DIY - Robot 機器人 - NXP PCA9685 16通道驅動板模塊舵機 PWM 編程（十八）

DIY - Robot 機器人 - NXP PCA9685 16通道驅動板模塊舵機 PWM 編程（十八）： 

NXP PCA9685 16通道驅動板模塊的舵機（Servo）編程，由於 NXP PCA9685 內置有 PWM（Pulse Width Modulation）的功能，祇要控制 PWM 的佔空比（Duty Cycle），便可以控制舵機（Servo）的角度。

NXP PCA9685 16通道驅動板模塊 LCD 顯示

當 NXP PCA9685 接上電之後的狀態是處於休眠模式（Sleep）之下。SLEEP 模式之下，所有的 PWM 頻道輸出都會被關掉。所以開始在設定好 MODE1 的 PRE_SCALE 值後，必需離開休眠模式（Sleep）模式， PCA9685 才會有辦法輸出 PWM 訊號，方法是設定 MODE1 暫存器（暫存器位置：0x00）的 SLEEP bit (第4個 bit）為 1，將 Bit4 改設為 0 的話就醒來。

舵機（Servo）的轉動角度和 PWM 的關係

舵機（Servo）的轉動角度和 PWM 的關係：
轉 -90° = 0.60ms / 20ms = 3% x 4096 = 129 = 0x0081 
轉 -45° = 1.05ms / 20ms = 5.25% x 4096 = 215 = 0x00D7 
轉   0° = 1.50ms / 20ms = 7.5% x 4096 = 307 = 0x0133 
轉 +45° = 1.95ms / 20ms = 9.75% x 4096 = 400 = 0x0190 
轉 +90° = 2.40ms / 20ms = 12% x 4096 = 492 = 0x01EC

NXP PCA9685 PWM 初始化程式：

// MODE1 Control Byte    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_ADDR+2);    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_MODE1);    PCA9685_WD_BYTE(0xA1); StopI2C2(); // MODE2 Control Byte    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_ADDR+2);    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_MODE2);    PCA9685_WD_BYTE(0b00001101); StopI2C2(); // Set Up Frequency = 50Hz PCA9685_WD_PRESCALE(i2c_addr, 0x81); // Mode1 Bit4=0 PWM will Operate    PCA9685_WD_BYTE(i2c_addr);    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_MODE1);    PCA9685_WD_BYTE(0b00100001);  // 0xA1

NXP PCA9685 PWM 主程式：

while( 1 ) { // ***** AntiClockwise -90 *****//    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(i2c_addr);    PCA9685_WD_BYTE(0x06);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0xEC);    PCA9685_WD_BYTE(0x01);    StopI2C2();  delayms(2000); // ***** Stop Servo *****//    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(i2c_addr);    PCA9685_WD_BYTE(0x06);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    StopI2C2();  delayms(2000); // ***** Centre 0 *****//    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(i2c_addr);    PCA9685_WD_BYTE(0x06);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x1C);    PCA9685_WD_BYTE(0x01); // 0x133 Centre 0    StopI2C2();     delayms(2000); // ***** Stop Servo *****//    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(i2c_addr);    PCA9685_WD_BYTE(0x06);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    StopI2C2();     delayms(2000); // ***** Clockwise +90 *****//    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(i2c_addr);    PCA9685_WD_BYTE(0x06);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x62);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);  // 0x0062 = Clockwise +90    StopI2C2();     delayms(2000); // ***** Stop Servo *****//    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(i2c_addr);    PCA9685_WD_BYTE(0x06);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    StopI2C2();     delayms(2000); }    // End while

NXP PCA9685 16通道驅動板模塊接上舵機（Servo）

2016年 10月 29日 天氣報告

氣溫：25.3度 @ 21:30

相對濕度：百分之 77%

天氣：微雨

DIY - Robot 機器人 - NXP PCA9685 16通道驅動板模塊舵機 PWM 設定（十七）

DIY - Robot 機器人 - NXP PCA9685 16通道驅動板模塊舵機 PWM 設定（十七）：

筆者成功驅動了 NXP PCA9685 16通道驅動板模塊的 LED，便可以作舵機 Servo 編程，由於 NXP PCA9685 內置有 PWM（Pulse Width Modulation）的功能，祇要控制 PWM 的佔空比（Duty Cycle），便可以控制舵機（Servo）的角度。

