PCA9685 驱动 16 路舵机：接线、供电、改地址

做六足、做桌面臂、做那种会摇头晃脑的小摆件，最先卡住人的往往不是结构，而是舵机位不够。Arduino 自带的 Servo 库每路都要占一个引脚，还得靠 CPU 反复打断口来保证脉宽，接上七八个舵机之后既不剩引脚，主控也开始发飘。PCA9685 这块板就是冲着这个问题来的：一块板给 16 路独立 PWM，只占 SDA、SCL 两根线，而且脉宽是芯片自己吐的，主控这边几乎不用出力。

Adafruit 官方品名写的是 Adafruit 16-Channel 12-bit PWM/Servo Driver - I2C interface，芯片本体就是 PCA9685，Product ID 815。官网标价按量分三档：买 1 到 9 片是 14.95 美元，10 到 99 片降到 13.46 美元，100 片以上 11.96 美元，页面当时显示缺货，可以留邮箱等补货提醒。

官方给的两个核心数字记牢就行：16 路输出、12 位分辨率，也就是每路的占空比被切成 0 到 4095 共 4096 个刻度；同一条 I2C 总线上最多能挂 62 块板，理论能管到 992 个舵机。日常做 6 自由度的小臂或者六足，一块板用完都绰绰有余，真正需要级联的是那种一条腿三四个舵机、还要对开的机器狗。

引脚别接错：VCC 和 V+ 是两回事

板子两侧的控制引脚是完全一样的，用哪边都行，级联的时候两边插排针反而更方便。电源三个脚里最容易出事的是 VCC 和 V+：VCC 是逻辑电，上限 3 到 5V，它还兼着给 SDA、SCL 上那两个 10K 上拉电阻供电，所以电平要跟主控一致，3.3V 的单片机就别往 5V 上接；V+ 是专门给舵机配电的那一路，用舵机时按 5 到 6V 给，实在凑不出可以到 12V，但把 VCC 接到 V+ 上就等着换板子。

输出侧每路都是 V+、GND、PWM 三针，信号和舵机身上的三线端子直接对插。这里有个官方特意点明的限制：16 路的 PWM 频率必须统一，不能一半给 LED 跑 1.0kHz、另一半给舵机跑 60Hz。另外每针最大只给到 25mA，PWM 输出串了 220 欧电阻，输出逻辑电平跟着 VCC 走，拿它点 LED 的话这几个数都要算进去。

控制脚里 OE 是输出使能，低电平使能、高电平全关，板子内部已经默认拉低，所以不接也照样能跑——要是想做一个急停按钮，把这个脚接出来最省事。默认 I2C 地址是 0x40，改地址的办法放在后面级联那一节。

四根线连 Arduino：三种板子三种接法

因为它走的是 I2C，连到 Arduino 只要四根线。老款 Uno 之类的经典接法是 +5V 接 VCC、GND 接 GND、Analog 4 接 SDA、Analog 5 接 SCL；更早一批 Mega 要换成 Digital 20 接 SDA、Digital 21 接 SCL；R3 及之后的 Uno、Mega、Leonardo 在靠近 USB 口那一排已经独立引出了 SDA、SCL，直接对插就行。

接线时被反复强调的一条：这里的 VCC 只是给芯片自身供电，板子上那句警示写得很直白——只要你打算用 V+ 给它外设供电，就必须把 V+ 也接上。V+ 可以比 VCC 高（官方举例是 VCC 跑 3.3V 时 V+ 仍可到 6V，芯片本身 5V 耐压），官方建议从板子顶端那个蓝色接线端子灌进去，理由是端子做了防反接的极性保护，从反面插排针进去没有这层保护。

舵机供电才是真正的大坑

绝大多数舵机标的是 5V 或者 6V，问题从来不在电压而在于电流。官方给的量级很实在：就算是微型舵机，动起来也要几百毫安；大扭矩舵机带载时单只能超过 1A。十几个舵机同时走的瞬间，电源输出不稳那一抖动，整条 I2C 总线跟着出问题。

所以有一条红线千万别踩：不要用 Arduino 板上的 5V 引脚给舵机供电。大电流拉出来的电气噪声和电压跌落会让主控行为异常、反复复位甚至发热。官方列的几种可选供电路子是：5V 2A 开关电源（这一档页面上显示缺货）、5V 4A 开关电源（14.95 美元）、5V 10A 开关电源、装碱性电池时 6V 的 4 节 AA 电池盒（换镍氢充电电池是 4.8V），以及模型店里 4.8V 或 6V 的 RC 充电电池包。按同时动的舵机数量留一倍以上余量，这个钱省不得。

