ads1115模块接线，ads1115模块使用方法

我最近学**了如何制作可变电源并选择了ADC模块（16位）。非常方便又有趣。您可以在没有运算放大器的情况下测量电流（只需要一个检测电阻）。包括一个芯片。可编程增益放大器（PGA）），可编程改变范围，满量程范围可设置为6.144 V，4.096 V，2.048 V，1.024 V，0.512 V，0.256 V。它还可以自动调整范围，并且芯片有自己的参考。不用担心基准测试的麻烦。我的建议是：

我将在下一篇文章中分享驱动程序。 ADS1115中文数据表

1. 功能说明

1.1 多路复用器

ADS1115 包括一个输入多路复用器(MUX)，如图25 所示。它可以测量4个单端信号或2个差分信号。此外，可以使用AIN3 对AIN0 和AIN1 进行差分测量。多路复用器由配置寄存器中的MUX[2:0] 位组成。测量单端信号时，ADC 的负输入通过多路复用器中的开关在内部连接至GND。

ADS1113 和ADS1114 没有输入多路复用器，可以测量差分或单端信号。对于单端测量，将AIN1 引脚连接到外部。在本数据表的其余部分中，AINP 指ADS1113 和ADS1114 上的AIN0，AINN 指ADS1113 和ADS1114 上的AIN1。测量单端输入时，设备不会输出负码。这些负代码代表负差分信号，即(V(AINP)V(AINN))0。连接至VDD 和GND 的静电放电(ESD) 二极管可保护ADS111x 的输入。为了防止ESD 二极管导通，请将绝对输入电压保持在公式3 给出的范围内。地0.3V

如果输入引脚电压可能违反这些条件，请使用外部肖特基二极管和串联电阻将输入电流限制在安全值（请参阅绝对最大额定值表）。

1.2 模拟输入

ADS111x 使用开关电容器输入级，其中电容器连续充电和放电，以测量AINP 和AINN 之间的电压。对输入信号进行采样的频率称为采样频率或调制频率（fMOD）。 ADS111x 有一个1MHz 内部振荡器，该振荡器进一步分为四个部分以生成250kHz fMOD。该输入级中使用的电容器非常小，以至于平均负载对外部电路呈现电阻性。其结构如图26所示。

电阻由电容值和开关速度决定。图27 显示了图26 中的开关设置。在采样阶段，开关S1闭合。该事件将CA1 设置为V(AINP)，将CA2 设置为V(AINN)，将CB 设置为(V(AINP)V(AINN))。在放电阶段，S1先打开，然后S2关闭。之后，CA1和CA2放电至约0.7V，CB放电至0V。这种充电会从驱动ADS111x 模拟输入的源产生非常小的瞬态电流。

该电流的平均值可用于计算有效阻抗(Zeff) (Zeff=VIN/IAVERAGE)。

通过将共模信号施加到短路的AINP 和AINN 输入并测量流过每个引脚的平均电流来测量共模输入阻抗。共模输入阻抗根据满量程范围而变化，但默认满量程范围约为6M。在图26 中，共模输入阻抗为ZCM。

通过将一个输入保持在0.7V 并向AINP 和AINN 输入施加差分信号来测量差分输入阻抗。流过连接到0.7V 的引脚的电流是差分电流，并且在满量程范围内缩放。在图26 中，差分输入阻抗为ZDIFF。

请务必考虑输入阻抗的标准值。除非输入源具有低阻抗，否则ADS111x 的输入阻抗会影响测量精度。具有高输出阻抗的源可能需要缓冲。有源缓冲器会引入噪声并引入偏移和增益误差。在高精度应用中考虑所有这些因素。

由于时钟振荡器频率随温度略有漂移，因此输入阻抗也会漂移。对于大多数应用来说，这种输入阻抗漂移可以忽略不计，可以忽略不计。

1.3 满量程范围(FSR) 和LSB 大小

ADS1114 和ADS1115 中的 内核前面实现了可编程增益放大器(PGA)。满量程范围由配置寄存器中的PGA[2:0] 位配置，可设置为6.144 V、4.096 V、2.048 V、1.024 V、0.512 V 和0.256 V。表3 显示了FSR 和相应的LSB 大小。 LSB 大小是使用公式4 中所示的公式根据满量程电压计算得出的。但是，模拟输入电压不能超过电气特性中列出的模拟输入电压限制。如果VDD 使用大于4V 的电源电压，6.144V 的满量程范围允许输入电压扩展到电源电压。然而，在这种情况下（或只要电源电压小于满量程范围，例如VDD=3.3 V，满量程范围=4.096）

