基于CW32模塊的ADS1115多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

ADS1115 器件是兼容 IIC 的 16 位高精度低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，采用超小型無(wú)引線 X2QFN-10 封裝和 VSSOP-10 封裝。ADS111x 器件采用了低漂移電壓基準(zhǔn)和振蕩器。ADS1114 和 ADS1115 還采用可編程增益放大器(PGA)和數(shù)字比較器。這些特性加以較寬的工作電源電壓范圍使得 ADS1115 非常適合功率與空間受限的傳感器測(cè)量。

ADS111x 可在數(shù)據(jù)速率高達(dá)每秒 860 個(gè)樣本 (SPS) 的情況下執(zhí)行轉(zhuǎn)換。PGA 可提供從 ±256mV 到±6.144V 的輸入范圍，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的大小信號(hào)測(cè)量。ADS1115 具有 一個(gè)輸入多路復(fù)用器 (MUX)，可實(shí)現(xiàn)兩次差動(dòng)輸入測(cè)量或四次單端輸入測(cè)量。在ADS1115 中可使用數(shù)字比較器進(jìn)行欠壓和過(guò)壓檢測(cè)。ADS1115既可在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下工作，也可在單沖模式下工作。在單沖模式下，這些器件可在一次轉(zhuǎn)換后自動(dòng)斷電；因此顯著降低了空閑期間的功耗。

01 模塊來(lái)源

模塊實(shí)物展示：

02 規(guī)格參數(shù)

工作電壓：2.0-5.5V

工作電流：150uA

采集精度：16位

采集通道：4通道

控制方式：IIC

管腳數(shù)量：10 Pin（2.54mm間距排針）

以上信息見(jiàn)廠家資料文件

03 移植過(guò)程

我們的目標(biāo)是將例程移植至CW32F030C8T6開(kāi)發(fā)板上【實(shí)現(xiàn)4路ADC采集電壓功能】。首先要獲取資料，查看數(shù)據(jù)手冊(cè)應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)，再移植至我們的工程。

3.1 查看資料

ADS1115是采用的IIC通信，所以首先要了解IIC的地址與時(shí)序，再確定根據(jù)寄存器的設(shè)置。

器件地址

器件地址的設(shè)置見(jiàn)下表:

說(shuō)明：當(dāng)模塊上的ADDR引腳接入GND時(shí)，其器件地址為1001000，最后一位數(shù)據(jù)是讀寫(xiě)位。

時(shí)序

下圖是讀時(shí)序，步驟是：

IIC起始信號(hào)->發(fā)送器件地址+0(寫(xiě))->等待模塊應(yīng)答->應(yīng)答后發(fā)送寄存器地址->等待模塊應(yīng)答->重新發(fā)送起始信號(hào)->發(fā)送器件地址+1(讀)->等待模塊應(yīng)答->應(yīng)答后讀取高8位數(shù)據(jù)->讀取完畢主機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)->讀取低8位數(shù)據(jù)->讀取完畢主機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)->發(fā)送IIC停止信號(hào)

下圖是寫(xiě)時(shí)序，步驟是：

IIC起始信號(hào)->發(fā)送器件地址+0(寫(xiě))->等待模塊應(yīng)答->應(yīng)答后發(fā)送寄存器地址->等待模塊應(yīng)答->應(yīng)答后寫(xiě)入高8位數(shù)據(jù)->等待模塊應(yīng)答->寫(xiě)入低8位數(shù)據(jù)->等待模塊應(yīng)答->發(fā)送IIC停止信號(hào)

寄存器說(shuō)明

ADS1115有四個(gè)寄存器，可通過(guò)IIC接口使用地址指針進(jìn)入。

地址0X00為轉(zhuǎn)換寄存器，它包含最后一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

地址0X01為配置寄存器，用于更改ADS1115的工作模式和查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)。

