任务介绍

设计一款多舵机驱动模块

题目要求：设计一款多舵机驱动模块

1. 设计一款多舵机驱动模块，可驱动至少两个10kg/cm扭矩舵机
2. 板卡尺寸：小于60mmx40mm
3. 包含信号：信号输出口，电源接口、GND
4. 主要器件：需在DigiKey官网上有货且正常售卖

模块介绍

根据任务要求本次我选用的是PCA9685芯片设计了一款16路舵机开发板，此板卡通过I2C接口与单片机进行通信，可实现16个10kg/cm扭矩舵机同时运行。

• 电源接口 (J1)：外部舵机电源输入，推荐 5V 3A，并加入防反接电路：
• • Pin1：5V
  • Pin2：GND
• 逻辑电源接口 (J2)：提供 PCA9685 芯片的工作电压，支持跳线选择：
• • Pin1：VCC
  • Pin2：5V
• I2C 通信接口 (JP3)：
• • Pin1：5V
  • Pin2：SDA
  • Pin3：SCL
  • Pin4：OE（输出使能，可用于关闭所有 PWM 输出）
  • Pin5：GND
• PWM 输出接口 (JP1, JP2, JP5, JP6)：每个接口含 4 组 PWM 输出，共 16 路。
  每组端口定义：
• • Pin1：PWMx（x 代表通道序号）
  • Pin2：5V
  • Pin3：GND

PCA9685芯片DigiKey链接：PCA9685PW,118 NXP USA Inc. | 集成电路（IC） | DigiKey

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

PCB 尺寸控制在 40.5 mm × 50 mm 以内，双面布线，合理分离了电源和信号部分，保证 I2C 总线稳定运行并减小电磁干扰。

3D效果图

PCB 采用 双排针排布，方便与主控开发板（如 STM32/ESP32/树莓派）连接；
PWM 排针排列紧凑，便于多舵机统一接线。

模块主要性能指标和管脚定义

主要性能指标

• 模块类型：舵机驱动扩展板
• 核心芯片：PCA9685
• 通信接口：I2C，总线速率最高 1MHz
• PWM 通道数：16 路，12 位分辨率（4096 步）
• 供电电压：逻辑电源 3.3V / 5V，舵机电源 5V
• 驱动能力：支持同时驱动 ≥16 路标准舵机（10kg·cm 扭矩）
• 板卡尺寸：40mm × 35mm
• 输出电平：5V

管脚定义

板上设置及标识

• D1：电源指示灯，5V 输入正常时点亮
• JP2 跳线帽：选择 PCA9685 VCC 供电方式（独立供电或与 5V 共用）
• OE 管脚：低电平使能 PWM 输出，高电平关闭所有输出

eZ-PLM上新建物料和项目的截图

使用了eZ-PLM系统上传了自己的工程文件，方便保存记录各个版本，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料也支持手动添加。

心得体会

在设计本次舵机驱动模块的过程中，遇到了以下问题并逐步解决：

1. 供电与防反接问题：舵机电流大，容易因接线错误导致芯片烧毁，通过增加MOS管保护解决。
2. I2C 信号完整性：初期布线较长导致 SDA/SCL 信号不稳定，后来在总线上增加了上拉电阻并优化布线。
3. 散热与电流承载：多路舵机同时工作时电流较大，采用加宽电源铜皮与过孔阵列的方式增强电流承载能力。

通过本次设计，不仅掌握了 PCA9685 芯片的实际应用，也积累了 舵机电源管理与接口优化 的经验。
后续可进一步优化 地址配置功能，实现多模块级联驱动更多舵机。