STM32 驅動 ADS1015 單端 差分 多通道模式 ADC 轉換

文章目錄

  • 一、ADS1015簡介
  • 二、引腳功能
  • 三、寄存器介紹
    • 1.Conversion Register 轉化數據存放寄存器
    • 2.Config Register 配置寄存器
  • 四、IIC時序
    • 1.寫寄存器
    • 2.讀寄存器
  • 五、程序
  • 六、實驗現象
    • 1.單端模式
    • 2.差分模式
    • 3.偽多通道模式

一、ADS1015簡介

ADS1015 是一款由德州儀器（TI）推出的 12 位高精度模數轉換器（ADC），通過 I2C 接口與主控設備通信。它提供 4 路單端輸入或 2 路差分輸入，內置可編程增益放大器（PGA），支持多種電壓測量范圍，最高采樣率可達 3300 次每秒，廣泛應用于傳感器數據采集、電壓監測、工業控制等場合。
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二、引腳功能

ADDRIIC地址選擇
ALERT/RDY比較器輸出高低或轉換就緒
GND電源地
AIN0-AIN3模擬量輸入
VDD電源正
SDAIIC時鐘線
SCLIIC數據線

ADS1015引腳ADDR用于設置器件的IIC地址， 該引腳可以連接到GND、VDD、SDA、SCL，從而選擇四個不同的IIC地址。本文使用的模塊ADDR引腳接在GND上，故從機地址為0x90/0x91。
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三、寄存器介紹

(只說明需要用到的兩個寄存器，其它的不做說明可自行查看手冊)

1.Conversion Register 轉化數據存放寄存器

16 位轉換寄存器（Conversion register）包含上一次轉換的結果，格式為二進制補碼。上電后，轉換寄存器被清零為 0000h，并保持該值，直到第一次轉換完成。
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由圖表可知 AD 轉換后的 AD 值存放于該寄存器15-4位，而 3-0 位保留為0，故讀取數據只需高 12 位即可

2.Config Register 配置寄存器

16位配置寄存器用于控制操作模式、輸入選擇、數據速率、滿量程范圍和比較器模式。

Bit字段類型復位值描述
15OSR/W1h運行狀態或單次轉換啟動該位決定設備的運行狀態。
操作系統只能在下電狀態下寫入，在轉換過程中沒有作用。
寫入:
0:沒有效果
1:啟動單次轉換(在斷電狀態下)
讀時:
0:設備當前正在執行轉換
1:設備當前未執行轉換
14:12MUX[2:0]R/W0h輸入多路復用配置
000 : AINP = AIN0 and AINN = AIN1 (default)
001 : AINP = AIN0 and AINN = AIN3
010 : AINP = AIN1 and AINN = AIN3
011 : AINP = AIN2 and AINN = AIN3
100 : AINP = AIN0 and AINN = GND
101 : AINP = AIN1 and AINN = GND
110 : AINP = AIN2 and AINN = GND
111 : AINP = AIN3 and AINN = GND
11:9PGA[2:0]R/W2h可編程增益放大器配置
這些位設置可編程增益放大器的FSR
000 : FSR = ±6.144 V
001 : FSR = ±4.096 V
010 : FSR = ±2.048 V (default)
011 : FSR = ±1.024 V
100 : FSR = ±0.512 V
101 : FSR = ±0.256 V
110 : FSR = ±0.256 V
111 : FSR = ±0.256 V
8MODER/W1h設備運行方式
這個位控制操作模式。
0：連續轉換模式
1：單次模式或掉電狀態（默認）
7:5DR[2:0]R/W4h數據速率
這些位控制數據速率設置。
000 : 8 SPS
001 : 16 SPS
010 : 32 SPS
011 : 64 SPS
100 : 128 SPS (default)
101 : 250 SPS
110 : 475 SPS
111 : 860 SPS
4COMP_MODER/W0h比較器模式
該位控制比較器工作
0：傳統比較器（默認）
1：窗口比較器
3COMP_POLR/W0h比較器極性
該位控制ALERT / RDY引腳的極性
0：低電平有效（默認）
1：高電平有效
2COMP_LATR/W0h鎖存比較器
該位控制ALERT / RDY引腳在被置為有效后鎖存，還是在轉換后處于上限和下限閾值范圍之內清零。
0：非鎖存比較器。 置位后ALERT / RDY引腳不鎖存（默認）
1：鎖存比較器。 置為有效的ALERT / RDY引腳保持鎖存狀態，直到轉換數據由主服務器或適當的SMBus警報響應讀取由主機發送。 設備以其地址響應，它是最低的當前聲明ALERT / RDY總線的地址。
1:0COMP_QUE[1:0]R/W3h比較器置位和禁用
這些位執行兩個功能。 設置為11時，比較器被禁用，ALERT / RDY引腳被設置為高阻抗狀態。 當設置為任何其他值時，將啟用ALERT / RDY引腳和比較器功能，并且該設置值確定連續的轉換次數超過在聲明ALERT / RDY引腳之前所需的上限或下限閾值
00：一次轉換后斷言
01：兩次轉換后置位
10：四次轉換后置位
11：禁用比較器并將ALERT / RDY引腳設置為高阻抗（默認）