1.4 参考电压

ADS111x 具有集成电压基准。这些设备不能使用外部参考。与初始电压基准精度和基准温度偏差相关的误差包含在电气特性表的增益误差和增益漂移规格中。

1.5 振荡器

ADS111x 具有1 MHz 集成振荡器。您不能使用外部时钟来操作这些设备。内部振荡器随温度和时间变化。输出数据速率与振荡器频率成正比。

1.6 数字比较器（仅限ADS1114 和ADS1115）

ADS1115 和ADS1114 具有一个可编程数字比较器，可在ALERT/RDY 引脚上生成警报。配置寄存器中的COMP_MODE 位将比较器配置为传统比较器或窗口比较器。在传统比较器模式下，当转换数据超过高阈值寄存器(Hi_thresh) 中设置的限制时，ALERT/RDY 引脚将被置位（默认为低电平有效）。仅当转换数据低于低阈值寄存器(Lo_thresh) 中设置的限制时，比较器才会变低。在窗口比较器模式下，当转换数据超过Hi_thresh 寄存器或低于Lo_thresh 寄存器值时，ALERT/RDY 引脚将被置位。

在窗口模式或传统比较器模式下，比较器可配置为在配置寄存器中的COMP_LAT 位置1 后锁存。即使输入信号未超出阈值寄存器的范围，此设置也会保持断言。该锁存器的置位只能通过发出SMBus 警报响应或读取转换寄存器来清除。 ALERT/RDY 引脚可通过配置寄存器中的COMP_POL 位配置为高电平有效或低电平有效。图28 显示了两种比较器模式的工作原理。

比较器可以配置为仅在配置的连续读取次数超过阈值寄存器（Hi_thresh 和Lo_thresh）中设置的阈值后才激活ALERT /RDY 引脚。配置寄存器中的COMP_QUE[1:0] 位将比较器配置为等待1、2 或4 个读数高于阈值，然后再激活ALERT/RDY 引脚。 COMP_QUE[1:0] 位还可以禁用比较器功能并强制ALERT/RDY 引脚为高电平。

1.7 转换就绪引脚（仅限ADS1114 和ADS1115）

ALERT/RDY 引脚也可以配置为转换就绪引脚。要将引脚用作转换就绪引脚，请将Hi_thresh 寄存器的最高有效位设置为1，并将Lo_thresh 寄存器设置为0。 COMP_POL 位继续按预期工作。将COMP_QUE[1:0] 位设置为除11 之外的任何2 位值可以使ALERT/RDY 引脚保持活动状态，并导致ALERT/RDY 引脚的输出上出现准备转换信号。

COMP_MODE 和COMP_LAT 位不再控制功能。当配置为转换就绪引脚时，ALERT/RDY 仍然需要一个上拉电阻。连续转换模式下的ADS111x 在每次转换结束时在ALERT/RDY 引脚上输出大约8 s 准备转换脉冲，如图29 所示。在单次模式下，当ALERT/RDY 引脚打开且COMP_POL 位设置为0 时，转换结束。

1.8 SMbus 报警响应

在锁存比较器模式(COMP_LAT=1) 下，当比较器检测到跨越上限或下限阈值的转换时，将置位ALERT/RDY 引脚。该断言被锁存，并且只能通过读取转换数据或通过发出成功的SMBus 警报响应并读取断言的设备I2C 地址来清除。如果清除后转换数据超过上限或下限阈值，则引脚将重新传输。

此断言不会影响已经正在进行的转换。 ALERT/RDY 引脚是开漏输出。这种架构允许多个设备共享相同的接口总线。禁用时，该引脚保持高电平以防止干扰同一总线上的其他设备。

