ADS1115 — 16-битный Аналого-Цифровой Преобразователь с I2C интерфейсом. Модуль RI038

Микросхема ADS1115 — это 4-х канальный 16-битный аналого-цифровой преобразователь (ЦАП). 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).

ADS1115 - 16-битный АЦП с I2C - Блок-схема

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.

ADS1115 - Типичные соединения

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:

ADS1115 - Входной мультиплексор 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

ADS1115 - Выводы АЦП модуля

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.
ADS1115 - Система установки адреса I2C

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

Купить ADS1115 на AliExpress

Похожие записи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *