如何扩展PWM输出端口？

电子设计联盟

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在设计中遇到PWM输出IO口不足的问题时，专业设计方案会综合考虑功能需求、系统资源以及成本等因素。
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（1）性能与资源匹配
% m0 Q, n3 P6 W. E如果ESP32S3的主控资源充裕，可以使用DMA、硬件定时器等方式生成部分PWM信号，同时使用拓展芯片补充。

0 B" q( u1 F2 c如果主控资源紧张，应优先选择硬件实现（如外置PWM芯片或MCU）。
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（2）通信与实时性
I2C通信的实时性可能不满足高频PWM切换需求（如动态调速电机），此时可优先选用SPI接口的从机。
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SPI通信速率更高，适合高精度控制。

0 Q, I# w4 z# c（3）功率与驱动能力
$ f6 [2 }: b" ?无论是电机还是加热器，PWM信号仅作为控制信号，实际功率放大器（如H桥或MOSFET模块）是关键设计点。
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PWM扩展的常见方法
（1）使用专用PWM扩展芯片
% R/ C! T! Y4 R1 N4 wPCA9685：

优点：16路独立PWM输出，每通道支持12位分辨率，占用I2C总线两个引脚，适合LED驱动和低功耗应用。

缺点：输出能力有限（最大25mA），无法直接驱动大功率负载，需配合驱动电路（如MOS管或H桥模块）。

应用场景：适合控制伺服电机、加热电阻等较低功率负载。
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/ C1 Y: B/ `, {, l2 P: d  R8 J替代芯片：

TLC5940：德州仪器出品，16通道PWM，支持更高分辨率（12位）。适合需要更精确PWM控制的应用。

SX1509：集成16路GPIO拓展，也可通过寄存器配置实现简单PWM功能。

其他方案：使用CPLD/FPGA灵活生成多路高精度PWM信号。

（2）使用多通道MCU作为PWM从机
选择一款支持大量PWM通道的从机MCU，通过SPI/I2C/UART与主控ESP32S3通信。

例如：
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STM32系列：如STM32F103C8T6，支持多达12路PWM，具有强大外设功能。

RP2040（树莓派微控制器）：提供Pio模块，可以灵活生成多路PWM。
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2 x/ H9 {2 ^( Q4 o, t优点：拓展灵活，可配置多种通信方式。性能强大，可实现复杂的控制逻辑。
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缺点：增加设计复杂度，需开发通信协议。

（3）外置定时器芯片
如TI的LM555系列，可配置为多路PWM生成模块，硬件实现，不占用单片机资源。

缺点：适合少量通道，调整灵活性差。

（4）通过分时复用的方式
; B# w$ L: m; H* n在部分场景中，如果PWM需求不同时并发（如加热和调速不同步），可以通过软硬件分时调度来复用现有资源。
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需要优化软件逻辑，避免负载过高。
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$ N0 }0 i! d  j' t6 D+ A* OPCA9685控制电机、加热是否合适？
' K$ W# m& N. Z  g) ~PCA9685是一款LED驱动芯片，其直接驱动能力较弱，仅能输出低电流PWM信号。
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在控制电机和加热等大功率负载时需要配合外部驱动器。
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- r6 H9 O) E' l% x' y) K8 C（1）电机控制
使用PWM信号控制电机需要H桥驱动电路（如L298N、DRV8825等）。
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PCA9685输出的PWM可直接连接H桥输入，适合伺服电机和小功率直流电机。

* Q( M$ f7 a/ L0 @0 f. e- c7 h（2）加热控制
: ]6 L" E6 G+ N加热器（如热敏电阻、加热丝）的功率通常较高，需通过MOSFET等大功率开关元件驱动。

PCA9685的PWM信号接MOSFET的栅极驱动电路，完全可以满足需求。

8 s1 [2 k) r8 r" H（3）替代PCA9685的成本优化方案
8 A# x* f7 i$ t6 x6 C# L使用便宜的MCU代替PCA9685：如STM32C8T6，成本可能低于18元且功能更灵活。
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$ [+ a: g% n/ @2 B. ?' }自制PWM生成模块：基于555芯片或CPLD方案可以有效降低成本。
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