基于CW32模塊的ADS1115多路模數轉換器設計
ADS1115 器件是兼容 IIC 的 16 位高精度低功耗模數轉換器 (ADC)，采用超小型無引線 X2QFN-10 封裝和 VSSOP-10 封裝。ADS111x 器件采用了低漂移電壓基準和振蕩器。ADS1114 和 ADS1115 還采用可編程增益放大器(PGA)和數字比較器。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量。
ADS111x 可在數據速率高達每秒 860 個樣本 (SPS) 的情況下執行轉換。PGA 可提供從 ±256mV 到±6.144V 的輸入范圍，從而實現精準的大小信號測量。ADS1115 具有 一個輸入多路復用器 (MUX)，可實現兩次差動輸入測量或四次單端輸入測量。在ADS1115 中可使用數字比較器進行欠壓和過壓檢測。ADS1115既可在連續轉換模式下工作，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換后自動斷電；因此顯著降低了空閑期間的功耗。
01 模塊來源
模塊實物展示：
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
以上信息見廠家資料文件
03 移植過程
我們的目標是將例程移植至CW32F030C8T6開發板上【實現4路ADC采集電壓功能】。首先要獲取資料，查看數據手冊應如何實現讀取數據，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的地址與時序，再確定根據寄存器的設置。
器件地址
器件地址的設置見下表:
說明：當模塊上的ADDR引腳接入GND時，其器件地址為1001000，最后一位數據是讀寫位。
時序
下圖是讀時序，步驟是：
IIC起始信號->發送器件地址+0(寫)->等待模塊應答->應答后發送寄存器地址->等待模塊應答->重新發送起始信號->發送器件地址+1(讀)->等待模塊應答->應答后讀取高8位數據->讀取完畢主機發送應答信號->讀取低8位數據->讀取完畢主機發送應答信號->發送IIC停止信號
下圖是寫時序，步驟是：
IIC起始信號->發送器件地址+0(寫)->等待模塊應答->應答后發送寄存器地址->等待模塊應答->應答后寫入高8位數據->等待模塊應答->寫入低8位數據->等待模塊應答->發送IIC停止信號
寄存器說明
ADS1115有四個寄存器，可通過IIC接口使用地址指針進入。
地址0X00為轉換寄存器，它包含最后一次轉換的結果。
地址0X01為配置寄存器，用于更改ADS1115的工作模式和查詢設備狀態。
另外兩個寄存器，Lo_thresh和Hi_thresh，設置用于比較器函數的閾值，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、數據速率、滿量程范圍和比較器模式。
第15位：OS，讀操作時可以知道當前設備的工作狀態；寫操作時可以設置單次轉換。本文配置為1（必須為斷電模式下，當對OS寫1時，設備會進入上電模式并完成一次數據轉換，然后會自動將OS置0）
第14-12位：MUX為輸入多路復用器，對輸入模式進行選擇，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）。（單端輸入就是測量的數據有兩個引腳，一個輸出一個地。將測量的輸出接入A0引腳，測量的地與ADS1115共地）
第11-9位：PGA為可編程增益放大器，設置FSR（滿刻度的范圍），本文配置為±4.096V（0x01）后面電壓計算公式與這個有關。
第8位：MODE選擇持續轉換模式與單次轉換模式(單次轉換模式需要OS位觸發)，本文配置為連續轉換模式（0x00）
第7-5位：DR配置data rate數據傳輸速率，本文配置為128SPS（0x04）
第4-2位：對比較器的配置，我們不使用，默認為0即可（0x00） 第1-0位：本位配置為關閉比較器并將ALERT/RDY引腳設置為高阻抗模式（0x03）
最終得到的配置結果為1100_0010_1000_0011(0xC283)。
當前配置的是A0的引腳，我們后續獲取數據也是從A0引腳讀取。
16位轉換寄存器以二進制的補碼格式保存最后一次轉換的結果。需要注意的是，在上電之后，轉換寄存器被清除為0，并保持為0，直到第一次轉換完成。
實現代碼說明
讀取到的ADC值如何換算為電壓？
以PGA設置為4.96V為例。
電壓 = 采集到的ADC值 * 分辨率
分辨率 = 測量電壓范圍 / (2^AD位數-1) = 4.096 / 2的15次方 = 0.000125V
分辨率也可以在數據手冊中查看，見右圖。其中125uV = 0.125mV = 0.000125V。
/******************************************************************
* 函 數 名 稱：WriteADS1115
* 函 數 說 明：向ADS1115的add地址寫入dat數據
* 函 數 形 參： add寫入寄存器地址
* dat_H寫入的高8位數據
* dat_L寫入的低8位數據
* 函 數 返 回：0寫入成功
* 1寫入器件地址無應答
* 2寫入寄存器地址無應答
* 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
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);//寫入高8位
IIC_Wait_Ack();//等待應答
IIC_Write(dat_L);//寫入低8位
IIC_Wait_Ack();//等待應答
IIC_Stop();//停止信號
return (0);
}
/******************************************************************
* 函 數 名 稱：ReadADS1115
* 函 數 說 明：讀取ADS1115的數據
* 函 數 形 參：add讀取的寄存器地址
* 函 數 返 回：-1-讀取失敗 其他-讀取成功
* 作 者：LC
* 備 注：無
******************************************************************/
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
IIC_Write(0x90);//器件地址+寫
if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
return -1;
IIC_Write(add);//寄存器地址
if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
return -1;
do{
//超時判斷
i++;
if( i > 20 ) return -1;
delay_1ms(1);
IIC_Start();//重新發送起始信號
IIC_Write(0x91);//器件地址+讀
}while(IIC_Wait_Ack() == 1);
dat[0]=IIC_Read();//讀高8位數據
IIC_Send_Ack(0);//應答
dat[1]=IIC_Read();//讀低8位數據
IIC_Send_Ack(1);//非應答
IIC_Stop();//發送停止信號
//數據整合
num = ((dat[0]<<8) | (dat[1]));
//分辨率計算：測量電壓范圍/(2^AD位數-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
工程模板參考入門手冊的工程模板
移植步驟中的導入.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。這里不再過多講述，移植完成后面修改相關代碼。
在文件bsp_ads1115.c中，編寫如下代碼。
