PCA9685 — 16-канальный драйвер с широтно-импульсной модуляцией, управляемый по I2C: он формирует 16 независимых ШИМ-выходов разрядностью 12 бит, то есть 4096 ступеней на канал, и по частоте все каналы одинаковы. Разрядность в 4096 ступеней и отличает прибор от обычного вывода с широтомпульсной модуляцией у микроконтроллера: ступень достаточно мелкая, чтобы плавно вести яркость светодиода и положение сервопривода. Частоту задают отдельно, общим предделителем, и по умолчанию она составляет 200 Гц — это как раз то, что нужно сервоприводам, потому что у них частота управляющего импульса около 50 Гц, а слишком высокая частота для серво вызывает перегрев и дребезг. Второе, что стоит знать, — вывод OE: он активен по низкому уровню, то есть при низком уровне на нём выходы работают, а при высоком все шестнадцать переходят в высокоомеганическое состояние. Вывод OE часто подключают к земле, и тогда выходы включены всегда, — но правильнее вести его от контроллера, чтобы погасить светодиоды без снятия питания. Третье — два разных питания. Логика запитывается от VDD в диапазоне 2,3…5,5 В, а нагрузка питается отдельно, от V+, и именно по V+ ограничивается ток светодиодов. Это позволяет вынести силовую часть от логики и поднять напряжение на нагрузке без риска для микросхемы. Четвёртое — выход по умолчанию работает как totem-pole, то есть с активным высоким уровнем, и в некоторых схемах это мешает: там, где светодиод подключён на землю, а не на питание, выход переключают в режим с открытым коллектором одной командой. И последнее по адресу: шесть выводов A0…A5 задают адрес на шине, прибор занимает адреса от 0x40 до 0x7F, а на 0x70 стоит общий вызов, который задевает все приборы такого типа разом, и занимать его под обычное устройство не стоит.
Содержание руководства (10 разделов)
Распиновка PCA9685 (TSSOP-28)
| Вывод | Назначение |
|---|---|
| 1–6 | A0…A5 — выводы адреса на шине |
| 7–22 | LED0…LED15 — выходы на светодиоды и сервоприводы |
| 23 | VSS — земля |
| 24 | OE — разрешение выходов, активно по низкому уровню |
| 25 | SCL — такт шины |
| 26 | SDA — данные шины |
| 27 | VDD — питание логики 2,3…5,5 В |
| 28 | EXTCLK — внешний такт вместо внутреннего |
Частота, разрядность и скважность
Частота ШИМ у прибора одна на все шестнадцать каналов, и задаётся она общим предделителем через внутренний генератор 25 МГц. По умолчанию получается 200 Гц. Частоту меняют одной командой, и это первое, к чему стоит прикоснуться при настройке: почти все типовые жалобы на «сервопривод дёргается» или «светодиод мерцает» сводятся к неверно выбранной частоте.
Разрядность 12 бит означает 4096 ступеней скважности на канал, и это второй параметр, который отличает прибор от ШИМ-выхода микроконтроллера. При 8 битах на канал приходится 256 ступеней, и на нижней части шкалы глаз ловит ступени, особенно на светодиодах малой яркости.
Третий параметр — сдвиг фазы. У каждого канала есть свои регистры включения и выключения, задающие момент старта и момент окончания импульса, и через них реализуется сдвиг каналов относительно друг друга. Это то, на чём сделаны эффекты бегущей подсветки и самодвижущиеся табло, и здесь же за сдвиг отвечают отдельные регистры, а не сама скважность.
Два питания и вывод OE
У прибора два раздельных питания, и это сделано не для красоты. VDD питает логику, и его диапазон 2,3…5,5 В. V+ питает нагрузку — светодиоды и сервоприводы, — и он может отличаться от VDD. Ток через светодиод идёт именно по V+, и именно относительно него считается падение на резисторе.
Разделение решает практическую задачу: силовая часть и логика не сидят на одном проводе, и броски тока от сервоприводов не проваливают напряжение у микросхемы. В схемах, где нагрузка питается от отдельного источника, V+ подключают к нему, а VDD — к питанию контроллера.
