PCA9685的使用及RT-Thread PCA9685驱动组件详解
jetbot 小车使用的电机驱动模块上用了 pca9685 扩展 i/o ，一边与主控通过 i2c 总线通信，另一边连接 tb6612 马达驱动芯片。
本篇 sugar 就来有根有据地说一说 pca9685 的使用，以及 rt-thread pca9685 驱动组件。
硬件特点
1、每路 12 位分辨率（4096 级）的 pwm;
2、最多 16 路 pwm 输出，所有路 pwm 频率统一，每路占空比可以独立控制；
3、i2c 通信方式；
4、支持 2.3v~5.5v 电压，逻辑电平 3.3v；
5、复位方式：上电复位、软件复位。
用于舵机控制的 pwm
一、明确控制信号
1、用于舵机控制的 pwm 频率是 50hz（周期 20000us）
2、对于 12 位分辨率而言，时间控制精度（即：时间分辨率）就是
3、舵机的控制脉宽是0.5ms ~ 2.5ms，时间伸缩范围是 2000us
4、伸缩范围在 4.88us 时间分辨率下可以分成近 410 份。
5、时间伸缩范围 2000us 对应舵机转动范围 0~180 度，因此舵机的角度分辨率约为 0.439 度
二、在 pca9685 手册里查芯片用法
1、芯片长什么样
2、引脚功能
3、i2c 地址
地址引脚由 a0 ~ a5 组成，因此最多可以有 64 个地址。由于芯片本身保留 all call 7 位地址 0xe0 以及 software reset 7位地址 0x06，所以有 62 个地址可用。
在默认情况下（即：a0 ~ a5 全部接地），其 7 位地址为 0x40。
4、目标寄存器
（1） mode1 寄存器，地址0x00，可读、可写。
（2） mode2 寄存器，地址0x01，可读、可写。
（3） 每路 pwm 有 4 个 8 位控制寄存器，地址见 datasheet，可读、可写。
4 个 8 位寄存器在手册上说成：2 路 12 位寄存器。2 个 12 位寄存器分别控制该路输出的高、低电平时间，最大数值是 4095。
根据下面的 example 1 不难了解到这 2 个 12 位寄存器的意思是：每个周期从第几个 count 开始置 1，则 ledx_on 寄存器写几（十六进制形式）；每个周期从第几个 count 开始清 0，则 ledx_off 寄存器写几。
下图的 4 个 example 表示了一般情况下 2 个 12 位寄存器设置情况与输出的关系。
下图的 4 个 example 表示了 on 寄存器值 《 off 寄存器值情况下的输出。
下图的 4 个 example 表示了 on 寄存器值 》 off 寄存器值情况下的输出。
（4） pwm 频率设置寄存器 pre_scale，地址0xfe，可读、可写。
芯片内置 25mhz 的晶振，update_rate 是以 hz 为单位的频率值。因此，对于 50hz 的 pwm 来讲此寄存器应设置为 121。
rt-thread 的 pca9685 驱动组件
硬件连接如上图，sugar 使用了最常见的 pca9658 舵机控制模块，接上逻辑分析仪看数据。
一、第 1 段
展开第一段通信内容，如下图：
上图黄色框中“向 40 号地址写两个 0 ”的意思是：向地址为 40 的设备地址为 0 的寄存器写入数据 0。
相应的，后面蓝色框就解读为：读取地址为 40 的设备地址为 0 的寄存器值，设备反回目标寄存器里的数据值为 0。
下面到代码里去找这段通信的相关内容，如下：
二、第 2 段
根据 pca9685 的 datasheet 所述，设置 pwm 输出频率的时候要先进入 sleep 模式。并且从 sleep 模式重启的流程是在 datasheet 里指定的。
在 rt-thread 的 pca9685 的组件包里，把设置频率相关的一干操作都封装到了一个函数 pca9685_set_pwm_freq（） 里面。
三、第 3 段
上面已经把研究方法说透了，这里就不再把逻辑分析仪的图放上来了。通过对代码的分析，sugar 发现 rt-thread 这个 pca9685 的驱动组件包传承了 rt-thread 本身小而美的特点，按照 pca9685 的 datasheet 封装函数，这样使得对 pca9685 的了解容易很多。