四、IIC時序

1.寫寄存器

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2.讀寄存器

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五、程序

ADS1015.h
#ifndef __ADS1015_H
#define __ADS1015_H/*IIC 地址--------------------------------------------------------------------------*/
#define ADS1015_W 0x90
#define ADS1015_R 0x91
/*寄存器地址----------------------------------------------------------------------------*/
#define REG_Conversion 0x00
#define REG_config		 0x01
#define REG_L_thresh 	 0x02
#define REG_H_thresh 	 0x03
/* REG_config Bit15-4 ------------------------------------------------------------------*/
#define OS 				     1 		  //操作狀態或單發轉換啟動  （1位）
#define MUX 			     0x04 	  //輸入多路配置  通道0  （3位）
#define PGA 			     0x00	  //可編程增益放大器配置  量程 ±6.144  V  （3位）
#define MODE		         0x00	  //設備運行方式  連續轉換模式  （1位）
#define DR				     0x03     //轉換速率920SPS  （3位）
#define	COMP_MODE	         0 		  //比較器模式  傳統比較器  （默認）（1位）
#define COMP_POL 	         0		  //比較器極性  低電平有效  （默認）（1位）
#define COMP_LAT	         0 		  //鎖存比較器  非鎖存比較器， 置位后ALERT / RDY引腳不鎖存  （默認）（1位）
#define COMP_QUE	         0x03 	  //比較器置位和禁用  禁用 （默認）（2位）
#define config_MSB (OS << 7)|(MUX << 4)|(PGA << 1)|(MODE)
#define config_LSB (DR << 5)|(COMP_MODE << 4)|(COMP_POL << 3)|(COMP_LAT << 2)|(COMP_QUE)uint32_t ADS1015_ReadReg(uint8_t RegAddress);
void ADS1015_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data_H, uint8_t Data_L);
void ADS1015_Init(void);
int32_t ADS1015_GetVoltage(void);#endif

ADS1015.C
#include "stm32f10x.h"                   // Device header
#include "MyI2C.h"
#include "ADS1015.h"void ADS1015_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data_H, uint8_t Data_L)
{MyI2C_Start();						  //I2C起始MyI2C_SendByte(ADS1015_W);	          //發送從機地址，讀寫位為0，表示即將寫入MyI2C_ReceiveAck();					  //接收應答MyI2C_SendByte(RegAddress);		      //發送寄存器地址MyI2C_ReceiveAck();					  //接收應答MyI2C_SendByte(Data_H);			      //發送要寫入寄存器的數據高位MyI2C_ReceiveAck();					  //接收應答MyI2C_SendByte(Data_L);			      //發送要寫入寄存器的數據低位MyI2C_ReceiveAck();					  //接收應答MyI2C_Stop();						  //I2C終止
}uint32_t ADS1015_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{uint32_t Data=0;MyI2C_Start();						  //I2C起始MyI2C_SendByte(ADS1015_W);	          //發送從機地址MyI2C_ReceiveAck();					  //接收應答MyI2C_SendByte(RegAddress);	          //發送寄存器地址MyI2C_ReceiveAck();					  //接收應答MyI2C_Start();					   	  //I2C重復起始MyI2C_SendByte(ADS1015_R);	          //發送從機地址MyI2C_ReceiveAck();					  //接收應答Data = MyI2C_ReceiveByte();	          //接收指定寄存器的高位數據MyI2C_SendAck(0);				  	  //發送應答Data = (Data << 4) | ((MyI2C_ReceiveByte())>>4);//接收指定寄存器的低位數據MyI2C_SendAck(1);                     //發送非應答MyI2C_Stop();						  //I2C終止return Data;
}int32_t ADS1015_GetVoltage(void)//獲取電壓
{uint32_t AD=0;int32_t Voltage=0;AD = ADS1015_ReadReg(REG_Conversion);    //獲取 AD 值if(AD > 0x7FF)                           //如果是負壓{Voltage = 0-((0xFFF-AD)*(6144/2048));//分辨率：6.144V÷2^11=6144mV÷2048   電壓=AD值*分辨率}else                                    //正壓{Voltage = AD*(6144/2048);}return Voltage;
}void ADS1015_Init(void)
{ADS1015_WriteReg(REG_config,config_MSB,config_LSB);
}

