【CW32模块使用】ADS1115多路模数转换器

ADS1115 器件是兼容 IIC 的 16 位高精度低功耗模数转换器 (ADC)，采用超小型无引线 X2QFN-10 封装和 VSSOP-10 封装。ADS111x 器件采用了低漂移电压基准和振荡器。ADS1114 和 ADS1115 还采用可编程增益放大器(PGA)和数字比较器。这些特性加以较宽的工作电源电压范围使得 ADS1115 非常适合功率与空间受限的传感器测量。

ADS111x 可在数据速率高达每秒 860 个样本 (SPS) 的情况下执行转换。PGA 可提供从 ±256mV 到±6.144V 的输入范围，从而实现精准的大小信号测量。ADS1115 具有 一个输入多路复用器 (MUX)，可实现两次差动输入测量或四次单端输入测量。在ADS1115 中可使用数字比较器进行欠压和过压检测。ADS1115既可在连续转换模式下工作，也可在单冲模式下工作。在单冲模式下，这些器件可在一次转换后自动断电；因此显著降低了空闲期间的功耗。

1.模块来源

模块实物展示：

2.规格参数

工作电压：2.0-5.5V

工作电流：150uA

采集精度：16位

采集通道：4通道

控制方式：IIC

管脚数量：10 Pin（2.54mm间距排针）

3.移植过程

我们的目标是将例程移植至CW32F030C8T6开发板上【实现4路ADC采集电压功能】。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现读取数据，再移植至我们的工程。

3.1查看资料

ADS1115是采用的IIC通信，所以首先要了解IIC的地址与时序，再确定根据寄存器的设置。

器件地址

器件地址的设置见下表：

说明：当模块上的ADDR引脚接入GND时，其器件地址为1001000，最后一位数据是读写位。

时序

下图是读时序，步骤是：

IIC起始信号 -> 发送器件地址+0(写) -> 等待模块应答 -> 应答后发送寄存器地址 -> 等待模块应答 -> 重新发送起始信号 -> 发送器件地址+1(读) -> 等待模块应答 -> 应答后读取高8位数据 -> 读取完毕主机发送应答信号 -> 读取低8位数据 -> 读取完毕主机发送应答信号 -> 发送IIC停止信号

下图是写时序，步骤是：

IIC起始信号 -> 发送器件地址+0(写) -> 等待模块应答 -> 应答后发送寄存器地址 -> 等待模块应答 -> 应答后写入高8位数据 -> 等待模块应答 -> 写入低8位数据 -> 等待模块应答 -> 发送IIC停止信号

寄存器说明

ADS1115有四个寄存器，可通过IIC接口使用地址指针进入。

• 地址0X00为转换寄存器，它包含最后一次转换的结果。

• 地址0X01为配置寄存器，用于更改ADS1115的工作模式和查询设备状态。

• 另外两个寄存器，Lo_thresh和Hi_thresh，设置用于比较器函数的阈值，我们用不到。

配置寄存器有16位，用于控制工作模式、输入选择、数据速率、满量程范围和比较器模式。

第15位：OS，读操作时可以知道当前设备的工作状态；写操作时可以设置单次转换。本文配置为1（必须为断电模式下，当对OS写1时，设备会进入上电模式并完成一次数据转换，然后会自动将OS置0）

第14-12位：MUX为输入多路复用器，对输入模式进行选择，如下图有八种输入模式，分别是四种差分与四种单端输入，本文配置为A0单端输入（0x04）。（单端输入就是测量的数据有两个引脚，一个输出一个地。将测量的输出接入A0引脚，测量的地与ADS1115共地）