NXP PCA9685 16通道驅動板模塊舵機 PWM 波形

設置 PWM（Pulse Width Modulation）的功能：
首先 MODE1 寄存器要設定 EXTCLK（bit 6）的時鐘為外置或內置，簡單的設定 0 是使用內置時鐘，頻率為 25MHz。外置時鐘最高為 50MHz。

設定 PRE_SCALE（0xFEh）寄存器數值，而 PRE_SCALE 的 Default 是 30，所以沒有更改時，頻率大約是 200Hz（50ms），但舵機（Servo）的頻率是 50Hz（20ms），所以需要更改 PRE_SCALE 的數值大約是 0x81，PRE_SCALE 的數值可用以下公式計算：

NXP PCA9685 PRE_SCALE 的數值公式計算

設定 PRE_SCALE（0xFEh）寄存器數值後，需要設定 MODE1 寄存器的 SLEEP（bit 4）為 0，才可以使用 PWM 功能。

最後要設定 LED 的輸出寄存器，LED 的輸出寄存器由 0x06 ~ 0x69，每個 LED 通道都有獨立的內部寄存器（LEDx_ON_L、LEDx_ON_H、LEDx_OFF_L、LEDx_OFF_H），而將 LED ON 和 LED OFF 的數值設定，便可以令到輸出 PWM 訊號，LEDx_ON_L、LEDx_ON_H、LEDx_OFF_L、LEDx_OFF_的數值可用以下公式計算：

Example 1：LED0 Output (delay time) + (PWM duty cycle) less than 100%

Example 2：LED0 Output (delay time) + (PWM duty cycle) greater than 100%

LED0 的 PWM 輸出

2016年 10月 28日 天氣報告

氣溫：26.1度 @ 20:50

相對濕度：百分之 75%

天氣：天色良好

DIY - Robot 機器人 - NXP PCA9685 16通道驅動板模塊 LED 編程（十六）

DIY - Robot 機器人 - NXP PCA9685 16通道驅動板模塊 LED 編程（十六）： 

連接好 NXP PCA9685 16通道驅動板模塊接口至 Microchip PIC24FJ64GA008 處理器，便可以開始編程，第一個 NXP PCA9685 的程式是簡單驅動 LED 閃爍，首先是初始化 Microchip PIC24FJ64GA008 處理器的 I2C 和 NXP PCA9685 的 MODE1 和 MODE2，然後再將寫入 LED0 的寄存器（LEDx_ON_L、LEDx_ON_H、LEDx_OFF_L、LEDx_OFF_H），LED0 便會閃爍。

NXP PCA9685 16通道驅動板模塊 LCD顯示

NXP PCA9685 初始化程式：

// MODE1 Control Byte    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_ADDR+2);    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_MODE1);    PCA9685_WD_BYTE(0xA1); StopI2C2(); // MODE2 Control Byte    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_ADDR+2);    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_MODE2);    PCA9685_WD_BYTE(0b00001101); StopI2C2();

Microchip PIC24FJ64GA008 LED0 主程式：

while( 1 ) { // Test LED0=Flash // LED0 OFF    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_ADDR+2);    PCA9685_WD_BYTE(0x06); // LED0 Off =  0x1000    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x10);    StopI2C2();    delayms(1000); // LED0 ON = 0x1000    PCA9685_START_BUS();    PCA9685_WD_BYTE(PCA9685_ADDR+2);    PCA9685_WD_BYTE(0x06);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x10);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    PCA9685_WD_BYTE(0x00);    StopI2C2();    delayms(1000); }    // End while

NXP PCA9685 16通道驅動板模塊接上 LED

2016年 10月 27日 天氣報告

氣溫：25.9度 @ 20:20

相對濕度：百分之 74%

天氣：天色大致良好

DIY - Robot 機器人 - NXP PCA9685 16通道驅動板模塊 LED 連接（十五）

DIY - Robot 機器人 - NXP PCA9685 16通道驅動板模塊 LED 連接（十五）： 

了解 Microchip PIC24FJ64GA008 和 NXP PCA9685 的晶片內部和連接方法，便可以將兩塊底板連接，最主要是 I2C（I²C，Inter-Integrated Circuit）匯流排的 SDA（串列資料）及 SDL （串列時脈SCL），筆者使用了 2.2kΩ 的電阻將 SDA2 和 SDL2 電位上拉，電源是由Microchip PIC24FJ64GA008 的 3.3V 供應。

