Плата PCA9685 зблизька — що на ній є і навіщо

Написано для прошивки 0.2.93 (коміт 9648be9) · порталу 0.0.176Можливо, застаріло: поточна прошивка 0.2.237, поточний портал 0.0.330

Плата PCA9685 придумана для роботів на сервоприводах. Тому більша частина того, що на ній є, — гвинтова клема, товстий конденсатор, силова шина V+ через усі шістнадцять роз'ємів — існує заради живлення сервомашинок і в щитку з насосами й нагрівом не використовується взагалі (його бере лише плата в режимі сервоприводів).

Контролеру oCBot від плати потрібні чотири виводи з двадцяти з гаком. Ця стаття каже, які саме, що з рештою робити (нічого) і чого не робити ніколи.

Мікросхема: що вона насправді робить#

У центрі плати — мікросхема PCA9685 виробництва NXP: 16-канальний 12-бітний ШІМ-контролер з керуванням по I2C.

Головна її цінність не в кількості каналів, а в тому, що вона працює сама. Контролер один раз надсилає по I2C «канал 3 — сорок відсотків» і забуває про нього. Далі мікросхема тримає цей рівень власними силами: у неї є вбудований генератор на 25 МГц, зовнішня тактова частота їй не потрібна, а процесор ESP32 звільняється під сценарії, телеметрію й веб-інтерфейс.

Розрядність — 12 біт, тобто 4096 градацій на канал. Прошивка приймає потужність у відсотках і перераховує її в ці кроки (% × 4095 / 100), тож крок керування — один відсоток, а роздільної здатності мікросхеми вистачає з величезним запасом.

Дві сторони плати: логіка й силове коло#

Фізично плата поділена на дві частини, які майже не перетинаються.

Роз'єм логіки — гребінка 1×6 з торця. Саме через неї плата спілкується з контролером:

Така сама гребінка є з протилежного боку плати — часто без запаяних штирків. Вона повністю дублює першу й потрібна для з'єднання плат у ланцюжок; про це — Кілька плат PCA9685 на одній шині.

Силове коло — двоконтактна гвинтова клема (V+ і GND), товстий електролітичний конденсатор поряд із нею й середній ряд контактів у всіх шістнадцяти трипінових роз'ємах. Це один спільний рай, від якого мали б живитись сервомашинки.

Кожен трипіновий роз'єм має контакти в такому порядку:

Що ми не використовуємо і чому#

У нашій схемі канал плати — це сигнальний вихід, який відкриває ключ: транзистор, драйвер затвора, буфер ULN2803 перед твердотілкою. Живлення до насоса, вентилятора чи ТЕНа приходить не з плати, а зі свого джерела.

Звідси наслідки:

• Гвинтова клема V+ лишається порожньою. Подавати на неї 5–6 В не треба: ця напруга нікуди не піде, крім середнього ряду роз'ємів, до якого ми нічого не підключаємо.
• Електролітичний конденсатор нічого не робить. Він стоїть на шині V+ і згладжує кидки струму від сервомоторів. У нас по цій шині струм не тече, тож конденсатор просто присутній. На частині плат він узагалі не запаяний — є лише посадкове місце. Це нормально і на нашу задачу не впливає.
• Із трипінового роз'єму задіяний лише верхній ряд. До нього йде сигнальний провід на вхід ключа, а земля береться з нижнього ряду того ж роз'єму або з загальної шини землі — головне, щоб земля була спільна з контролером.

Чому канал не тягне реле й що між ними ставити — у статті Твердотілки на платі розширення.

Світлодіод живлення: що він каже і чого не каже#

На платі є світлодіод, підключений до VCC. Він світиться, щойно на логіку подано напругу.

Що це означає: живлення логіки є, дріт VCC цілий.

Чого це не означає:

• що контролер бачить плату на шині — за це відповідають SDA, SCL і збіг адреси;
• що канали працюють — вони можуть бути зняті виводом OE;
• що є силове живлення V+ — світлодіод про нього нічого не знає.

Тобто світлодіод горить, а канали мертві — типова й цілком очікувана картина. Куди дивитись у такому разі, написано в Плата розширення PCA9685.

Майданчики адреси A0…A5#

У кутку плати — ряд паяльних майданчиків, підписаних A0…A5. Незапаяні, вони дають плату з адресою 0x40; кожен запаяний додає до неї свій біт.

Одна плата в системі — не чіпайте їх узагалі. Дві й більше — кожній наступній треба своя адреса, інакше на шині буде конфлікт. Таблиця комбінацій і порядок дій — у статті Кілька плат PCA9685 на одній шині.

На що дивитись при купівлі#

Плати від різних виробників відрізняються дрібницями, і жодна з них не критична — але дві варто перевірити на фото ще до замовлення:

• Чи запаяна друга гребінка 1×6. Якщо плануєте ланцюжок із двох і більше плат, зручніше взяти з обома запаяними, ніж паяти самому.
• Чи є майданчики A0…A5 і чи вони доступні. На деяких дешевих клонах вони заховані під роз'ємами — запаяти можна, але незручно.

Наявність конденсатора, колір плати й тип клеми на нашу задачу не впливають. Логічні входи PCA9685 сумісні з 3.3 В, тож ніяких перетворювачів рівнів між контролером і платою не потрібно.

Суміжні статті#

• Плата розширення PCA9685 — підключення до контролера, адреса в інтерфейсі, прив'язка пристроїв до каналів.
• Твердотілки на платі розширення — чому між каналом і реле потрібен буфер і як його зібрати.
• Кілька плат PCA9685 на одній шині — адреси, ланцюжок і спільна земля.
• Сервопривід і плата розширення — чому саме цю плату не вийде використати за її первісним призначенням.