技术原理

PCA9685

简介

采用I2C通信，内置了PWM驱动器和一个时钟，不需要不断发送信号占用单片机资源
支持16路PWM输出，每路12位分辨率(4096级)，在60Hz的更新率能够达到4us分辨率
内置25MHz晶振，可不连接外部晶振，也可以连接外部晶振，最大50MHz
分为控制电和驱动电两个电源，控制电支持2.3V-5.5V电压，最大耐压值5.5V，逻辑电平3.3V，驱动电支持5V-10V直流电压。

引脚定义

引脚	功能
GND	接地
OE	使能引脚（低电平时使能芯片）
SCL	I2C总线控制线
SDA	I2C总线数据线
VCC	控制电压，2.3V-5.5V
V+	驱动电压，5V-10V

!注意：

V+是给外接设备供电的引脚，在驱动大功率舵机时候通常不使用V+，而是使用外接电源的两个端口。

V+的电压是多少，舵机的电压就是多少。

一定要注意电压范围，不能接入过大电压。

接线

其中绿色位置的VCC和GND我皆在了4和6上。

PWM与舵机角度的对应关系

舵机通过输入PWM脉冲信号来进行控制。如上图所示，一个脉冲周期为20ms，高电平为脉冲宽度，这个宽度决定了舵机的旋转角度。

例如180°的MG996R，当高电平宽度为1.5ms时，舵机处于90°位置；当高电平宽度为1ms时，舵机处于0°；2ms时为180°。以此类推，进而可以总结出公式：
$$
舵机旋转1°=\frac{最大脉冲宽度-最小脉冲宽度}{最大角度}
$$

准备工作

打开IIC

raspi-config -> Interfacing Options -> I2C -> enable

安装adafruit

1	sudo pip3 install adafruit-pca9685

测试

.py文件来自：Adafruit_Python_PCA9685/simpletest.py at master · adafruit/Adafruit_Python_PCA9685 (github.com)

# Simple demo of of the PCA9685 PWM servo/LED controller library.
# This will move channel 0 from min to max position repeatedly.
# Author: Tony DiCola
# License: Public Domain
from __future__ import division
import time

# Import the PCA9685 module.
import Adafruit_PCA9685


# Uncomment to enable debug output.
#import logging
#logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

# Initialise the PCA9685 using the default address (0x40).
pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685()

# Alternatively specify a different address and/or bus:
#pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685(address=0x41, busnum=2)

# Configure min and max servo pulse lengths
servo_min = 150  # Min pulse length out of 4096
servo_max = 600  # Max pulse length out of 4096

# Helper function to make setting a servo pulse width simpler.
def set_servo_pulse(channel, pulse):
    pulse_length = 1000000    # 1,000,000 us per second
    pulse_length //= 60       # 60 Hz
    print('{0}us per period'.format(pulse_length))
    pulse_length //= 4096     # 12 bits of resolution
    print('{0}us per bit'.format(pulse_length))
    pulse *= 1000
    pulse //= pulse_length
    pwm.set_pwm(channel, 0, pulse)

# Set frequency to 60hz, good for servos.
pwm.set_pwm_freq(60)

print('Moving servo on channel 0, press Ctrl-C to quit...')
while True:
    # Move servo on channel O between extremes.
    pwm.set_pwm(0, 0, servo_min)
    time.sleep(1)
    pwm.set_pwm(0, 0, servo_max)
    time.sleep(1)

问题解决

`FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1'`

原因：配置中没有使能I2C，或者I2C使能失败。

解决：进入配置界面，重新使能I2C。

补充：也可能是设置好之后系统未能响应，重启解决。

参考资料

PCA9685 Data Sheet

MG996R Data Sheet

Raspberry Pi 4 Data Sheet

adafruit/Adafruit_Python_PCA9685: Python code to use the PCA9685 PWM servo/LED controller with a Raspberry Pi or BeagleBone black. (github.com)

司晓龙的博客

在树莓派4B上使用PCA9685控制MG996R伺服电机