另外兩個(gè)寄存器，Lo_thresh和Hi_thresh，設(shè)置用于比較器函數(shù)的閾值，我們用不到。

配置寄存器有16位，用于控制工作模式、輸入選擇、數(shù)據(jù)速率、滿量程范圍和比較器模式。

第15位：OS，讀操作時(shí)可以知道當(dāng)前設(shè)備的工作狀態(tài)；寫(xiě)操作時(shí)可以設(shè)置單次轉(zhuǎn)換。本文配置為1（必須為斷電模式下，當(dāng)對(duì)OS寫(xiě)1時(shí)，設(shè)備會(huì)進(jìn)入上電模式并完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后會(huì)自動(dòng)將OS置0）

第14-12位：MUX為輸入多路復(fù)用器，對(duì)輸入模式進(jìn)行選擇，如下圖有八種輸入模式，分別是四種差分與四種單端輸入，本文配置為A0單端輸入（0x04）。（單端輸入就是測(cè)量的數(shù)據(jù)有兩個(gè)引腳，一個(gè)輸出一個(gè)地。將測(cè)量的輸出接入A0引腳，測(cè)量的地與ADS1115共地）

第11-9位：PGA為可編程增益放大器，設(shè)置FSR（滿刻度的范圍），本文配置為±4.096V（0x01）后面電壓計(jì)算公式與這個(gè)有關(guān)。

第8位：MODE選擇持續(xù)轉(zhuǎn)換模式與單次轉(zhuǎn)換模式(單次轉(zhuǎn)換模式需要OS位觸發(fā))，本文配置為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式（0x00）

第7-5位：DR配置data rate數(shù)據(jù)傳輸速率，本文配置為128SPS（0x04）

第4-2位：對(duì)比較器的配置，我們不使用，默認(rèn)為0即可（0x00） 第1-0位：本位配置為關(guān)閉比較器并將ALERT/RDY引腳設(shè)置為高阻抗模式（0x03）

最終得到的配置結(jié)果為1100_0010_1000_0011(0xC283)。

當(dāng)前配置的是A0的引腳，我們后續(xù)獲取數(shù)據(jù)也是從A0引腳讀取。

16位轉(zhuǎn)換寄存器以二進(jìn)制的補(bǔ)碼格式保存最后一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。需要注意的是，在上電之后，轉(zhuǎn)換寄存器被清除為0，并保持為0，直到第一次轉(zhuǎn)換完成。

實(shí)現(xiàn)代碼說(shuō)明

讀取到的ADC值如何換算為電壓？

以PGA設(shè)置為4.96V為例。

電壓 = 采集到的ADC值 * 分辨率

分辨率 = 測(cè)量電壓范圍 / (2^AD位數(shù)-1) = 4.096 / 2的15次方 = 0.000125V

分辨率也可以在數(shù)據(jù)手冊(cè)中查看，見(jiàn)右圖。其中125uV = 0.125mV = 0.000125V。

/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：WriteADS1115
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：向ADS1115的add地址寫(xiě)入dat數(shù)據(jù)
 * 函 數(shù) 形 參： add寫(xiě)入寄存器地址
 *             dat_H寫(xiě)入的高8位數(shù)據(jù)
 *             dat_L寫(xiě)入的低8位數(shù)據(jù)
 * 函 數(shù) 返 回：0寫(xiě)入成功
 *             1寫(xiě)入器件地址無(wú)應(yīng)答
 *             2寫(xiě)入寄存器地址無(wú)應(yīng)答
 * 作       者：LC
 * 備       注：器件地址=0X90
******************************************************************/
uint8_t WriteADS1115(uint8_t add, uint8_t dat_H, uint8_t dat_L)
{
    IIC_Start();//起始信號(hào)
    IIC_Write(0x90);//器件地址
    if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
        return 1;
    IIC_Write(add);//寄存器地址
    if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
        return 2;
    IIC_Write(dat_H);//寫(xiě)入高8位
    IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
    IIC_Write(dat_L);//寫(xiě)入低8位
    IIC_Wait_Ack();//等待應(yīng)答
    IIC_Stop();//停止信號(hào)
    return (0);
}