main.C
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "ADS1015.h"
#include "MyI2C.h"int32_t Channel_0_voltage,Channel_1_voltage,Channel_2_voltage,Channel_3_voltage;//定義用于存放各個通道的電壓數據void SingleVoltage_Show(void);
void MultipleChannels_Show(void);int main(void)
{Delay_ms(1000);//上電延時MyI2C_Init();ADS1015_Init();//配置寄存器初始化OLED_Init();Delay_ms(1000);SingleVoltage_Show();//單端模式//MultipleChannels_Show();//偽多通道模式
}void SingleVoltage_Show(void)//單端模式 IN0 輸入模擬電壓，需使用其它通道修改 ADS1015.h 頭文件中的 MUX 字段
{while(1){Channel_0_voltage = ADS1015_GetVoltage();OLED_ShowString(1,1,"Channel0:");OLED_ShowSignedNum(1,10,Channel_0_voltage,4);OLED_ShowString(1,15,"mV");Delay_ms(1000);}
}//差分模式在單端模式基礎上改一下 ADS1015.h 頭文件中的 MUX 字段，修改輸入通道模式即可void MultipleChannels_Show(void)//偽多通道模式，ADS1015只有一個ADC，不能真正同時多通道輸入，采用時分復用方法，配置多個通道快速分時采集
{while(1){#define MUX 0x04 	    //使用通道0#define config_MSB (OS << 7)|(MUX << 4)|(PGA << 1)|(MODE)ADS1015_WriteReg(REG_config,config_MSB,config_LSB);Delay_ms(100);Channel_0_voltage = ADS1015_GetVoltage();#define MUX 0x05 	    //使用通道1#define config_MSB (OS << 7)|(MUX << 4)|(PGA << 1)|(MODE)ADS1015_WriteReg(REG_config,config_MSB,config_LSB);Delay_ms(100);Channel_1_voltage = ADS1015_GetVoltage();#define MUX 0x06 	    //使用通道2#define config_MSB (OS << 7)|(MUX << 4)|(PGA << 1)|(MODE)ADS1015_WriteReg(REG_config,config_MSB,config_LSB);Delay_ms(100);Channel_2_voltage = ADS1015_GetVoltage();#define MUX 0x07      //使用通道3#define config_MSB (OS << 7)|(MUX << 4)|(PGA << 1)|(MODE)ADS1015_WriteReg(REG_config,config_MSB,config_LSB);Delay_ms(100);Channel_3_voltage = ADS1015_GetVoltage();OLED_ShowString(1,1,"Channel0:");OLED_ShowSignedNum(1,10,Channel_0_voltage,4);OLED_ShowString(1,15,"mV");OLED_ShowString(2,1,"Channel1:");OLED_ShowSignedNum(2,10,Channel_1_voltage,4);OLED_ShowString(2,15,"mV");OLED_ShowString(3,1,"Channel2:");OLED_ShowSignedNum(3,10,Channel_2_voltage,4);OLED_ShowString(3,15,"mV");OLED_ShowString(4,1,"Channel3:");OLED_ShowSignedNum(4,10,Channel_3_voltage,4);OLED_ShowString(4,15,"mV");Delay_ms(500);}
}

六、實驗現象

----------------------------------------------------OLED接線------------------------------------------------------
SCL-----PB8
SDA-----PB9
--------------------------------------------------ADS1015接線--------------------------------------------------
SCL-----PB10
SDA-----PB11

1.單端模式

main 里調用 SingleVoltage_Show(); 函數
AIN0 分別輸入 1.8V 3.3V 5V

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2.差分模式

差分模式在單端模式基礎改一下 ADS1015.h 頭文件中的 MUX 字段，修改輸入通道模式即可
#define MUX 0x00 // AINP = AIN0 and AINN = AIN1 通道 0 1 差分輸入

AIN 0 與 AIN 1 通道分別輸入 1.8V 或者 3.3V ，顯示壓差 ± 1490

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3.偽多通道模式

ADS1015只有一個ADC，不能真正同時多通道輸入，采用時分復用方法，配置多個通道快速分時采集

main 里調用 MultipleChannels_Show(); 函數 ，注意 SingleVoltage_Show(); 需注釋掉
四個通道 AIN 01234 分別輸入 0V 1.8V 3.3V 5V

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