当主机检测到ALERT/RDY 引脚被锁存时，它会向I2C 总线发出SMBus 警报命令(00011001)。 I2C 总线上的ADS1114 和ADS1115 数据转换器具有ALERT/RDY 引脚，可响应来自从机地址的命令。如果I2C 总线上有多个ADS111x 断言锁存ALERT/RDY 引脚，则SMBus 警报的地址响应部分的仲裁决策为

清除断言的设备。 I2C 地址最低的设备始终会赢得仲裁。如果器件仲裁失败，则器件不会清除比较器输出引脚的断言。然后主机重复SMBus 警报响应，直到所有设备清除其相应的断言。在窗口比较器模式下，当信号超过高阈值时，SMBus 警报状态位指示1；当信号超过低阈值时，SMBus 警报状态位指示0。

2.设备功能模式

2.1 复位和上电

ADS111x 在加电时复位，并将配置寄存器中的所有位设置为其相应的默认设置。复位完成后，ADS111x 将进入断电状态。设备接口和数字块处于活动状态，但不发生数据转换。 ADS111x 的初始断电状态可能会导致电源紧张的系统出现上电浪涌。 ADS111x 响应I2C 广播调用命令。当ADS111x 收到广播呼叫重置命令时，它会执行内部重置，就像设备已开机一样。

2.2 运行模式

ADS111x 以两种模式之一运行：连续转换或单次。 Config 寄存器中的MODE 位选择相应的工作模式。

2.2.1 单模式

当配置寄存器中的MODE 位设置为1 时，ADS111x 断电并以单次模式运行。此断电状态是ADS111x 首次上电时的默认状态。即使断电，设备也会响应命令。 ADS111x 保持断电状态，直到配置寄存器中的操作状态(OS) 位写入1。设置OS 位后，器件有25s 的时间加电，将OS 位重置为0，然后开始转换。当转换后的数据准备好检索时，设备将再次断电。转换期间向OS 位写入1 没有任何效果。要切换到连续转换模式，请将0 写入Config 寄存器中的MODE 位。

2.2.2 连续转换模式

在连续转换模式（MODE 位设置为0）下，ADS111x 连续执行转换。转换完成后，ADS111x 将结果放入转换寄存器中并立即开始另一次转换。要切换到单次模式，请将1 写入配置寄存器中的MODE 位或复位器件。

2.3 低功率占空比

一般来说，降低输出数据速率可以提高ADC 的噪声性能，因为来自内部调制器的更多样本会被平均以产生转换结果。在功耗至关重要的应用中，可能没有必要在较低数据速率下改进噪声性能。对于这些应用，ADS111x 支持占空比，以低得多的数据速率定期请求更高的数据速率读数，从而显着节省功耗。例如，在断电状态下数据速率设置为860 SPS 的ADS111x 可以通过微控制器命令每125 毫秒(8 SPS) 进行一次转换来操作。由于860 SPS 转换只需要大约1.2 ms，因此ADS111x 在剩余123.8 ms 的情况下进入断电状态。在此配置中，ADS111x 的功耗约为连续转换模式下功耗的1/100。占空比完全是任意的并由主控制器定义。 ADS111x 提供较低的数据速率，不实现占空比，并在需要时提高噪声性能。

3. 编程

3.1 I2C接口

ADS111x 通过I2C 接口进行通信。 I2C 是一种两线开漏极接口，支持单个总线上的多个设备和主设备。 I2C 总线上的设备仅通过将总线接地来驱动总线；该设备从不将总线驱动为高电平。相反，总线通过上拉电阻被拉高，因此当没有设备将总线驱动为低电平时，总线始终为高电平。由于此配置，两个设备不会发生冲突。如果两个设备同时驱动总线，则不存在驱动因素。

I2C 总线上的通信始终在两个设备之间进行，一个充当主设备，另一个充当从设备。主设备和从设备都可以读写，但从设备只能在主设备的指导下执行。一些I2C 设备可以作为主设备或从设备运行，但ADS111x 只能作为从设备运行。

I2C总线由两条线组成：SDA和SCL。 SDA 承载数据，SCL 提供时钟。所有数据均通过I2C 总线以8 位形式发送。要在I2C 总线上发送一个位，请在SCL 为低电平时将SDA 线驱动到适当的电平（SDA 低电平表示该位为0，高电平表示该位为1）。 SDA线稳定后，SCL线先变高，然后变低。 SCL 上的脉冲将SDA 位时钟转换为接收器的移位寄存器。如果I2C 总线空闲时间超过25 毫秒，总线就会超时。

