树莓派 Pi Servo Hat 完整指南：硬件、接线与 Python 控制

简介

SparkFun Pi Servo Hat 扩展树莓派能力，通过 I²C 总线控制多达 16 路舵机。将舵机供电与通信卸载至 Hat，释放树莓派 GPIO 引脚供他用，并提供便捷的串口终端用于无头配置。

所需材料

请准备以下物品。建议使用空白 microSD 卡而非 NOOBS 卡，因 Pi Zero W 需要更新的系统镜像。

直插式排针

墙式电源适配器 – 5.1V DC 2.5A (USB Micro-B)

microSD 卡带适配器 – 16GB (Class 10)

树莓派 GPIO 高排针 – 2×20

树莓派 Zero W

SparkFun Pi Servo HAT

最后准备一款舵机用于测试。通用亚微型舵机是示例脚本的理想起点。

舵机 – 通用 (亚微型)

所需工具

除基本焊接用品外无需特殊设备。为获得最佳效果，建议使用 30W 烙铁和无铅焊锡。

无铅焊锡 – 15克管装

烙铁 – 30W (美规, 110V)

硬件概览

Hat 设计简洁。关键组件包括：

• USB Micro-B 接口 —— 为舵机提供 5V 供电，亦可为树莓派供电；同时提供串口控制台，无需显示器即可配置树莓派。
• 电源隔离跳线 —— 默认短接，将舵机电源轨与树莓派 5V 电源轨连接。驱动多个大电流舵机时应断开，防止噪声导致树莓派复位。
• 舵机排针 —— 16 路 0.1 英寸间距针脚，预排布为标准舵机连接器布局。

硬件组装

建议先将公排针焊接至 Pi Zero W，再安装 Pi Servo Hat。快速技巧：

1. 先焊接单个针脚固定排针。
2. 趁焊锡未冷，调整板卡使针脚平整，再固定排针。
3. 完成其余针脚焊接。

对母排针与 Pi Servo Hat 重复上述过程，确保短针从板底插入。完成焊点前保持排针水平。

组装完成后，将 Hat 堆叠在 Pi Zero W 上。参考舵机数据手册引脚定义，将舵机连接至通道 0。使用 5V 墙式适配器通过标记 PWR IN 的 USB Micro-B 接口为树莓派和 Hat 供电。

软件 – Python 控制

Hat 的 PWM 控制器为 I²C 设备，常通过 SMBus 访问。完整示例代码见产品 GitHub 仓库。

初始化 SMBus

import smbus
bus = smbus.SMBus(1)  # 树莓派 I2C 总线 1
addr = 0x40           # PWM 芯片默认 I2C 地址

配置 PWM 芯片

bus.write_byte_data(addr, 0x00, 0x20)  # 启用 PWM 模块
bus.write_byte_data(addr, 0xFE, 0x1E)  # 自动递增寄存器地址

设置通道 0 脉宽

bus.write_word_data(addr, 0x06, 0)     # 起始时间（200Hz 下始终为 0）
bus.write_word_data(addr, 0x08, 1250)  # 结束时间 → 1.5ms 脉宽

PWM 芯片运行于 200Hz（周期 5ms）。停止寄存器（0–4095）映射为 1.2µs 步进，1250 ≈ 1.5ms，为大多数舵机的中立位置。

控制其他通道时，寄存器地址每通道递增 4：

每度转动约需 4.6 个寄存器计数。例如，偏离中立位 45° 需 207 计数（45 × 4.6），在 1250 基础上增减即可设定目标脉宽。

更多详细示例请访问 GitHub 仓库 查看内含 Python 脚本。

Pi Servo Hat 接线指南