/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：ReadADS1115
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：讀取ADS1115的數(shù)據(jù)
 * 函 數(shù) 形 參：add讀取的寄存器地址
 * 函 數(shù) 返 回：-1-讀取失敗  其他-讀取成功
 * 作       者：LC
 * 備       注：無(wú)
******************************************************************/
float ReadADS1115(unsigned char add)
{
    int i =0;
    unsigned char dat[2]={0};
    unsigned int num = 0;
    float ret=0;
    IIC_Start();//起始信號(hào)
    IIC_Write(0x90);//器件地址+寫(xiě)
    if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
        return -1;
    IIC_Write(add);//寄存器地址
    if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
        return -1;
    do{
      //超時(shí)判斷
      i++;
      if( i > 20 ) return -1;
      delay_1ms(1);
      IIC_Start();//重新發(fā)送起始信號(hào)
      IIC_Write(0x91);//器件地址+讀
    }while(IIC_Wait_Ack() == 1);


    dat[0]=IIC_Read();//讀高8位數(shù)據(jù)
    IIC_Send_Ack(0);//應(yīng)答
    dat[1]=IIC_Read();//讀低8位數(shù)據(jù)
    IIC_Send_Ack(1);//非應(yīng)答
    IIC_Stop();//發(fā)送停止信號(hào)
    //數(shù)據(jù)整合
    num =  ((dat[0]<<8) | (dat[1]));
    //分辨率計(jì)算：測(cè)量電壓范圍/(2^AD位數(shù)-1)
    //    分辨率= 4.096/2^15=0.000125
    //      電壓= 采集到的ADC值 * 分辨率
    if(num>32768)
        ret=(65535-num)*0.000125;
    else
        ret=num*0.000125;


    return ret;
}

3.2 引腳選擇

接線表

3.3 移植至工程

工程模板參考入門(mén)手冊(cè)的工程模板

移植步驟中的導(dǎo)入.c和.h文件與【CW32模塊使用】DHT11溫濕度傳感器相同，只是將.c和.h文件更改為bsp_ads1115.c與bsp_ads1115.h。這里不再過(guò)多講述，移植完成后面修改相關(guān)代碼。

在文件bsp_ads1115.c中，編寫(xiě)如下代碼。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */


#include "bsp_ads1115.h"
#include "stdio.h"


/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：ADS1115_GPIO_Init
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：對(duì)IIC引腳初始化
 * 函 數(shù) 形 參：無(wú)
 * 函 數(shù) 返 回：無(wú)
 * 作       者：LC
 * 備       注：1100_0010_1000_0011  WriteADS1115(0x01,0xc2,0x83);
******************************************************************/
void ADS1115_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化結(jié)構(gòu)體


    RCC_ADS1115_ENABLE();        // 使能GPIO時(shí)鐘


    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SCL|GPIO_SDA;               // GPIO引腳
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;             // 開(kāi)漏輸出
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;                // 輸出速度高
    GPIO_Init(PORT_ADS1115, &GPIO_InitStruct);              // 初始化


    //寫(xiě)入配置參數(shù)
    WriteADS1115(0x01,0xC2,0x83);
}


/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：IIC_Start
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：IIC起始信號(hào)
 * 函 數(shù) 形 參：無(wú)
 * 函 數(shù) 返 回：無(wú)
 * 作       者：LC
 * 備       注：無(wú)
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
        SDA_OUT();


        SDA(1);
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);


        SDA(0);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        delay_us(5);


}
/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：IIC_Stop
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：IIC停止信號(hào)
 * 函 數(shù) 形 參：無(wú)
 * 函 數(shù) 返 回：無(wú)
 * 作       者：LC
 * 備       注：無(wú)
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
        SDA_OUT();
        SCL(0);
        SDA(0);


        SCL(1);
        delay_us(5);
        SDA(1);
        delay_us(5);