I2C 总线是双向的。换句话说，SDA线是用来发送和接收数据的。当主机从主机读取时，从机驱动数据线，当主机向从机发送数据时，主机驱动数据线。主设备始终驱动时钟线。 ADS111x 无法充当主机，因此无法驱动SCL。

大多数时候，总线处于空闲状态，没有进行任何通信，并且两条线路都处于高电平。当通信发生时，总线变为活动状态。只有主设备可以发起通信并在总线上发起START 条件。通常，数据线只能在时钟线为低电平时改变状态。如果数据线在时钟线为高电平时改变状态，则会导致START 或STOP 条件。当时钟线变高并且数据线从高变低时，出现启动条件。当时钟线变高并且数据线从低变高时，出现停止条件。

主设备发出START 条件后，会发送一个字节来指示要与哪个从设备进行通信。该字节称为地址字节。 I2C 总线上的每个设备都有一个唯一的7 位地址。主机发送地址字节中的地址以及指示主机是否正在从从设备读取或写入的位。

I2C 总线上发送的每个字节（地址和数据）均由确认位确认。一旦主机完成向从机发送一个字节（8 个数据位），它就会停止驱动SDA 并等待从机确认该字节。从机通过拉低SDA 来确认该字节。然后主机发送一个时钟脉冲来计时确认位。类似地，当主设备完成读取一个字节时，它通过拉低SDA 来确认从设备的完成。然后主机发送时钟脉冲来计时。该主机始终驱动时钟线。

如果总线上没有设备并且主机尝试寻址该地址，则不会有响应，因为该地址处没有设备将线拉低。通过在确认周期期间将SDA 置为高电平来执行无确认。

一旦主设备和从设备完成通信，就可以发出停止条件。当发出STOP 条件时，总线再次空闲。主设备还可以发出另一个START 条件。在总线处于活动状态时发出START 条件称为重复启动条件。

时序要求部分提供了ADS111x I2C 通信的时序图。

3.1.1 I2C 地址选择

ADS111x 有一个地址引脚ADDR，用于设置器件的I2C 地址。该引脚可连接至GND、VDD、SDA 或SCL，并且一个引脚可用于选择四个不同的地址，如表4 所示。地址引脚ADDR 的状态被连续采样。从GND、VDD 和SCL 地址开始。当使用SDA 作为设备地址时，在SCL 线变低后保持SDA 线至少100 ns，以便设备在I2C 通信期间正确解码地址。

3.1.2 I2C 广播调用

如果第8 位为0，则ADS111x 响应I2C 通用调用地址(0000000)。设备验证通用调用地址并在第二个字节中响应命令。如果第二个字节是00000110 (06h)，则ADS111x 复位其内部寄存器并进入断电状态。

3.1.3 I2C速度模式

I2C 总线以三种速度之一运行。标准模式允许时钟频率高达100 kHz，快速模式允许时钟频率高达400 kHz，快速模式（也称为Hs 模式）允许时钟频率高达3.4 MHz。 ADS111x 与所有三种模式完全兼容。

在标准或快速模式下使用ADS111x 不需要特殊操作，但必须激活快速模式。要激活快速模式，请在START 条件后发送特殊地址字节00001xxx。这里xxx 有点特定于启用Hs 的主站。该字节称为Hs主码，与普通地址字节不同，第8位不指示读/写状态。 ADS111x 无法识别该字节。 I2C 规范禁止识别Hs 主控代码。收到主码后，处于Hs 模式的ADS111x 将滤波器切换至3.4 MHz。 ADS111x 在以下停止条件下切换到Hs 模式：有关快速模式的更多信息，请参阅I2C 规范。

3.2 从机模式操作

ADS111x 用作从接收器或从发送器。 ADS111x 无法作为从机驱动SCL 线。

3.2.1 接收方式

在从机接收模式下，从主机发送到从机的第一个字节由7 位设备地址和低R/W 位组成。主机发送的下一个字节是地址指针寄存器。然后，ADS111x 确认收到地址指针寄存器字节。接下来的两个字节被写入由寄存器地址指针位P[1:0] 指定的地址。 ADS111x 确认发送的每个字节。寄存器字节首先发送最高有效字节，然后是最低有效字节。

