Raspberry Pi4调用Iot.Device.MotorHat的CreateDCMotor报占空比异常

在运行Debian-bullseye 11系统的Raspberry Pi 4设备上，使用Iot.Device.MotorHat库通过PCA9685电机Hat控制直流电机运行，实现代码如下：

public class DCMotorController : BaseClass
{
    public void StartMotor()
    {
        using (var motorHat = new MotorHat(1000d, 0x40))
        {
            var dcMotorOne = motorHat.CreateDCMotor(1); // 异常在此处抛出

            dcMotorOne.Speed = 1;
            Wait(1500);
            dcMotorOne.Speed = 0;
        }
    }
}

代码执行到CreateDCMotor方法调用时抛出未处理异常，异常堆栈信息如下：

Unhandled exception. System.InvalidOperationException: Unexpected value of duty cycle (9766, 10280)
   at Iot.Device.Pwm.Pca9685.<OnOffToDutyCycle>g__OnOffToDutyCycleSampled|16_0(UInt16 onCycles, UInt16 offCycles)
   at Iot.Device.Pwm.Pca9685.OnOffToDutyCycle(UInt16 on, UInt16 off)
   at Iot.Device.Pwm.Pca9685.GetDutyCycle(Int32 channel)
   at Iot.Device.Pwm.Pca9685PwmChannel.get_ActualDutyCycle()
   at Iot.Device.Pwm.Pca9685PwmChannel..ctor(Pca9685 parent, Int32 channel)
   at Iot.Device.Pwm.Pca9685.CreatePwmChannel(Int32 channel)
   at Iot.Device.MotorHat.MotorHat.CreateDCMotor(Int32 motorNumber)
   at projectV2.DCMotorController.StartMotor() in /home/pi/test/DCMotorController.cs:line 13

这个报错是PCA9685芯片寄存器残留非法值导致的：

• PCA9685每个PWM通道的ON/OFF计数寄存器是12位位宽，合法取值范围是0~4095，超过这个范围的数值都是无效值
• 电机Hat如果上电时没有触发硬件复位，通道寄存器会保留上电随机数或者上次运行的残留数据，本次报错里读到的9766、10280都远大于4095的上限，属于典型的脏数据
• 库的PCA9685驱动在创建PWM通道（也就是CreateDCMotor内部初始化通道的环节），会先读取当前通道的占空比做合法性校验，检测到超出范围的无效值就会抛出这个InvalidOperationException
• 当前使用的库版本在初始化MotorHat实例时，默认不会主动重置所有通道寄存器，所以没法自动清掉这些脏数据。

按优先级从高到低尝试以下操作即可解决：

• 软复位（绝大多数场景直接生效）：创建MotorHat实例后，先调用PCA9685的复位方法清空所有寄存器的脏数据，再创建电机对象，修改后的代码如下：

public void StartMotor()
{
    using (var motorHat = new MotorHat(1000d, 0x40))
    {
        // 对底层PCA9685芯片执行软复位，清除所有通道寄存器残留值
        motorHat.Pca9685.Reset();
        var dcMotorOne = motorHat.CreateDCMotor(1);

        dcMotorOne.Speed = 1;
        Wait(1500);
        dcMotorOne.Speed = 0;
    }
}

如果你当前安装的Iot.Device.Bindings版本找不到Reset()方法，直接把Nuget包升级到2.1.0及以上稳定版本即可。

• 硬件复位：如果软复位无效，断开树莓派和电机Hat的所有供电（包括给电机单独供电的外接电源），等待30秒让板载电容余电完全放完再重新上电，芯片寄存器的随机脏数据会被自动清空。
• 版本兼容修复：如果前两个操作都无效，检查项目引用的System.Device.Gpio和Iot.Device.Bindings版本，2.0以下的部分旧版本存在PCA9685初始化逻辑缺陷，升级到2.2.0以上稳定版本即可修复。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Darkk L