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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。
二、引脚功能
| ADDR | IIC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 |
| SDA | IIC时钟线 |
| SCL | IIC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。
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。
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 |
|---|---|---|---|---|
| 15 | OS | R/W | 1h | 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 |
| 14:12 | MUX[2:0] | R/W | 0h | 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 |
| 11:9 | PGA[2:0] | R/W | 2h | 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 |
| 8 | MODE | R/W | 1h | 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） |
| 7:5 | DR[2:0] | R/W | 4h | 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 |
| 4 | COMP_MODE | R/W | 0h | 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 |
| 3 | COMP_POL | R/W | 0h | 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 |
| 2 | COMP_LAT | R/W | 0h | 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。 |
| 1:0 | COMP_QUE[1:0] | R/W | 3h | 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
2.读寄存器
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
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
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
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