3.2.2 传输方式

000：AINP=AIN0 且AINN=AIN1（默认）

001：AINP=AIN0 且AINN=AIN3

010: AINP=AIN1 且AINN=AIN3

011: AINP=AIN2 且AINN=AIN3

100：AINP=AIN0 且AINN=GND

101：AINP=AIN1 且AINN=GND

110：AINP=AIN2 且AINN=GND

111：AINP=AIN3 且AINN=GND

11:9

职业高尔夫[2:0]

读/写

0x02

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。这些位对ADS1113 没有影响。

000：FSR=6.144V (1)

001：FSR=4.096V (1)

010：FSR=2.048V（默认）

011：FSR=1.024V

100：满量程=0.512V

101：满量程=0.256V

110：FSR=0.256V

111: FSR=0.256 V (1) 该参数表示ADC 定标的满量程范围。请勿向该器件施加大于VDD + 0.3 V 的电压。

8

模式

读/写

0x01

设备工作模式

该位控制操作模式。

0：连续转换模式

1：单次模式或掉电状态（默认）

7:5

博士[2:0]

读/写

0x04

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（默认）

101:250 SPS

110:475 SPS

111:860 SPS

四

补偿模式

读/写

0x00

比较器模式（仅限ADS1114 和ADS1115）

该位设置比较器工作模式。该位对ADS1113 没有影响。

0：传统比较器（默认）

1：窗口比较器

3

读/写

0x00

比较器极性（仅限ADS1114 和ADS1115）

该位控制ALERT/RDY 引脚的极性。该位对ADS1113 没有影响。

0：低电平（默认）

1：高电平

2

读/写

0x00

锁存比较器（仅限ADS1114 和ADS1115）

该位控制ALERT/RDY 引脚是在置位后锁存还是在上阈值裕度和下阈值裕度内转换后清除。该位对ADS1113 没有影响。

0：非锁存比较器。置位后，ALERT/RDY 引脚将解锁（默认）。

1：锁存比较器。已置位的ALERT/RDY 引脚保持锁存状态，直到主机读取转换数据或发送适当的SMBus 警报响应。设备用该地址进行响应。这是当前激活ALERT/RDY 总线的最低地址。

1:0

读/写

0x03

比较器排队和禁用（仅限ADS1114 和ADS1115）

这些位执行两个功能。设置为11 会禁用比较器并将ALERT/RDY 引脚设置为高阻抗状态。当设置为任何其他值时，将启用ALERT/RDY 引脚和比较器功能，并且该设置确定在断言ALERT/RDY 引脚之前所需的高于所需上限或下限阈值的连续转换次数。这些位对ADS1113 没有影响。

00：一次转换后设置

01：2次转换后设置

10：4次转换后设置

11：禁用比较器并将ALERT/RDY 引脚设置为高阻抗（默认）

4.4 Lo_thresh(P[1:0]=2h)[复位=8000h]和Hi_thresh(P[1:0]=3h)[复位=7FFFh]

比较器使用的上限和下限以二进制补码格式存储在两个16 位寄存器中。由于比较器是作为数字比较器实现的，因此只要PGA 设置发生更改，就必须更新这些寄存器中的值。

通过将Hi_thresh 寄存器的MSB 设置为1，将Lo_thresh 寄存器的MSB 设置为0，可以启用ALERT/RDY 引脚的准备转换功能。要使用ALERT/RDY 引脚比较器功能，Hi_thresh 寄存器中的值必须始终大于Lo_thresh 寄存器中的值。图37 显示了阈值寄存器的格式。当配置为RDY 模式时，ALERT/RDY 引脚在单次模式下输出OS 位，并在连续转换模式下提供连续转换就绪脉冲。

五、应用与实施

5.1 电路示例

以下部分提供了在各种情况下使用ADS111x 的电路示例和建议。

5.1.1 与ADS1115 的基本连接

I2C连接原理如图39所示。

ADS111x 的全差分电压输入非常适合连接具有较低源阻抗的差分源（例如热源）。