PCA9685通过IIC协议控制多个舵机方法

IIC概述：
IIC:两线式串行总线，它是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。
在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbs以上。
时钟线SCL：在通信过程起到控制作用。
数据线SDA：用来一位一位的传送数据。
IIC分为软件IIC和硬件IIC
软件IIC：
软件IIC通信指的是用单片机的两个I/O端口模拟出来的IIC，用软件控制管脚状态以模拟I2C通信波形，软件模拟寄存器的工作方式。
硬件IIC：
一块硬件电路，硬件I2C对应芯片上的I2C外设，有相应I2C驱动电路，其所使用的I2C管脚也是专用的，硬件（固件）I2C是直接调用内部寄存器进行配置。
1.硬件I2C的效率要远高于软件的，而软件I2C由于不受管脚限制，接口比较灵活。
2.IIC是半双工通信方式
IIC通信协议
IIC通信过程由开始、结束、发送、响应、接收五个部分构成。
1、（在发送、接收数据的时候）当SCL为高电平时，SDA线不允许变化；当SCL线为低电平时，SDA线可以任意0、1变化。
2、（在任意时候）只有当SCL为高电平时，IIC电路才对SDA线上的电平（0或者1）进行记录，当SCL线为低电平时，无论SDA是高还是低，IIC电路都不对SDA进行采样。
空闲状态
在介绍上面五个部分前，我们首先说说空闲状态，什么是空闲状态，就是没有通信时的状态（初始状态）
I2C总线的SDA和SCL两条信号同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。
开始信号与停止信号
开始信号：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平。
停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
应答信号
发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据先，由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答位(ACK简称应答位)，表示接收器已经成功接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位(NACK),一般表示接收器接收该字节没有成功。对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间位稳定的低电平。如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。
接收数据
发送数据是一位一位发送，接收数据也是一位一位接收进来，最后返回应答信号。
PCA9685 控制多个舵机方法
PCA9685 芯片特点 ：
PCA9685 是一款专门为 LED 背光调节而设计的控制芯片． 为了提高性能，芯片专门针对红/绿/蓝/琥 珀( ＲGBA) 等颜色的混合进行优化． PCA9685 芯片主要通过输出 PWM 脉冲来控制 LED 亮度，其主要特 点有: 1) 芯片工作电压范围为2． 3 ～5． 5 V，每路输出可以设置为25 mA 电流吸收能力的开漏模式，也可以 设置为提供10 mA 拉电流的推挽模式． 2) 芯片输出的频率范围为40 ～1 000 Hz，其内置有25 MHz 振荡器，也可以外接时钟以便多个不同器 件间同步． 3) 芯片采用I2C 总线方式读写芯片，芯片有四个可编程I2C 总线地址，这使得设备组可以任意组合并 能同时被寻址． 有6 个硬件地址引脚，这使得同一 I2C 总线上可以连接多达62 个 PCA9685 芯片． 4) 芯片可以独立输出16 路可调 PWM 脉冲，并具备12 位的分辨率． 5) PCA9685 芯片具有 TSSOP28 和 HVQFN28 两种封装形式，其中常用的 TSSOP28 封装下的芯片。
控制原理：
要实现 PCA9685 PWM 波的输出，需要经过芯片访问地址确定、控制模式选择、PWM 波长设定、占空 比计算等几个主要步骤．

1. 芯片访问地址确定． PCA9685 芯片访问格式，访问地址 由8 个字节组成，最高位固定为 1，最低位为读写模式选择，第二位到第七 位由芯片外接电平确定． 本系统中 6 个硬件地址引脚全部接低电平，由此 可以得出写芯片命令为0X80H，读芯片命令为0X81H． PCA9685 共有255 个控制寄存器，向对应的控制寄 存器写入控制字可以实现芯片不同的功能，其中地址 00 ～ 01H 定义了芯片的工作模式，地址 02h—05h 定义了 I2C总线的子地址，地址 06h ～45h 定义了 16 个输出端口控制寄存器． 每个端口输出波形由高 四位控制寄存器和低八位控制寄存器分别控制．
2. 控制模式选择． PCA9685 有两种工作模式，一般 PCA9685 芯片都设定在模式1 工作方式下，对应 的寄存器地址为 00h，其中的 8 位控制字可以设置芯片的外部时钟信号输入、休眠、重启、地址自动加、从 地址访问等工作状态． 具体的 C 语言程序代码为: write8( PCA9685_MODE1，0x0) ，其中: write8( ) 为 I2C 写 函数; PCA9685_MODE1 为模式1 寄存器地址，该命令可以将 PCA9685 工作设定在无外部时钟信号输入、 禁止休眠、不准重启、地址不自动加模式下．
3. PWM 波长设定． 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
   
   经计算，当需要输出50 Hz 的 PWM 频率时，设定值为121． 将该值下载到频率设定寄存器就可以改变芯片 工作频率． 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。

标签：信号,舵机,芯片,SDA,IIC,PCA9685,I2C
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