stm32hal库 pca9685

### STM32 HAL库中使用PCA9685的方法

为了在STM32 HAL库环境中成功集成并操作PCA9685 PWM控制器，需理解HAL库的基础结构及其与I²C通信协议的交互方式。PCA9685通过I²C接口接收来自STM32的数据指令以调整各通道PWM信号参数。

#### 初始化设置

初始化阶段涉及配置I²C外设及设定PCA9685的基本工作模式。这通常包括定义时钟频率、开启或关闭自动增量功能等。对于基于STM32 HAL库的应用来说，这部分可以通过调用`HAL_I2C_Init()`完成初步配置，并利用特定于PCA9685的操作命令进一步定制化设置[^1]。

// I2C Handle structure definition
I2C_HandleTypeDef hi2c1;

void MX_I2C1_Init(void)
{
  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 0 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 0 */
  
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.Timing = 0x20909CEC;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

#### 配置PCA9685

接下来是对PCA9685的具体配置过程，主要包括：

- 设置振荡器频率；
- 启动PCA9685内部时钟源；
- 调整LED输出寄存器值来改变PWM周期内的占空比；

上述步骤可通过发送相应的控制字节至指定寄存器位置实现。例如，在启动PCA9685之前应先向模式寄存器写入适当数值以便正确同步外部时钟输入[^4]。

#define PCA9685_MODE1        ((uint8_t)0x00)
#define PCA9685_PRESCALE     ((uint8_t)0xFE)

static void pca9685_set_prescaler(I2C_HandleTypeDef *i2cx, uint8_t address, float freq){
    uint8_t prescale_val;
    
    // Calculate the Prescale value based on desired frequency and internal oscillator of 25MHz.
    prescale_val = round(25000000 / (4096 * freq)) - 1;

    // Write to Mode Register to set SLEEP bit high before changing PRE_SCALE register
    HAL_I2C_Mem_Write(i2cx, address << 1, PCA9685_MODE1, 1, &mode_reg_sleep_bit_high, 1, HAL_MAX_DELAY);
    
    // Change PRE_SCALE register with calculated value
    HAL_I2C_Mem_Write(i2cx, address << 1, PCA9685_PRESCALE, 1, &prescale_val, 1, HAL_MAX_DELAY);

    // Clear SLEEP bit after setting new PRE_SCALE value
    HAL_I2C_Mem_Write(i2cx, address << 1, PCA9685_MODE1, 1, &mode_reg_sleep_bit_low, 1, HAL_MAX_DELAY);   
}

static void pca9685_init(I2C_HandleTypeDef *i2cx, uint8_t address){
    // Initialize PCA9685 by writing default values into its registers...
}

#### 控制PWM输出

一旦完成了以上准备工作，则可以开始编写用于调节各个PWM通道输出水平的功能函数。这里展示了一种简单的方式——通过修改LED ON/OFF时间点（即起始时间和结束时间），从而达到动态调整脉宽的目的[^2]。

#define LED0_ON_L          ((uint8_t)0x06)
#define LED0_OFF_L         ((uint8_t)0x0A)

/**
* @brief Set PWM duty cycle for a specific channel
*/
static void pca9685_set_pwm_channel(I2C_HandleTypeDef *i2cx, uint8_t address, uint8_t chnl, int on_value, int off_value){
    uint8_t reg_addr[] = {LED0_ON_L + 4*chnl, LED0_ON_L+1 + 4*chnl,
                          LED0_OFF_L + 4*chnl, LED0_OFF_L+1 + 4*chnl};
    uint8_t data[4];
    
    data[0] = (on_value)&0xFF;      // Low byte of 'ON' time
    data[1] = (on_value)>>8;         // High byte of 'ON' time
    data[2] = (off_value)&0xFF;      // Low byte of 'OFF' time
    data[3] = (off_value)>>8;        // High byte of 'OFF' time
    
    HAL_I2C_Master_Transmit(i2cx, address<<1, data, sizeof(data), HAL_MAX_DELAY);
}