/* * Change Logs: * Date Author Notes * 2024-06-20 LCKFB-LP first version */ #include "bsp_ads1115.h" #include "stdio.h" /****************************************************************** * 函 數 名 稱：ADS1115_GPIO_Init * 函 數 說 明：對IIC引腳初始化 * 函 數 形 參：無 * 函 數 返 回：無 * 作 者：LC * 備 注：1100_0010_1000_0011 WriteADS1115(0x01,0xc2,0x83); ******************************************************************/ void ADS1115_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化結構體 RCC_ADS1115_ENABLE(); // 使能GPIO時鐘 GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SCL|GPIO_SDA; // GPIO引腳 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 開漏輸出 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH; // 輸出速度高 GPIO_Init(PORT_ADS1115, &GPIO_InitStruct); // 初始化 //寫入配置參數 WriteADS1115(0x01,0xC2,0x83); } /****************************************************************** * 函 數 名 稱：IIC_Start * 函 數 說 明：IIC起始信號 * 函 數 形 參：無 * 函 數 返 回：無 * 作 者：LC * 備 注：無 ******************************************************************/ 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 名 稱：IIC_Stop * 函 數 說 明：IIC停止信號 * 函 數 形 參：無 * 函 數 返 回：無 * 作 者：LC * 備 注：無 ******************************************************************/ void IIC_Stop(void) { SDA_OUT(); SCL(0); SDA(0); SCL(1); delay_us(5); SDA(1); delay_us(5); } /****************************************************************** * 函 數 名 稱：IIC_Send_Ack * 函 數 說 明：主機發送應答 * 函 數 形 參：0應答 1非應答 * 函 數 返 回：無 * 作 者：LC * 備 注：無 ******************************************************************/ 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 名 稱：IIC_Wait_Ack * 函 數 說 明：等待從機應答 * 函 數 形 參：無 * 函 數 返 回：1=無應答 0=有應答 * 作 者：LC * 備 注：無 ******************************************************************/ 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 名 稱：IIC_Write * 函 數 說 明：IIC寫一個字節 * 函 數 形 參：dat寫入的數據 * 函 數 返 回：無 * 作 者：LC * 備 注：無 ******************************************************************/ void IIC_Write(unsigned char dat) { int i = 0; SDA_OUT(); SCL(0);//拉低時鐘開始數據傳輸 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 名 稱：IIC_Read * 函 數 說 明：IIC讀1個字節 * 函 數 形 參：無 * 函 數 返 回：讀出的1個字節數據 * 作 者：LC * 備 注：無 ******************************************************************/ unsigned char IIC_Read(void) { unsigned char i,receive=0; SDA_IN();//SDA設置為輸入 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 名 稱：WriteADS1115 * 函 數 說 明：向ADS1115的add地址寫入dat數據 * 函 數 形 參：add寫入寄存器地址 dat_H寫入的高8位數據 dat_L寫入的低8位數據 * 函 數 返 回：0寫入成功 1寫入器件地址無應答 2寫入寄存器地址無應答 * 3寫入高8位數據無應答 4寫入低8位數據無應答 * 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 名 稱：ReadADS1115 * 函 數 說 明：讀取ADS1115的數據 * 函 數 形 參：add讀取的寄存器地址 * 函 數 返 回：-1-讀取失敗 其他-讀取成功 * 作 者：LC * 備 注：無 ******************************************************************/ 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 IIC_Write(0x90);//器件地址+寫 if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) return -1; IIC_Write(add);//寄存器地址 if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) return -1; do{ //超時判斷 i++; if( i > 20 ) return -1; delay_ms(1); IIC_Start();//重新發送起始信號 IIC_Write(0x91);//器件地址+讀 }while(IIC_Wait_Ack() == 1); dat[0]=IIC_Read();//讀高8位數據 IIC_Send_Ack(0);//應答 dat[1]=IIC_Read();//讀低8位數據 IIC_Send_Ack(1);//非應答 IIC_Stop();//發送停止信號 //數據整合 num = ((dat[0]<<8) | (dat[1])); //數值計算取決于PGA配置 //2的15次方=32768 //設置的最大量程4.096 // if(num>32768) // ret=((float)(65535-num)/32768.0)*4.096; // else // ret=((float)num/32768.0)*4.096; //分辨率計算：測量電壓范圍/(2^AD位數-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 移植驗證
在自己工程中的main主函數中，編寫如下。
/* * 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(); // 開發板初始化 uart1_init(115200); // 串口1波特率115200 ADS1115_GPIO_Init(); printf("demo start "); while(1) { //當前設置最大量程為4.096V printf("A0 = %.4f ", ReadADS1115(0x00) );//讀取A0的值 delay_ms(1000); } }
移植現象：將A0接入GND、3.3V和5V。
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原文標題：【CW32模塊使用】ADS1115多路模數轉換器
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