NXP PCA9685 16通道驅動板模塊電路圖（Schematic）

NXP PCA9685 的 A0 ~ A5 是用作設定 I2C （Inter-Integrated Circuit）匯流排地址，用焊錫將 A0 短路連上，就表示一個二進位數字 1，但驅動板模塊地址便變成 0x82（Start + 0x01 + Write）/ 0x83（Start + 0x01 + Read）。LED 會連接到 PCA9685 的輸出，LED 輸出連接 220Ω 的電阻作阻流，直接由 PCA9685 的 LED 輸出控制。

NXP PCA9685 16通道驅動板模塊

Microchip PIC24FJ64GA008> 和 NXP PCA9685 16通道驅動板模塊連接

DIY - Robot 機器人 - PIC24FJ64GA008 I2C 模組傳輸速率（十四）

DIY - Robot 機器人 - PIC24FJ64GA008 I2C 組傳輸速率（十四）： 

當 Microchip PIC24FJ64GA0008 作為 I2C 主器件工作時，模組必須產生系統 SCLx 時鐘。通常，I2C 系統時鐘指定為100 kHz、400 kHz 或 1 MHz。系統時鐘速率指定為最小 SCLx 低電平時間加最小 SCLx 高電平時間。在大多數情況下，這由 2 個 TBRG 時間間隔確定。串列傳輸速率發生器的重載值為 I2CxBRG 寄存器值，當串列傳輸速率發生器裝入該值時，發生器倒計數至 0 並停止，直到發生另一次重載。發生器計數在每個指令週期（TCY）遞減兩次。在串列傳輸速率重新啟動時，將自動重載串列傳輸速率發生器。例如，如果發生時鐘同步，串列傳輸速率發生器將在 SCLx 引腳採樣為高電平時重載。

Microchip PIC24FJ64GA0008 波特率發生器框圖

要計算 I2C 串列傳輸速率發生器重載值，可使用以下公式：
注： I2CxBRG 的值不能小於 2。

Microchip PIC24FJ64GA0008 波特率發生器公式

I2C 時鐘速率和傳輸速率

Microchip PIC24FJ64GA008 I2C 初始化程式：

void MASTER_I2C2_INIT(void) {     I2C2MSK = 0x20;                  // set this controller's device address     I2C2CONbits.I2CEN = 1;                // enable I2C module     I2C2CONbits.I2CSIDL = 0;     // Continue module operation in Idle mode     I2C2CONbits.IPMIEN = 0;      // IPMI mode disabled     I2C2CONbits.A10M = 0;         // I2C1ADD is a 7-bit slave address     I2C2CONbits.DISSLW = 0;    // for 400 kHz up enable slew rate     I2C2CONbits.SMEN = 1;        // signal conditioning     I2C2CONbits.GCEN = 0;       // for slave mode only     I2C2CONbits.STREN = 1;     // Enable software or receive clock stretching,                             // therefore clock must be release by slave                             // when done on loading data to sync clock         I2C2BRG = 18;            // 400kHz     IEC3bits.SI2C2IE = 0;             // enable Slave I2C1 interrupt     IEC3bits.MI2C2IE = 0;            // enable Master I2C1 interrupt }

DIY - Robot 機器人 - PIC24FJ64GA008 I2C 模組寄存器介紹（十三）

DIY - Robot 機器人 - PIC24FJ64GA008 I2C 模組寄存器介紹（十三）： 

Microchip PIC24FJ64GA008 處理器內置兩個 I2C（I2C1 和 I2C2）的模組，I2C（I²C，Inter-Integrated Circuit）模組是一種串列通訊匯流排，PIC24FJ64GA008 I2C 模組具有 7 個可由用戶訪問的寄存器用於操作。所有寄存器均可通過位元組或字模式訪問。

Microchip PIC24FJ64GA008 I2C 模組的框圖

PIC24FJ64GA008 I2C 模組的 7 個可由用戶訪問的寄存器： 

1. I2CxCON：I2Cx 控制寄存器（Control Register）：該寄存器用於控制模組的操作。
2. I2CXSTAT：I2CX 狀態寄存器（Status Register）：該寄存器包含狀態標誌，指示模組在操作期間的狀態。
3. I2CxMSK：I2Cx 位址遮罩寄存器（Slave Mode Address Mask Register）：該寄存器指定I2CxADD 中的哪些位可以忽略，從而提供了多地址支援。
4. I2CxRCV 接收緩衝寄存器（Receive Buffer Register）：這是可從中讀取資料位元組的緩衝寄存器。I2CxRCV 寄存器是唯讀寄存器。I2CxTRN 寄存器是讀/ 寫寄存器。
5. I2CxTRN 發送寄存器（Transmit Register）：這是發送寄存器，在發送操作期間位元組寫入該寄存器。
6. I2CxADD 位址寄存器（Address Register）：該寄存器且來裝從器件位址。
7.  I2CxBRG 串列傳輸速率發生器重載寄存器（Baud Rate Generator Reload Register）：用來裝I2C 模組串列傳輸速率發生器的串列傳輸速率發生器重載值。

