STM32 驱动 ADS1015 单端 差分 多通道模式 ADC 转换

文章目录

  • 一、ADS1015简介
  • 二、引脚功能
  • 三、寄存器介绍
    • 1.Conversion Register 转化数据存放寄存器
    • 2.Config Register 配置寄存器
  • 四、IIC时序
    • 1.写寄存器
    • 2.读寄存器
  • 五、程序
  • 六、实验现象
    • 1.单端模式
    • 2.差分模式
    • 3.伪多通道模式

一、ADS1015简介

ADS1015 是一款由德州仪器（TI）推出的 12 位高精度模数转换器（ADC），通过 I²C 接口与主控设备通信。它提供 4 路单端输入或 2 路差分输入，内置可编程增益放大器（PGA），支持多种电压测量范围，最高采样率可达 3300 次每秒，广泛应用于传感器数据采集、电压监测、工业控制等场合。
在这里插入图片描述

二、引脚功能

ADDRIIC地址选择
ALERT/RDY比较器输出高低或转换就绪
GND电源地
AIN0-AIN3模拟量输入
VDD电源正
SDAIIC时钟线
SCLIIC数据线

ADS1015引脚ADDR用于设置器件的IIC地址， 该引脚可以连接到GND、VDD、SDA、SCL，从而选择四个不同的IIC地址。本文使用的模块ADDR引脚接在GND上，故从机地址为0x90/0x91。
在这里插入图片描述

三、寄存器介绍

(只说明需要用到的两个寄存器，其它的不做说明可自行查看手册)

1.Conversion Register 转化数据存放寄存器

16 位转换寄存器（Conversion register）包含上一次转换的结果，格式为二进制补码。上电后，转换寄存器被清零为 0000h，并保持该值，直到第一次转换完成。
在这里插入图片描述

由图表可知 AD 转换后的 AD 值存放于该寄存器15-4位，而 3-0 位保留为0，故读取数据只需高 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、输入选择、数据速率、满量程范围和比较器模式。

Bit字段类型复位值描述
15OSR/W1h运行状态或单次转换启动该位决定设备的运行状态。
操作系统只能在下电状态下写入，在转换过程中没有作用。
写入:
0:没有效果
1:启动单次转换(在断电状态下)
读时:
0:设备当前正在执行转换
1:设备当前未执行转换
14:12MUX[2:0]R/W0h输入多路复用配置
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可编程增益放大器配置
这些位设置可编程增益放大器的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设备运行方式
这个位控制操作模式。
0：连续转换模式
1：单次模式或掉电状态（默认）
7:5DR[2:0]R/W4h数据速率
这些位控制数据速率设置。
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比较器模式
该位控制比较器工作
0：传统比较器（默认）
1：窗口比较器
3COMP_POLR/W0h比较器极性
该位控制ALERT / RDY引脚的极性
0：低电平有效（默认）
1：高电平有效
2COMP_LATR/W0h锁存比较器
该位控制ALERT / RDY引脚在被置为有效后锁存，还是在转换后处于上限和下限阈值范围之内清零。
0：非锁存比较器。 置位后ALERT / RDY引脚不锁存（默认）
1：锁存比较器。 置为有效的ALERT / RDY引脚保持锁存状态，直到转换数据由主服务器或适当的SMBus警报响应读取由主机发送。 设备以其地址响应，它是最低的当前声明ALERT / RDY总线的地址。
1:0COMP_QUE[1:0]R/W3h比较器置位和禁用
这些位执行两个功能。 设置为11时，比较器被禁用，ALERT / RDY引脚被设置为高阻抗状态。 当设置为任何其他值时，将启用ALERT / RDY引脚和比较器功能，并且该设置值确定连续的转换次数超过在声明ALERT / RDY引脚之前所需的上限或下限阈值
00：一次转换后断言
01：两次转换后置位
10：四次转换后置位
11：禁用比较器并将ALERT / RDY引脚设置为高阻抗（默认）

