Микросхема ADS1115 — это 4-х канальный 16-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). ADS1115 разработано для обеспечения точности, энергоэффективности, простоты в реализации, выполняет преобразование с программируемыми скоростями обработки данных до 860 выб./с, потребляемый ток питания составляет всего 150 мкА (ном.), а рабочее напряжение снижено до 2 В.
Встроенный усилитель с программируемым коэффициентом усиления (PGA) предлагает диапазоны входных сигналов от ±256 мВ до ±6.144 В, что позволяет проводить точные измерения больших и малых напряжений. ADS1115 имеет входной мультиплексор (MUX), который позволяет выполнять два дифференциальных или четыре несимметричных входных измерения.
ADS1115 имеет встроенный компаратор (вывод ALERT/RDY), который можно использовать в качестве оповещения для управляющего устройства (микроконтроллера или микропроцессора).
Этот модуль очень боится перенапряжения по входам. Превышение напряжения более чем на 5% от напряжения питания не допустимо.
Характеристики ADS1115
- Корпус X2QFN-10 или VSSOP-10
- Скорость обработки данных: 8–860 выб./с
- Ток питания: 150 мкА (ном.)
- разрешение: 16 бит
- программируемая частота дискретизации;
- напряжение питания: 2.0V — 5.5V;
- Напряжение смещения: 100 мкВ
- Расширенный диапазон температур: от -40°C до +125°C
- внутренний источник опорного напряжения;
- 4 входа (A0-A3), которые могут использоваться как два дифференциальных входа для измерения разности напряжения между входами, либо как 4 отдельных несимметричных входа, в этом случае напряжение измеряется между одним из входов и общим проводом;
- программируемый выходной компаратор;
- встроенный программируемый усилитель входного сигнала PGA: до х16;
- интерфейс : I2C: 4-контактный по выбору адреса.
Схема подключения АЦП ADS1115 к МК и МП
Подключается АЦП ADS1115 к микропроцессору или микроконтроллеру по шине I2C/TWI, а на каждую линию необходим внешний верхний подтягивающий резистор номиналом от 1 до 10 кОм. Выход ALERT/RDY от компаратора подключается к цифровому входу МК/МП, на эту линию тоже нужно подключить верхний подтягивающий резистор того-же номинала.
Аналоговые входы АЦП ADS1115
Всего в микросхеме имеется 4 входа (AIN0-AIN3), которые могут использоваться как два дифференциальных входа для измерения разности напряжения между входами, либо как 4 отдельных несимметричных входа, в этом случае напряжение измеряется между одним из входов и общим проводом (GND). Необходимую комбинацию входов можно задавать с помощью встроенного мультиплексора, структура которого показана на картинке ниже:
Как видно на вход внутреннего АЦП (AINp, AINn) в один момент времени может подключаться только одна комбинация входов. Для дифференциального входа, в случае, когда AINp>AINn, напряжение считается положительным, если AINn>AINp, то напряжение отрицательное. При использовании несимметричного входа измерение напряжения производится относительно общего провода, в этом случае измеряется только положительное напряжение. Микросхема ADS1115 не предназначена для измерения отрицательного напряжение относительно общего провода, на входы можно подавать только положительное напряжение.
Встроенный усилитель дает возможность измерения малых напряжений, не ограничивая разрешение АЦП. В следующей таблице приведены коэффициенты усиления и пределы измеряемого напряжения:
| PGA | FS |
|---|---|
| 2/3 | ±6,144 В |
| 1 | ±4,096 В |
| 2 | ±2,048 В |
| 4 | ±1,024 В |
| 8 | ±0,512 В |
| 16 | ±0,256 В |
Напряжение питания АЦП должно быть больше или равно диапазону измерения, это касается коэффициентов 2/3 и 1, которые позволяют измерять значения вплоть до величины напряжения питания АЦП. Если напряжение питания меньше предела измерения, выходной код АЦП (результат преобразования) не достигнет максимального значения для выбранного предела измерения. Наибольший предел FS=6,144 В (для коэффициента 2/3) отражает полную шкалу АЦП ADS1115, но это не означает что можно подавать такое значение, напряжение подаваемое на вход АЦП не должно превышать VDD+0,3 В. В случае максимального напряжения питания (5,5 В) измеряемое напряжение не должно превышать 5.5 В+0.3 В=5.8 В.
В следующей таблице представлено соответствие выходного кода АЦП в зависимости от входного напряжения:
| Входной сигнал, Vin=AINp-AINn | Значение кода АЦП | Десятичное значение |
|---|---|---|
| ≥FS | 7FFFh | 32767 |
| +FS/(2 в 15 степени) | 0001h | 1 |
| 0 | 0 | 0 |
| -FS/(2 в 15 степени) | FFFFh | 65535 |
| ≤-FS | 8000h | 32768 |
При измерении напряжения на несимметричном входе используется только половина шкалы выходного кода (0-7FFFh), так как в этом случае измеряется только положительное напряжение.