Вывод OE активен по низкому уровню, и в этом его неудобство: в описаниях и в готовых модулях встречается утверждение, что прибор надо «включить» выводом OE, и некоторые подключают его к питанию, получая вечно выключенные выходы. Правило простое: низкий уровень на OE — выходы работают, высокий — все шестнадцать в высокоомеганическое состояние. Чаще всего OE заводят на землю, но если нужно гасить подсветку программно, его ведут от свободного вывода контроллера.
Адреса на шине и общий вызов
Шесть выводов A0…A5 задают адрес прибора на шине, и диапазон адресов от 0x40 до 0x7F даёт шестьдесят два адреса — этого хватает на длинную цепочку светодиодных лент. Есть удобная особенность: у прибора есть и групповые адреса, по которым можно управлять всеми каналами сразу или подмножеством каналов, не перебирая их по одному.
Но на адресе 0x70 находится общий вызов, и он задевает вообще все приборы такого типа, стоящие на шине. Это сделано для группового управления, и вполне полезно, когда на шине один прибор. А вот когда их несколько, запись по этому адресу заденет их все разом, и чтобы отключить один канал на одном из них, надо обращаться к индивидуальному адресу.
Отдельно стоит знать, что встроенные подтяжки на SDA и SCL у прибора слабые, порядка 100 кОм, и на длинной шине или при большой ёмкости их не хватает. На практике на шину ставят внешние подтяжки, иначе прибор то теряется, то работает через раз в зависимости от длины проводов и числа устройств.
Характеристики
- 16 каналов, разрядность 12 бит, 4096 ступеней скважности на канал.
- Диапазон частоты ШИМ — от 24 до 1526 Гц, по умолчанию 200 Гц.
- Питание логики 2,3…5,5 В, питание нагрузки V+ — отдельное.
- Выход по умолчанию totem-pole: сток до 25 мА, источник до 10 мА; переключается в режим с открытым коллектором командой.
- Суммарный ток стока по всем шестнадцати каналам ограничен 400 мА.
- Шина I2C: стандартный режим 100 кГц, быстрый 400 кГц, Fast-mode Plus до 1 МГц.
Что проверять при замене
- 01 Распиновку: у корпуса на 28 выводов шесть выводов адреса, и в описаниях разных модулей их расположение иногда путают с выводами каналов.
- 02 Полярность OE: она активна по низкому уровню, и подключение OE к питанию означает полностью погашенные выходы.
- 03 Наличие внешнего тактового входа EXTCLK: если на плате он занят, прибор с выводом EXTCLK не подойдёт, а прибор без него вполне.
- 04 Режим выхода: totem-pole по умолчанию, и в схемах, где светодиод подключён к земле, вывод надо переключить в режим с открытым коллектором.
- 05 Предел суммарного тока: 400 мА на все каналы, и при большом количестве светодиодов это ограничивает схему раньше, чем ток отдельного канала.
- 06 Подтяжки на шине: встроенных может не хватить, и при нескольких приборах на одной шине ставят внешние.
Частые вопросы
- Сколько каналов у прибора — 16, и у всех одна частота ШИМ, задаётся общим предделителем.
- Какая частота ШИМ по умолчанию — 200 Гц, и для сервоприводов это правильное значение.
- Что делает вывод OE — при низком уровне выходы включены, при высоком все шестнадцать переходят в высокоомеганическое состояние.
- Зачем два питания — VDD питает логику, V+ питает нагрузку, и это разносит силовые броски от микросхемы.
- Чем управлять яркостью — регистрами включения и выключения каждого канала, отдельно от регистров яркости.
Примените это к своей спецификации
Отправьте партномера или файл спецификации (Excel / CSV). По каждой строке проверим складские остатки в Шэньчжэне, наличие заводской упаковки и проверенные аналоги — с отгрузкой единой партией.
Запрос успешно отправлен!
Ваш запрос по позиции (ICBOMS) зарегистрирован. Номер заявки:
1. Служба закупок в Шэньчжэне проверяет реальные физические остатки на складах и Data Code.
2. Официальный расчет с ценами, сроками и условиями DDP будет отправлен на в течение 2-24 ч.
Как написано это руководство
Руководство написано службой поставок ICBOMS в Шэньчжэне и выверено по документам производителей и стандартам, на которые ссылается текст. Формулировки ограничены тем, что делает эта служба, и тем, как оценивают деталь — без ориентировочных цен, сроков поставки и остатков: всё это считается по каждой строке отдельно, по факту проверки. Дата последней вычитки стоит в начале страницы.