第11-9位：PGA为可编程增益放大器，设置FSR（满刻度的范围），本文配置为±4.096V（0x01）后面电压计算公式与这个有关。

第8位：MODE选择持续转换模式与单次转换模式(单次转换模式需要OS位触发)，本文配置为连续转换模式（0x00）

第7-5位：DR配置data rate数据传输速率，本文配置为128SPS（0x04）

第4-2位：对比较器的配置，我们不使用，默认为0即可（0x00） 第1-0位：本位配置为关闭比较器并将ALERT/RDY引脚设置为高阻抗模式（0x03）

最终得到的配置结果为1100_0010_1000_0011(0xC283)。

当前配置的是A0的引脚，我们后续获取数据也是从A0引脚读取。

16位转换寄存器以二进制的补码格式保存最后一次转换的结果。需要注意的是，在上电之后，转换寄存器被清除为0，并保持为0，直到第一次转换完成。

实现代码说明

读取到的ADC值如何换算为电压？

以PGA设置为4.96V为例。

电压 = 采集到的ADC值 * 分辨率

分辨率 = 测量电压范围 / (2^AD位数-1) = 4.096 / 2的15次方 = 0.000125V

分辨率也可以在数据手册中查看，见右图。其中125uV = 0.125mV = 0.000125V。

/****************************************************************** 
* 函 数 名 称：WriteADS1115 * 函 数 说 明：向ADS1115的add地址写入dat数据 
* 函 数 形 参： add写入寄存器地址 *             
dat_H写入的高8位数据 *             
dat_L写入的低8位数据 * 函 数 返 回：0写入成功 *             
1写入器件地址无应答 *             
2写入寄存器地址无应答 
* 作       者：LC 
* 备       注：器件地址=0X90
******************************************************************/
uint8_t WriteADS1115(uint8_t add, uint8_t dat_H, uint8_t dat_L)
{    
IIC_Start();//起始信号    
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);//写入高8位    
IIC_Wait_Ack();//等待应答    
IIC_Write(dat_L);//写入低8位    
IIC_Wait_Ack();//等待应答    
IIC_Stop();//停止信号    
return (0);}

/******************************************************************* 函 数 名 称：ReadADS1115 * 函 数 说 明：读取ADS1115的数据 
 * 函 数 形 参：add读取的寄存器地址 
 * 函 数 返 回：-1-读取失败  其他-读取成功 
 * 作       者：LC 
 * 备       注：无******************************************************************/float ReadADS1115(unsigned char add){    int i =0;    unsigned char dat[2]={0};    unsigned int num = 0;    float ret=0;    IIC_Start();//起始信号    IIC_Write(0x90);//器件地址+写    if( IIC_Wait_Ack() == 1 )        return -1;    IIC_Write(add);//寄存器地址    if( IIC_Wait_Ack() == 1 )        return -1;    do{      //超时判断      i++;      if( i > 20 ) return -1;      delay_1ms(1);      IIC_Start();//重新发送起始信号      IIC_Write(0x91);//器件地址+读    }while(IIC_Wait_Ack() == 1);
    dat[0]=IIC_Read();//读高8位数据    IIC_Send_Ack(0);//应答    dat[1]=IIC_Read();//读低8位数据    IIC_Send_Ack(1);//非应答    IIC_Stop();//发送停止信号    //数据整合    num =  ((dat[0]<<8) | (dat[1]));    //分辨率计算：测量电压范围/(2^AD位数-1)    //    分辨率= 4.096/2^15=0.000125    //      电压= 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 引脚选择

3.3 移植至工程

工程模板参考入门手册的工程模板

移植步骤中的导入.c和.h文件与之前的文章“【CW32模块使用】DHT11温湿度传感器”相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_ads1115.c与bsp_ads1115.h。这里不再过多讲述，移植完成后面修改相关代码。

