主控(PCA9685)

介绍

本模块使用PCA9685芯片作为核心，这是一款基于 I²C 总线的 16 通道、12 位 PWM 控制器，可以用于控制舵机、LED等需要 PWM 信号控制的设备。每个通道都可以独立设置 PWM 输出的频率和占空比。

官方数据手册 https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCA9685.pdf

寄存器

命令字节

命令字节是在写入传输过程中地址字节后的第一个字节，用作指针，以确定接下来写入或读取哪个寄存器。

命令	寄存器
0x00	模式寄存器1
0x01	模式寄存器2
...	...
0x06	LED0 开启低字节
0x07	LED0 开启高字节
0x08	LED0 关闭低字节
0x09	LED0 关闭高字节
0x0a ~ 0x45	LED1 ~ LED15
...	...
0xFE	PWM输出预分频器频率

寄存器0x00：模式寄存器1 (MODE1)

该寄存器用于控制 PCA9685 的基本工作模式。

Bit	7	6	5	4	3	2	1	0
符号	RESTART	EXTCLK	AI	SLEEP	SUB1	SUB2	SUB3	ALLCALL
默认值	0	0	0	1	0	0	0	1

字段说明：

• RESTART (Bit 7): 重启标志位
• EXTCLK (Bit 6): 使用外部时钟输入
• Auto-Increment(AI) (Bit 5): 自动增加寄存器地址
• SLEEP (Bit 4): 低功耗模式，关闭内部振荡器
• SUB1 (Bit 3): 响应子地址1
• SUB2 (Bit 2): 响应子地址2
• SUB3 (Bit 1): 响应子地址3
• ALLCALL (Bit 0): 响应全部调用地址

寄存器0x01：模式寄存器2 (MODE2)

该寄存器用于配置输出特性。

Bit	7 ~ 5	4	3	2	1	0
符号	保留位	INVRT	OCH	OUTDRV	OUTNE1	OUTNE0
默认值	0	1	0	0	0	0

字段说明：

• 保留位 (Bit 7 ~ 5)
• INVRT (Bit 4): 输出逻辑反转
• OCH (Bit 3): 输出改变时序
• OUTDRV (Bit 2): 输出开漏或推挽结构
• OUTNE[1:0] (Bits 1-0): 输出未启用状态

寄存器0xFE：预分频寄存器 (PRE_SCALE)

该寄存器用于设置 PWM 输出频率。

Bit	7-0
符号	PRE_SCALE
默认值	0x1E

计算公式：

// 内置振荡器时钟
int oscillator_clock = 25000000;
int prescale = round(oscillator_clock / (4096 * PWM频率)) - 1

注：PCA9685 内部振荡器频率典型值为 25MHz。

寄存器0x06~0x45：LEDn_ON 和 LEDn_OFF控制寄存器

n表示对应的通道

每个 PWM 通道都有两个 12 位寄存器控制开启和关闭时刻：

• LEDn_ON_L (地址 0x06 + 4*n): LED n 开启时间低字节
• LEDn_ON_H (地址 0x07 + 4*n): LED n 开启时间高字节 (只使用低 4 位)
• LEDn_OFF_L (地址 0x08 + 4*n): LED n 关闭时间低字节
• LEDn_OFF_H (地址 0x09 + 4*n): LED n 关闭时间高字节 (只使用低 4 位)

占空比控制

通过设置 LEDn_ON 和 LEDn_OFF 的值来控制占空比：

• 当 ON = 0 且 OFF = 4096 时，输出始终为高电平
• 当 ON = 4096 且 OFF = 0 时，输出始终为低电平
• 当 ON = 0 且 OFF = 2048 时，输出占空比为 50%