PIC24FJ64GA008 I2CxCON：I2Cx 控制寄存器

PIC24FJ64GA008 I2CxCON：I2Cx 控制寄存器：

bit	Description
bit 15	I2CEN：I2Cx 使能位 1 = 使能 I2Cx 模組並將 SDAx 和 SCLx 引腳配置為序列埠引腳 0 = 禁止 I2Cx 模組。所有 I2C 引腳都由埠功能控制。
bit 14	未實現：讀為0
bit 13	I2CSIDL：在空閒模式停止位元 1 = 當器件進入空閒模式後，模組停止工作 1 = 在空閒模式下模組繼續工作
bit 12	SCLREL：SCLx 釋放控制位（作為 I2C 從器件工作時） 1 = 釋放 SCLx 時鐘 0 = 保持 SCLx 時鐘為低電平（時鐘延長） 如果 STREN = 1： 該位元為 R/W （即可由軟體寫入 0 啟動時鐘延長，寫入1 釋放時鐘）。 在從器件開始發送時由硬體清零。 在從器件接收結束時由硬體清零。 如果 STREN = 0： 該位元為 R/S （即只能由軟體寫入1 釋放時鐘）。 在從器件開始發送時由硬體清零。
bit 11	IPMIEN：IPMI 使能位 1 = 使能 IPMI 支援模式；對所有地址做出應答 0 = 禁止 IPMI 模式
bit 10	A10M：10 位從器件地址位 1 = I2CxADD 是一個 10 位從器件位址 1 = I2CxADD 是一個 7 位從器件位址
bit 9	DISSLW：變化率控制禁止位 1 = 禁止變化率控制 0 = 使能變化率控制
bit 8	SMEN：SMBus 輸入電平位 1 = 使能符合 SMBus 規範的 I/O 引腳門限值 0 = 禁止 SMBus 輸入門限
bit 7	GCEN：廣播呼叫使能位（當作為 I2C 從器件工作時） 1 = 允許在 I2CxRSR 接收到廣播呼叫位址時產生中斷 （已使能模組接收模式） 0 = 禁止廣播呼叫地址
bit 6	STREN：SCLx 時鐘延長使能位元（當作為 I2C 從器件工作時） 與 SCLREL 位一起使用。 1 = 使能軟體或接收時鐘延長 1 = 禁止軟體或接收時鐘延長
bit 5	ACKDT：應答資料位元（當作為 I2C 主器件工作時。適用於主器件接收操作。） 當軟體啟動應答序列時將發送的值。 1 = 在應答時發送 NACK 0 = 在應答時發送 ACK
bit 4	ACKEN：應答序列使能位 （當作為 I2C 主器件工作時。適用於主器件接收操作。） 1 = 在 SDAx 和 SCLx 引腳啟動應答序列，並發送 ACKDT 資料位元。 在主器件應答序列結束時由硬體清零。 0 = 沒有啟動應答序列
bit 3	RCEN：接收使能位（當作為 I2C 主器件工作時） 1 = 使能 I2C 接收模式 在主器件接收到資料位元組的 8 位元後由硬體清零。 0 = 沒有啟動接收序列
bit 2	PEN：停止條件使能位（當作為 I2C 主器件工作時） 1 = 在 SDAx 和 SCLx 引腳上產生停止條件 在主器件停止序列結束時由硬體清零。 0 = 沒有啟動停止條件
bit 1	RSEN：重複啟動條件使能位（當作為 I2C 主器件工作時） 1 = 在 SDAx 和 SCLx 引腳產生重複啟動條件 在主器件重複啟動序列結束時由硬體清零。 0 = 沒有發起重複啟動條件
bit 0	SEN：啟動條件使能位（當作為 I2C 主器件工作時） 1 = 在 SDAx 和 SCLx 引腳上產生啟動條件 在主器件啟動序列結束時由硬體清零。 0 = 沒有發起啟動條件