板上还留了一个直插电解电容的位置。要不要补这个电容取决于你的供电抖不抖，官方给的起步值是 n 乘 100µF，n 是舵机数量——五个舵机就是 470µF 起步，往上加。因为跟舵机电流、负载扭矩、电源特性都挂钩，官方明确说不存在万能值，套件里因此也不配电容。

舵机插头这边没什么技术含量，标准三线母头直接插到排针上，注意把地线（一般是黑色或棕色）对准下面那一排、信号线（黄色或白色）朝上就行。单个舵机插 PWM 0 号口，十六个以内都插同一块板。

装库和跑第一段代码

先在 IDE 里打开库管理器，搜 adafruit pwm，装 Adafruit_PWMServo 这一个，写进代码时头文件叫 Adafruit_PWMServoDriver。装完之后关掉所有 IDE 窗口再重开，从 File 到 Examples 到 Adafruit_PWMServoDriver 找到 Servo 这个例程。

点亮之前先核对供电：裸板的话要同时给 Vin（3 到 5V 逻辑）和 V+（5V 舵机电）上电，绿灯亮；盾板形态要连 V+ 接线柱一起供 5V，红灯和绿灯两个都得亮；FeatherWing 形态同样要给接线柱供 5V，绿灯亮。一盏不对就别往下烧程序。

官方例程这一段可以直接原样拿去跑，八个舵机轮流扫，里面几个宏定义后面标定还要用：

#include "Wire.h"
#include "Adafruit_PWMServoDriver.h"

// called this way, it uses the default address 0x40
Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();
// you can also call it with a different address you want
//Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver(0x41);
// you can also call it with a different address and I2C interface
//Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver(0x40, Wire);

// Depending on your servo make, the pulse width min and max may vary, you
// want these to be as small/large as possible without hitting the hard stop
// for max range. You'll have to tweak them as necessary to match the servos you
// have!
#define SERVOMIN  150 // This is the 'minimum' pulse length count (out of 4096)
#define SERVOMAX  600 // This is the 'maximum' pulse length count (out of 4096)
#define USMIN  600 // This is the rounded 'minimum' microsecond length based on the minimum pulse of 150
#define USMAX  2400 // This is the rounded 'maximum' microsecond length based on the maximum pulse of 600
#define SERVO_FREQ 50 // Analog servos run at ~50 Hz updates

// our servo # counter
uint8_t servonum = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("8 channel Servo test!");

  pwm.begin();
  /*
   * In theory the internal oscillator (clock) is 25MHz but it really isn't
   * that precise. You can 'calibrate' this by tweaking this number until
   * you get the PWM update frequency you're expecting!
   * The int.osc. for the PCA9685 chip is a range between about 23-27MHz and
   * is used for calculating things like writeMicroseconds()
   * Analog servos run at ~50 Hz updates, It is importaint to use an
   * oscilloscope in setting the int.osc frequency for the I2C PCA9685 chip.
   * 1) Attach the oscilloscope to one of the PWM signal pins and ground on
   *    the I2C PCA9685 chip you are setting the value for.
   * 2) Adjust setOscillatorFrequency() until the PWM update frequency is the
   *    expected value (50Hz for most ESCs)
   * Setting the value here is specific to each individual I2C PCA9685 chip and
   * affects the calculations for the PWM update frequency.
   * Failure to correctly set the int.osc value will cause unexpected PWM results
   */
  pwm.setOscillatorFrequency(27000000);
  pwm.setPWMFreq(SERVO_FREQ);  // Analog servos run at ~50 Hz updates

  delay(10);
}

void loop() {
  // Drive each servo one at a time using setPWM()
  Serial.println(servonum);
  for (uint16_t pulselen = SERVOMIN; pulselen < SERVOMAX; pulselen++) {
    pwm.setPWM(servonum, 0, pulselen);
  }

  delay(500);
  for (uint16_t pulselen = SERVOMAX; pulselen > SERVOMIN; pulselen--) {
    pwm.setPWM(servonum, 0, pulselen);
  }

  delay(500);

  // Drive each servo one at a time using writeMicroseconds(), it's not precise due to calculation rounding!
  // The writeMicroseconds() function is used to mimic the Arduino Servo library writeMicroseconds() behavior.
  for (uint16_t microsec = USMIN; microsec < USMAX; microsec++) {
    pwm.writeMicroseconds(servonum, microsec);
  }

  delay(500);
  for (uint16_t microsec = USMAX; microsec > USMIN; microsec--) {
    pwm.writeMicroseconds(servonum, microsec);
  }

  delay(500);

  servonum++;
  if (servonum > 7) servonum = 0; // Testing the first 8 servo channels
}