四、IIC时序

1.写寄存器

在这里插入图片描述

2.读寄存器

在这里插入图片描述

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 		  //操作状态或单发转换启动  （1位）
#define MUX 			     0x04 	  //输入多路配置  通道0  （3位）
#define PGA 			     0x00	  //可编程增益放大器配置  量程 ±6.144  V  （3位）
#define MODE		         0x00	  //设备运行方式  连续转换模式  （1位）
#define DR				     0x03     //转换速率920SPS  （3位）
#define	COMP_MODE	         0 		  //比较器模式  传统比较器  （默认）（1位）
#define COMP_POL 	         0		  //比较器极性  低电平有效  （默认）（1位）
#define COMP_LAT	         0 		  //锁存比较器  非锁存比较器， 置位后ALERT / RDY引脚不锁存  （默认）（1位）
#define COMP_QUE	         0x03 	  //比较器置位和禁用  禁用 （默认）（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);	          //发送从机地址，读写位为0，表示即将写入MyI2C_ReceiveAck();					  //接收应答MyI2C_SendByte(RegAddress);		      //发送寄存器地址MyI2C_ReceiveAck();					  //接收应答MyI2C_SendByte(Data_H);			      //发送要写入寄存器的数据高位MyI2C_ReceiveAck();					  //接收应答MyI2C_SendByte(Data_L);			      //发送要写入寄存器的数据低位MyI2C_ReceiveAck();					  //接收应答MyI2C_Stop();						  //I2C终止
}uint32_t ADS1015_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{uint32_t Data=0;MyI2C_Start();						  //I2C起始MyI2C_SendByte(ADS1015_W);	          //发送从机地址MyI2C_ReceiveAck();					  //接收应答MyI2C_SendByte(RegAddress);	          //发送寄存器地址MyI2C_ReceiveAck();					  //接收应答MyI2C_Start();					   	  //I2C重复起始MyI2C_SendByte(ADS1015_R);	          //发送从机地址MyI2C_ReceiveAck();					  //接收应答Data = MyI2C_ReceiveByte();	          //接收指定寄存器的高位数据MyI2C_SendAck(0);				  	  //发送应答Data = (Data << 4) | ((MyI2C_ReceiveByte())>>4);//接收指定寄存器的低位数据MyI2C_SendAck(1);                     //发送非应答MyI2C_Stop();						  //I2C终止return Data;
}int32_t ADS1015_GetVoltage(void)//获取电压
{uint32_t AD=0;int32_t Voltage=0;AD = ADS1015_ReadReg(REG_Conversion);    //获取 AD 值if(AD > 0x7FF)                           //如果是负压{Voltage = 0-((0xFFF-AD)*(6144/2048));//分辨率：6.144V÷2^11=6144mV÷2048   电压=AD值*分辨率}else                                    //正压{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;//定义用于存放各个通道的电压数据void SingleVoltage_Show(void);
void MultipleChannels_Show(void);int main(void)
{Delay_ms(1000);//上电延时MyI2C_Init();ADS1015_Init();//配置寄存器初始化OLED_Init();Delay_ms(1000);SingleVoltage_Show();//单端模式//MultipleChannels_Show();//伪多通道模式
}void SingleVoltage_Show(void)//单端模式 IN0 输入模拟电压，需使用其它通道修改 ADS1015.h 头文件中的 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);}
}//差分模式在单端模式基础上改一下 ADS1015.h 头文件中的 MUX 字段，修改输入通道模式即可void MultipleChannels_Show(void)//伪多通道模式，ADS1015只有一个ADC，不能真正同时多通道输入，采用时分复用方法，配置多个通道快速分时采集
{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、实验现象

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

1.单端模式

main 里调用 SingleVoltage_Show(); 函数
AIN0 分别输入 1.8V 3.3V 5V

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2.差分模式

差分模式在单端模式基础改一下 ADS1015.h 头文件中的 MUX 字段，修改输入通道模式即可
#define MUX 0x00 // AINP = AIN0 and AINN = AIN1 通道 0 1 差分输入

AIN 0 与 AIN 1 通道分别输入 1.8V 或者 3.3V ，显示压差 ± 1490

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

3.伪多通道模式

ADS1015只有一个ADC，不能真正同时多通道输入，采用时分复用方法，配置多个通道快速分时采集

main 里调用 MultipleChannels_Show(); 函数 ，注意 SingleVoltage_Show(); 需注释掉
四个通道 AIN 01234 分别输入 0V 1.8V 3.3V 5V

在这里插入图片描述

以上内容个人理解，如有不正欢迎指正，需要资料及工程可留言邮箱

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