PIC24FJ64GA008 I2CXSTAT：I2CX 狀態寄存器

PIC24FJ64GA008 I2CXSTAT：I2CX 狀態寄存器：

bit	Description
bit 15	ACKSTAT：應答狀態位元 1 = 接收到來自從器件的 NACK 0 = 接收到來自從器件的 ACK 在從器件應答結束時由硬體置 1 或清零。
bit 14	TRSTAT：發送狀態位元 （當作為 I2C 主器件工作時。適用於主器件發送操作。） 1 = 主器件正在進行發送（8 位 + ACK） 0 = 主器件未進行發送 在主器件發送開始時由硬體置 1。 在從器件應答結束時由硬體清零。
bit 13 ~ 11	未實現：讀為 0
bit 10	BCL：主器件匯流排衝突檢測位元 1 = 在主器件工作期間檢測到了匯流排衝突 0 = 未發生衝突 在檢測到匯流排衝突時由硬體置 1。
bit 9	GCSTAT：廣播呼叫狀態位元 1 = 接收到了廣播呼叫位址 0 = 未接收到廣播呼叫位址 當位址與廣播呼叫位址匹配時由硬體置 1。 在檢測到停止條件時由硬體清零。
bit 8	ADD10：10 位元位址狀態位元 1 = 10 位地址匹配 0 = 10 位地址不匹配 當與 10 位元位址的第二個位元組匹配時由硬體置 1。 在檢測到停止條件時由硬體清零。
bit 7	IWCOL：寫衝突檢測位 1 = 由於 I2C 匯流排忙，嘗試寫 I2CxTRN 寄存器的操作失敗 0 = 未發生衝突 當在匯流排忙的情況下寫 I2CxTRN 時由硬體置 1 （由軟體清零）。
bit 6	I2COV：接收溢出標誌位元 1 = 當 I2CxRCV 寄存器仍然保存原先的位元組時又接收了新位元組 0 = 未發生溢出 嘗試將資料從 I2CxRSR 傳輸到 I2CxRCV 時由硬體置 1 （由軟體清零）。
bit 5	D/A：資料/ 位址位元（當作為 I2C 從器件工作時） 1 = 表示上次接收的位元組是資料 0 = 表示上次接收的位元組是器件位址 器件位址匹配時由硬體清零。 通過寫 I2CxTRN 或接收從器件位元組由硬體置 1。
bit 4	P：停止位 1 = 上一次檢測到了停止位 0 = 上一次沒有檢測到停止位 當檢測到啟動、重複啟動或停止條件時由硬體置 1 或清零。
bit 3	S：啟動位 1 = 上一次檢測到了啟動（或重複啟動）位 0 = 上一次未檢測到啟動位 當檢測到啟動、重複啟動或停止條件時由硬體置 1 或清零。
bit 2	R/W：讀/ 寫資訊位元（當作為 I2C 從器件工作時） 1 = 讀——表示從器件輸出資料 0 = 寫——表示從器件接收資料 當接收到 I2C 器件位址位元組後由硬體置1 或清零。
bit 1	RBF：接收緩衝器滿狀態位元 1 = 接收完成， I2CxRCV 滿 0 = 接收沒有完成， I2CxRCV 空 當接收到的位元組寫入 I2CxRCV 後由硬體置1。 當軟體讀 I2CxRCV 時由硬體清零。
bit 0	TBF：發送緩衝器滿狀態位元 1 = 正在發送， I2CxTRN 滿 0 = 發送完成， I2CxTRN 空 當軟體寫 I2CxTRN 時由硬體置 1。 當資料發送完成時由硬體清零。

PIC24FJ64GA008 I2CxMSK：I2Cx 從動模式位址遮罩寄存器

PIC24FJ64GA008 I2CxMSK：I2Cx 從動模式位址遮罩寄存器：

bit	Description
bit 15 ~ 10	未實現：讀為 0
bit 9 ~ 0	AMSKx：位址位 x 遮罩選擇位 對於 10 位地址： 1 = 對進入報文的地址位 Ax 使能遮罩；在該位置不要求位匹配 0 = 禁止對Ax 位的遮罩；在該位置要求位匹配 對於 7 位地址（僅 I2CxMSK<6:0>）： 1 = 對進入報文的地址位 Ax + 1 使能遮罩；在該位置不要求位匹配 0 = 禁止對 Ax + 1 位的遮罩；在該位置要求位匹配

PIC24F I2C 模組相關的寄存器