Выводы модуля RI038 на ADS1115
| Вывод | Описание |
|---|---|
| VDD | Питание |
| GND | Общий (земля) |
| SCL | Линия тактирования (Serial CLock) |
| SDA | Линия данных (Serial Data) |
| ADDR | Выбор адреса подчиненного устройства I2C |
| ALRT | Выход компаратора или преобразование готово |
| A0 | Аналоговый вход 0 |
| A1 | Аналоговый вход 1 |
| A2 | Аналоговый вход 2 |
| A3 | Аналоговый вход 3 |
Система установки адреса I2C ADS1115
Данное устройство предполагает установку адреса для I2C шины при помощи замыкания вывода ADDR на цифровые сигнальные выводы или выводы шины питания. Установка различных адресов I2C предназначена для того, чтоб при подключении двух и более различных устройств не происходило конфликта между ними, т. к. в лучшем случае модули у которых адреса совпадут просто не будут работать, а в худшем — работа всех модулей на шине может стать непредсказуемой. Как выглядит выбор адреса показано ниже.
| Подключение вывода ADDR | Адрес микросхемы ADS1115 |
|---|---|
| GND | 0x48 (1001000) |
| VDD | 0x49 (1001001) |
| SDA | 0x4A (1001010) |
| SCL | 0x4B (1001011) |
ADS1115 поддерживает стандартную скорость передачи до 100 Кбит/сек (100 кГц), высокую скорость до 400 Кбит/сек (400 кГц), а также ультравысокую скорость до 3.4 Мбит/сек (3.4 МГц).
Описание регистров ADS1115
АЦП имеет всего 4 внутренних регистра, все регистры 16-ти битные, соответственно для каждой сессии записи/чтения по интерфейсу I2C передается 2 информационных байта (кроме байта адреса регистра). Описание регистров приведено ниже в таблице:
| Адрес | Название | Описание регистра |
|---|---|---|
| 0x00 | Conversion register | Регистр хранения результата преобразования |
| 0x01 | Config register | Конфигурационный регистр |
| 0x02 | Lo_thresh register | Регистр уставки, минимальное значение |
| 0x03 | Hi_thresh register | Регистр уставки, максимальное значение |
С помощью конфигурационного регистра осуществляется управление АЦП, описание регистра приведено ниже в таблице:
| Бит | Название бита | Значение бита | Описание |
|---|---|---|---|
| 15 | OS. Бит определяет состояние устройства и может быть записан только в режиме пониженного потребления | Для записи | |
| 0 | Нет эффекта | ||
| 1 | Начать преобразование, для режима одиночного преобразования (пониженное потребление) | ||
| Для чтения | |||
| 0 | Выполняется преобразование | ||
| 1 | Преобразование закончено | ||
| 14-12 | MUX. Настройка мультиплексора | 000 | AINp=AIN0 и AINn=AIN1 (умолч) |
| 001 | AINp=AIN0 и AINn=AIN3 | ||
| 010 | AINp=AIN1 и AINn=AIN3 | ||
| 011 | AINp=AIN2 и AINn=AIN3 | ||
| 100 | AINp=AIN0 и AINn=GND | ||
| 101 | AINp=AIN1 и AINn=GND | ||
| 110 | AINp=AIN2 и AINn=GND | ||
| 111 | AINp=AIN3 и AINn=GND | ||
| 11-9 | PGA. Коэффициент усиления усилителя | 000 | FS=±6,144 В |
| 001 | FS=±4,096 В | ||
| 010 | FS=±2,048 В (умолч.) | ||
| 011 | FS=±1,024 В | ||
| 100 | FS=±0,512 В | ||
| 101 | FS =±0,256 В | ||
| 110 | FS =±0,256 В | ||
| 111 | FS =±0,256 В | ||
| 8 | MODE. Режим работы | 0 | Непрерывное преобразование |
| 1 | Одиночное преобразование, режим пониженного потребления (умолч) | ||
| 7-5 | DR. Частота дискретизации | 000 | 8 ГЦ |
| 001 | 16 ГЦ | ||
| 010 | 32 ГЦ | ||
| 011 | 64 ГЦ | ||
| 100 | 128 ГЦ (умолч) | ||
| 101 | 250 ГЦ | ||
| 110 | 475 ГЦ | ||
| 111 | 860 ГЦ | ||
| 4 | COMP_MODE. Тип компаратора | 0 | Компаратор с гистерезисом (умолч) |
| 1 | Компаратор без гистерезиса | ||
| 3 | COMP_POL. Полярность компаратора | 0 | Низкий активный уровень (умолч) |
| 1 | Высокий активный уровень | ||
| 2 | COMP_LAT. Режим компаратора | 0 | Компаратор без “защелки” (умолч) |
| 1 | Компаратор с “защелкой” | ||
| 1-0 | COMP_QUE. Управление компаратором | 00 | Установка сигнала на выходе после одного преобразования |
| 01 | Установка сигнала на выходе после двух преобразований | ||
| 10 | Установка сигнала на выходе после четырех преобразований | ||
| 11 | Компаратор выключен (умолч) |
Материалы
Скачать документацию Datasheet ADS1115.pdf
Микросхема ADS1115 – самый миниатюрный в отрасли 16-битный АЦП
ADS1115 – описание и подключение 16-битного АЦП