}
/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：IIC_Send_Ack
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：主機(jī)發(fā)送應(yīng)答
 * 函 數(shù) 形 參：0應(yīng)答  1非應(yīng)答
 * 函 數(shù) 返 回：無(wú)
 * 作       者：LC
 * 備       注：無(wú)
******************************************************************/
void IIC_Send_Ack(unsigned char ack)
{
        SDA_OUT();
        SCL(0);
        SDA(0);
        delay_us(5);
        if(!ack) SDA(0);
        else     SDA(1);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        SDA(1);
}
/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：IIC_Wait_Ack
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：等待從機(jī)應(yīng)答
 * 函 數(shù) 形 參：無(wú)
 * 函 數(shù) 返 回：1=無(wú)應(yīng)答   0=有應(yīng)答
 * 作       者：LC
 * 備       注：無(wú)
******************************************************************/


unsigned char IIC_Wait_Ack(void)
{


        char ack = 0;
        unsigned char ack_flag = 10;
        SDA_IN();
        SDA(1);
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        while( (GETSDA()==1) && ( ack_flag ) )
        {
                ack_flag--;
                delay_us(5);
        }


        if( ack_flag <= 0 )
        {
                IIC_Stop();
                return 1;
        }
        else
        {
                SCL(0);
                SDA_OUT();
        }
        return ack;
}
/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：IIC_Write
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：IIC寫(xiě)一個(gè)字節(jié)
 * 函 數(shù) 形 參：dat寫(xiě)入的數(shù)據(jù)
 * 函 數(shù) 返 回：無(wú)
 * 作       者：LC
 * 備       注：無(wú)
******************************************************************/
void IIC_Write(unsigned char dat)
{
        int i = 0;
        SDA_OUT();
        SCL(0);//拉低時(shí)鐘開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸


        for( i = 0; i < 8; i++ )
        {
                SDA( (dat & 0x80) >> 7 );
                                delay_us(2);
                dat<<=1;
                delay_us(6);
                SCL(1);
                delay_us(4);
                SCL(0);
                delay_us(4);


        }
}


/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：IIC_Read
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：IIC讀1個(gè)字節(jié)
 * 函 數(shù) 形 參：無(wú)
 * 函 數(shù) 返 回：讀出的1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)
 * 作       者：LC
 * 備       注：無(wú)
******************************************************************/
unsigned char IIC_Read(void)
{
        unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA設(shè)置為輸入
    for(i=0;i<8;i++ )
        {
        SCL(0);
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        receive<<=1;
        if( GETSDA() )
        {
            receive|=1;
        }
        delay_us(5);
    }
  return receive;
}


/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：WriteADS1115
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：向ADS1115的add地址寫(xiě)入dat數(shù)據(jù)
 * 函 數(shù) 形 參：add寫(xiě)入寄存器地址 dat_H寫(xiě)入的高8位數(shù)據(jù)  dat_L寫(xiě)入的低8位數(shù)據(jù)
 * 函 數(shù) 返 回：0寫(xiě)入成功 1寫(xiě)入器件地址無(wú)應(yīng)答  2寫(xiě)入寄存器地址無(wú)應(yīng)答
 *              3寫(xiě)入高8位數(shù)據(jù)無(wú)應(yīng)答  4寫(xiě)入低8位數(shù)據(jù)無(wú)應(yīng)答
 * 作       者：LC
 * 備       注：器件地址=0X90
******************************************************************/
uint8_t WriteADS1115(uint8_t add,uint8_t dat_H,uint8_t dat_L)
{
          IIC_Start();
          IIC_Write(0x90);
          if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
          {
                  printf("error 1
");
                   return 1;
          }
          IIC_Write(add);
          if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
          {
                  printf("error 2
");
                  return 2;
          }
          IIC_Write(dat_H);
          IIC_Wait_Ack();
          IIC_Write(dat_L);
          IIC_Wait_Ack();
          IIC_Stop();
          return (0);
}






