肯特王的簿

上一篇 使用VHDL語言實現 I²C協定，用來控制PCA9685(VHDL篇) 主要著重在VHDL語言實做 I²C 協定上，而這篇則來探討如何透過它來控制PCA9685用於伺服馬達控制。

我們知道伺服馬達的角度(或轉速)控制是以PWM的方式，藉由改變脈波的寬度來決定伺服的角度。

由圖中得知PWM的頻率要設定在50Hz(頻率 = 1 / 週期)，PCA9685設定頻率的計算公式如下：

osc_clock 為振盪頻率，這邊使用PCA9685內部的振盪器，頻率為 25MHz

update_rate 為設定的目標頻率 = 50Hz

計算得到的結果為 121，等於16進制的 79h (實際測試時，我要將此數值修正到 7Fh 才能得到較接近 20mS的週期)

而脈波寬度的計算如下：

PCA9685 每個PWM通道輸出由LOW轉HIGH(ON)，及由HIGH轉LOW(OFF)的時間皆可獨位設置。ON到OFF的差距保持對應的 Value，即可得到對應的脈波寬度

我們以寫入暫存器位置0xFE PRE_SCALE 為例，說明一下使用方法：

1.  Start <= '0' ，進入停止狀態
2.  Addr <= "000011"，設置 Slave 的位址 (依據Slave實際位址, 這邊設置的是 3)
3.  RegAddr <= X"FE"，設置暫存器位址 (頻率設置暫存器位址)
4.  RegData <= X"79"，設置暫存器數值 (50Hz的計算值)
5.  Start <= '1'，開始傳輸
6.  確認 Complete 是否為 '1'，為 '1' 時代表傳輸結束
7.  檢查 NoACK 是否為 '0'，'0'代表正確傳送；'1'代表Slave沒有應答(ACK)

以上步驟即可寫入一個暫存器的值。要使PCA9685作動，可能須要寫入一個以上的暫存器

這邊以控制第一個通道(LED0)輸出為例，列出操作步驟：

1.  將 SLEEP (Mode1, bit4) 設為 1, 進入待機模式(Low power mode)，必須在此模式下才能改變頻率設定
2.  設定頻率 (寫入 PRE_SCALE 暫存器)
3.  將 SLEEP 設為 0，進入正常模式
4.  分別寫入LED0_ON_L、LED0_ON_H、LED0_OFF_L 及 LED0_OFF_H 四個暫存器

上述四個步驗即可完成基本的控制，其餘皆使用預設值即可

用於伺服馬達控制，由於頻率是固定的，因此步驟 1~3 只需執行一次，接下來改變脈波寬度只需要執行步驟 4即可。

而步驟 4中，為了使用上的方便，可將 LED0_ON_L 及 LED0_ON_H 皆設為 0，而 LED0_OFF_L 及 LED0_OFF_H 設為對應脈波寬度的數值，這樣較為直觀，且改變脈波寬度只需改變存放 OFF 數值的兩個暫存器

最後放上我測試用的電路板，就這樣囉~