注意 setup 里那句 pwm.setOscillatorFrequency(27000000)。PCA9685 内部振荡器标称 25MHz，实际每颗芯片落在 23 到 27MHz 之间，这个值会直接影响 setPWMFreq 和 writeMicroseconds 的换算结果，官方建议的做法是挂示波器到 PWM 输出脚，调到实际更新频率等于 50Hz 为止。嫌麻烦的话先按 27000000 跑，扫到端点再说。

超过 16 路：级联与改地址

一块最多十六路，不够就往上叠，官方给的上限是同一总线 62 块。板子两端都焊上排针之后，物理连接就是用一根 6 芯平行线从一块插到下一块。地址在右上角那排跳线上改：基准地址是 0x40，焊上去的二进制偏移量直接加上去——什么都不焊是 0x40；焊 A0 是偏移 00001，地址 0x41；焊 A1 是 00010，地址 0x42；A0 和 A1 一起焊是 00011，地址 0x43；只焊 A2 是 00100，地址 0x44，以此类推。

程序里每一块都要单独一个对象，各自 begin 一遍、各自设定频率，然后按对象操作挂在它上面的那路舵机：

#include "Wire.h"
#include "Adafruit_PWMServoDriver.h"

Adafruit_PWMServoDriver pwm1 = Adafruit_PWMServoDriver(0x40);
Adafruit_PWMServoDriver pwm2 = Adafruit_PWMServoDriver(0x41);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("16 channel PWM test!");

  pwm1.begin();
  pwm1.setPWMFreq(1600);  // This is the maximum PWM frequency

  pwm2.begin();
  pwm2.setPWMFreq(1600);  // This is the maximum PWM frequency
}

这里有个官方 FAQ 里点出来的坑：PCA9685 芯片除了配好的地址之外，还有一个 0x70 的 All Call 地址，恰好跟 Adafruit 的 LED Matrix / 7Seg Backpack 默认地址撞车。同时用这两类板出现异常时，把 backpack 改到 0x71 或者别的地址就能解决。

顺带说一句 LED 的用法。这块板虽然是为舵机设计的，拿它点 LED 完全没问题，只是熄灭要写对——官方 FAQ 写明必须用：

pwm.setPWM(pin, 0, 4096);

而不是写 4095，那样灯不会彻底灭。反过来的全亮写法是：

pwm.setPWM(pin, 4096, 0);

底层两个函数：setPWMFreq 和 setPWM

真正干活的是这两个。setPWMFreq 决定每秒产生多少个完整脉冲，它的入参范围是 40 到 1600Hz，例如下面这句把频率设成 1000Hz：

pwm.setPWMFreq(1000)

官方对频率为什么重要解释得很细：频率定得太高、占空比又很小时，上升沿的时间可能比信号有效时间还长，输出看上去被抹平，压根到不了 VCC，于是各种莫名其妙的问题就来了。舵机一般按 50 到 60Hz 走。

setPWM 则是指定某一路脉冲的高电平从哪个刻度开始、到哪个刻度结束，三个参数依次是通道、开刻度、关刻度，取值都是 0 到 4095。官方的例子是让 15 路在脉冲周期 25% 处翻高、75% 处翻低：

pwm.setPWM(15, 1024, 3072);

标定：SERVOMIN、SERVOMAX 与角度换算

不同牌子甚至同一牌子的不同个体，靠那条模拟脉宽开环定位，差个十几二十微秒圆心就偏了，想跑准就得逐个标定。方法是用例程里的 SERVOMIN 慢慢逼近，让扫到的低点刚好停在行程的最小端，然后再用 SERVOMAX 逼近最大端。官方那句警告要放在心上：打到物理极限会扫齿，舵机就永久废了，所以宁可留一点余量。

标定完记下这两个数，之后要把 0 到 180 度的角度换算成脉宽刻度，直接用 Arduino 自带的 map 就行：

pulselength = map(degrees, 0, 180, SERVOMIN, SERVOMAX);

这就是 6 自由度小臂、六足这类玩法的基础操作。一个轴的行程一旦标定好了，剩下五轴照着改个数就完事，比拿 Servo 库一路挂着九个舵机等着掉帧爽快得多。

几句掏心窝的判断

这块板的价值不在多稀奇，而是把「引脚不够用」和「主控算脉宽」这两个麻烦一起打包解决了，十几美元的代价换十六路，还要什么自行车。真正容易翻车的从头到尾只有三件事：VCC 和 V+ 接混、用 Arduino 5V 去喂舵机、多路同时动时电源撑不住。

所以顺序建议是这样的：焊排针的时候顺手在板上预留的那个孔位里补一颗电解电容，电源单独准备且留足余量，第一次上电先不插舵机、只用万用表确认 VCC 是逻辑电、V+ 是想要的舵机电，确认两盏灯的指示跟形态对得上，最后再烧程序。步子看着慢，比烧一次板连同舵机一起报废划算。