升计数值0~4096,off是PWM下降计数值0~4096。

他的PWM发生原理是这样的：

一个PWM周期分成4096份，由0开始+1计数，计到on时跳变为高电平，继续计数到off时跳变为低电平，直到计满4096重新开始。所以当on不等于0时可作延时,当on等于0时，off/4096的值就是PWM的占空比。

void setPWM(u8 num, u16 on, u16 off) 
{
    PCA9685_write(LED0_ON_L+4*num,on);
    PCA9685_write(LED0_ON_H+4*num,on>>8);
    PCA9685_write(LED0_OFF_L+4*num,off);
    PCA9685_write(LED0_OFF_H+4*num,off>>8);
}

为了方便使用，我写了一个输入角度输出相应PWM值（off值）的函数。
这个要针对舵机进行修改，我用的是乐幻索尔的LDX218双轴舵机：

周期20ms，所以在设置频率的时候要设为50；占空比0.5ms~2.5ms分别对应0°~180°，且成线性关系，所以计算公式为：

PWM=4096×0.5+(2.5−0.5)×angle/18020$$PWM=4096\times \frac{0.5+(2.5-0.5)\times angle/180}{20}$$

u16 calculate_PWM(u8 angle){
    return (int)(204.8*(0.5+angle*1.0/90));
}

然后就是一些动作组了，这个就随便写一个8个舵机全部置零位和全部置90°：
注意IIC通信间隔的问题，每调用一次setPWM()函数就要延迟1ms，否则会出现莫名其妙的BUG，这个很重要~

void down(){
    u16 pwm = calculate_PWM(0);
    setPWM(0x0,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x1,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x2,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x3,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x4,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x5,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x6,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x7,0,pwm);
}

void up(){
    u16 pwm = calculate_PWM(90);
    setPWM(0x0,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x1,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x2,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x3,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x4,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x5,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x6,0,pwm);
    delay_ms(1);
    setPWM(0x7,0,pwm);
}

应用与调试

我是想做一个用蓝牙控制一个四足机器人的，机器人有8个舵机，完整的工程代码已经跑通，感兴趣的可以下载看看：
蓝牙控制8个舵机（STM32F407+pca9685+HC06）