以 arduino “以使用方便”为目的不同，pca9685 组件包倾向于真正让人弄懂 pca9685 的用法。在懂了之后，个人就有能力自己“以使用方便”为目的再次做一遍封装。很多玩过 arduino 的人都觉得做起来真简单，离了 arduino 的环境真不会。
arduino 面对的是小白，以方便体验为主，而 rt-thread 和其一众组件能够让人真正了解深层次的本源，搞懂这些能让人在成为高手的路上走得更轻松。当成为高手之后，再回头看 arduino 才能体会到 arduino 封装的真正智慧。
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硬件特点
1、每路 12 位分辨率（4096 级）的 pwm;
2、最多 16 路 pwm 输出，所有路 pwm 频率统一，每路占空比可以独立控制；
3、i2c 通信方式；
4、支持 2.3v~5.5v 电压，逻辑电平 3.3v；
5、复位方式：上电复位、软件复位。
用于舵机控制的 pwm
一、明确控制信号
1、用于舵机控制的 pwm 频率是 50hz（周期 20000us）
2、对于 12 位分辨率而言，时间控制精度（即：时间分辨率）就是
3、舵机的控制脉宽是0.5ms ~ 2.5ms，时间伸缩范围是 2000us
4、伸缩范围在 4.88us 时间分辨率下可以分成近 410 份。
5、时间伸缩范围 2000us 对应舵机转动范围 0~180 度，因此舵机的角度分辨率约为 0.439 度
二、在 pca9685 手册里查芯片用法
1、芯片长什么样
2、引脚功能
3、i2c 地址
地址引脚由 a0 ~ a5 组成，因此最多可以有 64 个地址。由于芯片本身保留 all call 7 位地址 0xe0 以及 software reset 7位地址 0x06，所以有 62 个地址可用。
在默认情况下（即：a0 ~ a5 全部接地），其 7 位地址为 0x40。
4、目标寄存器
（1） mode1 寄存器，地址0x00，可读、可写。
（2） mode2 寄存器，地址0x01，可读、可写。
（3） 每路 pwm 有 4 个 8 位控制寄存器，地址见 datasheet，可读、可写。
4 个 8 位寄存器在手册上说成：2 路 12 位寄存器。2 个 12 位寄存器分别控制该路输出的高、低电平时间，最大数值是 4095。
根据下面的 example 1 不难了解到这 2 个 12 位寄存器的意思是：每个周期从第几个 count 开始置 1，则 ledx_on 寄存器写几（十六进制形式）；每个周期从第几个 count 开始清 0，则 ledx_off 寄存器写几。
下图的 4 个 example 表示了一般情况下 2 个 12 位寄存器设置情况与输出的关系。
下图的 4 个 example 表示了 on 寄存器值 《 off 寄存器值情况下的输出。
下图的 4 个 example 表示了 on 寄存器值 》 off 寄存器值情况下的输出。
（4） pwm 频率设置寄存器 pre_scale，地址0xfe，可读、可写。
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硬件连接如上图，sugar 使用了最常见的 pca9658 舵机控制模块，接上逻辑分析仪看数据。
一、第 1 段
展开第一段通信内容，如下图：
上图黄色框中“向 40 号地址写两个 0 ”的意思是：向地址为 40 的设备地址为 0 的寄存器写入数据 0。
相应的，后面蓝色框就解读为：读取地址为 40 的设备地址为 0 的寄存器值，设备反回目标寄存器里的数据值为 0。
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二、第 2 段
根据 pca9685 的 datasheet 所述，设置 pwm 输出频率的时候要先进入 sleep 模式。并且从 sleep 模式重启的流程是在 datasheet 里指定的。
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