在文件bsp_ads1115.c中，编写如下代码。

/* * Change Logs: * Date           Author       Notes * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version */
#include "bsp_ads1115.h"#include "stdio.h"
/****************************************************************** * 函 数 名 称：ADS1115_GPIO_Init * 函 数 说 明：对IIC引脚初始化 * 函 数 形 参：无 * 函 数 返 回：无 * 作       者：LC * 备       注：1100_0010_1000_0011  WriteADS1115(0x01,0xc2,0x83);******************************************************************/void ADS1115_GPIO_Init(void){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化结构体
    RCC_ADS1115_ENABLE();        // 使能GPIO时钟
    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SCL|GPIO_SDA;               // GPIO引脚    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;             // 开漏输出    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;                // 输出速度高    GPIO_Init(PORT_ADS1115, &GPIO_InitStruct);              // 初始化
    //写入配置参数    WriteADS1115(0x01,0xC2,0x83);}
/****************************************************************** * 函 数 名 称：IIC_Start * 函 数 说 明：IIC起始信号 * 函 数 形 参：无 * 函 数 返 回：无 * 作       者：LC * 备       注：无******************************************************************/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 数 名 称：IIC_Stop * 函 数 说 明：IIC停止信号 * 函 数 形 参：无 * 函 数 返 回：无 * 作       者：LC * 备       注：无******************************************************************/void IIC_Stop(void){        SDA_OUT();        SCL(0);        SDA(0);
        SCL(1);        delay_us(5);        SDA(1);        delay_us(5);
}/****************************************************************** * 函 数 名 称：IIC_Send_Ack * 函 数 说 明：主机发送应答 * 函 数 形 参：0应答  1非应答 * 函 数 返 回：无 * 作       者：LC * 备       注：无******************************************************************/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 数 名 称：IIC_Wait_Ack * 函 数 说 明：等待从机应答 * 函 数 形 参：无 * 函 数 返 回：1=无应答   0=有应答 * 作       者：LC * 备       注：无******************************************************************/
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 数 名 称：IIC_Write * 函 数 说 明：IIC写一个字节 * 函 数 形 参：dat写入的数据 * 函 数 返 回：无 * 作       者：LC * 备       注：无******************************************************************/void IIC_Write(unsigned char dat){        int i = 0;        SDA_OUT();        SCL(0);//拉低时钟开始数据传输
        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 数 名 称：IIC_Read * 函 数 说 明：IIC读1个字节 * 函 数 形 参：无 * 函 数 返 回：读出的1个字节数据 * 作       者：LC * 备       注：无******************************************************************/unsigned char IIC_Read(void){        unsigned char i,receive=0;    SDA_IN();//SDA设置为输入    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 数 名 称：WriteADS1115 * 函 数 说 明：向ADS1115的add地址写入dat数据 * 函 数 形 参：add写入寄存器地址 dat_H写入的高8位数据  dat_L写入的低8位数据 * 函 数 返 回：0写入成功 1写入器件地址无应答  2写入寄存器地址无应答 *              3写入高8位数据无应答  4写入低8位数据无应答 * 作       者：LC * 备       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\r\n");                   return 1;          }          IIC_Write(add);          if( IIC_Wait_Ack() == 1 )          {                  printf("error 2\r\n");                  return 2;          }          IIC_Write(dat_H);          IIC_Wait_Ack();          IIC_Write(dat_L);          IIC_Wait_Ack();          IIC_Stop();          return (0);}


/****************************************************************** * 函 数 名 称：ReadADS1115 * 函 数 说 明：读取ADS1115的数据 * 函 数 形 参：add读取的寄存器地址 * 函 数 返 回：-1-读取失败  其他-读取成功 * 作       者：LC * 备       注：无******************************************************************/float ReadADS1115(unsigned char add){  int i =0;  unsigned char dat[2]={0};  unsigned int num = 0;  float ret=0;  IIC_Start();//起始信号  IIC_Write(0x90);//器件地址+写  if( IIC_Wait_Ack() == 1 )      return -1;  IIC_Write(add);//寄存器地址  if( IIC_Wait_Ack() == 1 )      return -1;  do{    //超时判断    i++;    if( i > 20 ) return -1;    delay_ms(1);    IIC_Start();//重新发送起始信号    IIC_Write(0x91);//器件地址+读  }while(IIC_Wait_Ack() == 1);
  dat[0]=IIC_Read();//读高8位数据  IIC_Send_Ack(0);//应答  dat[1]=IIC_Read();//读低8位数据  IIC_Send_Ack(1);//非应答  IIC_Stop();//发送停止信号  //数据整合  num =  ((dat[0]<<8) | (dat[1]));
        //数值计算取决于PGA配置    //2的15次方=32768    //设置的最大量程4.096//        if(num>32768)//                ret=((float)(65535-num)/32768.0)*4.096;//        else//                ret=((float)num/32768.0)*4.096;
  //分辨率计算：测量电压范围/(2^AD位数-1)  //    分辨率= 4.096/2^15=0.000125  //      电压= 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，编写如下代码。

/* * 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输入模式#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输出模式#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

4.移植验证

在自己工程中的main主函数中，编写如下。

/* * 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();        // 开发板初始化
    uart1_init(115200);        // 串口1波特率115200
    ADS1115_GPIO_Init();
    printf("demo start\r\n");    while(1)    {        //当前设置最大量程为4.096V        printf("A0 = %.4f\r\n", ReadADS1115(0x00) );//读取A0的值        delay_ms(1000);    }}

移植现象：将A0接入GND、3.3V和5V。