/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：ReadADS1115
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：讀取ADS1115的數(shù)據(jù)
 * 函 數(shù) 形 參：add讀取的寄存器地址
 * 函 數(shù) 返 回：-1-讀取失敗  其他-讀取成功
 * 作       者：LC
 * 備       注：無(wú)
******************************************************************/
float ReadADS1115(unsigned char add)
{
  int i =0;
  unsigned char dat[2]={0};
  unsigned int num = 0;
  float ret=0;
  IIC_Start();//起始信號(hào)
  IIC_Write(0x90);//器件地址+寫(xiě)
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
      return -1;
  IIC_Write(add);//寄存器地址
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
      return -1;
  do{
    //超時(shí)判斷
    i++;
    if( i > 20 ) return -1;
    delay_ms(1);
    IIC_Start();//重新發(fā)送起始信號(hào)
    IIC_Write(0x91);//器件地址+讀
  }while(IIC_Wait_Ack() == 1);


  dat[0]=IIC_Read();//讀高8位數(shù)據(jù)
  IIC_Send_Ack(0);//應(yīng)答
  dat[1]=IIC_Read();//讀低8位數(shù)據(jù)
  IIC_Send_Ack(1);//非應(yīng)答
  IIC_Stop();//發(fā)送停止信號(hào)
  //數(shù)據(jù)整合
  num =  ((dat[0]<<8) | (dat[1]));


        //數(shù)值計(jì)算取決于PGA配置
    //2的15次方=32768
    //設(shè)置的最大量程4.096
//        if(num>32768)
//                ret=((float)(65535-num)/32768.0)*4.096;
//        else
//                ret=((float)num/32768.0)*4.096;


  //分辨率計(jì)算：測(cè)量電壓范圍/(2^AD位數(shù)-1)
  //    分辨率= 4.096/2^15=0.000125
  //      電壓= 采集到的ADC值 * 分辨率
  if(num>32768)
      ret=(65535-num)*0.000125;
  else
      ret=num*0.000125;


  return ret;
}

?

在文件bsp_ads1115.h中，編寫(xiě)如下代碼。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#ifndef _BSP_ADS1115_H_
#define _BSP_ADS1115_H_


#include "board.h"


#define RCC_ADS1115_ENABLE()      __RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define PORT_ADS1115              CW_GPIOB


#define GPIO_SCL                  GPIO_PIN_8
#define GPIO_SDA                  GPIO_PIN_9


//SDA輸入模式
#define SDA_IN()   {                                                     
                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                
                        GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA;                 
                        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT_PULLUP;   
                        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;         
                        GPIO_Init(PORT_ADS1115, &GPIO_InitStruct);       
                   }
//SDA輸出模式
#define SDA_OUT()  {                                                                                                         
                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                
                        GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA;                 
                        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;      
                        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;         
                        GPIO_Init(PORT_ADS1115, &GPIO_InitStruct);       
                    }


#define SCL(BIT)  GPIO_WritePin( PORT_ADS1115, GPIO_SCL, BIT?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET )
#define SDA(BIT)  GPIO_WritePin( PORT_ADS1115, GPIO_SDA, BIT?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET )
#define GETSDA()  GPIO_ReadPin( PORT_ADS1115, GPIO_SDA )








void ADS1115_GPIO_Init(void);
unsigned char WriteADS1115(unsigned char add,unsigned char dat_H,unsigned char dat_L);
float ReadADS1115(unsigned char add);
#endif

?04 移植驗(yàn)證

在自己工程中的main主函數(shù)中，編寫(xiě)如下。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#include "board.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_ads1115.h"


int32_t main(void)
{
    board_init();        // 開(kāi)發(fā)板初始化


    uart1_init(115200);        // 串口1波特率115200


    ADS1115_GPIO_Init();


    printf("demo start
");
    while(1)
    {
        //當(dāng)前設(shè)置最大量程為4.096V
        printf("A0 = %.4f
", ReadADS1115(0x00) );//讀取A0的值
        delay_ms(1000);
    }
}

移植現(xiàn)象：將A0接入GND、3.3V和5V。