ADS1115 超小型,低功耗,16双牛逼的 模拟-数字转换器中文资料

9.3功能说明9.3.1多路复用器9.3.2模拟输入9.3.3满量程（FSR）和LSB大小9.3.4参考电压9.3.5振荡器9.3.6数字比较器（仅ADS1114和ADS1115）9.3.7转换就绪引脚（仅适用于ADS1114和ADS1115）9.3.8 SMbus警报响应9.4设备功能模式9.4.1复位和上电9.4.2操作模式9.4.3低功耗的Duty Cycling9.5编程9.5.1 I2C接口9.5.2从模式操作9.5.3写入和读取寄存器9.5.4数据格式9.6Register Map9.6.1地址指针寄存器（地址= N / A）[reset = N / A]9.6.2转换寄存器（P [1：0] = 0h）[reset = 0000h]9.6.3配置寄存器（P [1：0] = 1h）[reset = 8583h]9.6.4 Lo_thresh（P [1：0] = 2h）[reset = 8000h]和Hi_thresh（P [1：0] = 3h）[reset = 7FFFh]10应用与实施10.1申请信息10.1.1基本连接10.1.2单端输入10.1.3输入保护10.1.4未使用的输入和输出10.1.5模拟输入滤波10.1.6连接多个设备10.1.7快速入门指南9.3功能说明9.3.1多路复用器ADS1115包含输入多路复用器（MUX），如图25所示。

可以测量四个单端或两路差分信号。

另外，AIN0和AIN1可以与AIN3差分测量。

多路复用器由Config寄存器中的MUX [2：0]位组成。

当测量单端信号时，ADC的负输入通过多路复用器内的开关内部连接到GND。

ADS1113和ADS1114没有输入多路复用器，可以测量一个差分信号或一个单端信号。

对于单端测量，将AIN1引脚连接到外部。

在本数据手册的后续章节中，AINP指的是AIN0，AINN是指ADS1113和ADS1114的AIN1。

ADS111016位带有片内电压基准的模/数转换器一 概述1 1 描述ADS1110是精密的连续自校准模/数A/D 转换器带有差分输入和高达16位的分辨率封装为小型SOT23-6片内2.048V 的基准电压提供范围为 2.048V 的输入差分电压ADS1110使用可兼容的I 2C 串行接口在2.7V 至5.5V 的单电源下工作ADS1110可每秒采样153060或240次以进行转换片内可编程的增益放大器PGA 提供高达8倍的增益并且允许以高分辨率对较小的信号进行测量在单周期转换方式中ADS1110在一次转换之后自动掉电在空闲期间极大地减少了电流消耗ADS1110为需要高分辨率测量的应用而设计在这种应用中空间和电源消耗是首要考虑的问题典型应用包括便携式仪器工业过程控制和小型发送器1 2 特点z 完整的数据采集系统和小型SOT23-6封装z片内基准精度 2.048+0.05%温度漂移5ppm/z 片内PGAz 片内振荡器z 16位无漏失码z INL 满标度量程的0.01%最大值z 连续的自校准z 单周期转换z 可编程的数据速率15SPS~240SPS z I 2C TM 接口8个有效地址z 电源电压 2.7V 至5.5V z 低电流消耗240A 1 3 应用范围z 便携式仪表z 工业过程控制z 小型发送器z 消费类产品z 工厂自动化z 温度测量1 4方框图1 5 封装/订购信息表注1如需要更多的电流规格和封装信息16引脚排列顶视图SOT23注标识文本方向显示引脚1标识文本取决于I2C地址见订购表列出了I2C地址1001000的标识二电气特性2 1 极限参数1相对于GND的V–0.3V至+6V DD输入电流 100mA瞬间输入电流10mA连续V IN-的电压–0.3V至V DD + 0.3V 相对于GND VIN+相对于GND SDA SCL的电压–0.5V至6V 最大节点温度+150工作温度–40至+125贮存温度–60至+150引线温度焊接10秒+300注意静电放电会对该集成电路造成损害TI公司建议用户对所有集成电路都预先采取适当的保护措施不正确的使用和安装都可能造成损坏静电放电造成的损坏会引起性能有微小的降低也会导致器件完全毁坏精密的集成电路可能更容易受这些损坏的影响因为在它们内部即使参数发生很小的变化都会导致器件与有的规格特性不符注1超过极限参数所列的强度会导致对器件的损害长时间在最大极限下工作会影响器件的可靠性2 2 电特性所有参数在–40至+85V=5V条件下且针对所有可编程的增益放大器除非另有说明注(1)满标度的99%(2)FSR=满标度量程=2 2.048/PGA=4.096V/PGA3包括PGA和基准的所有误差2 3 典型特性在T= 25和V DD = 5V时除非另有说明三 工作原理ADS1110是一个全差分16位自校准-型模/数转换器ADS1110设计简单极易配置用户只需稍作努力就可获得精确的测量值ADS1110由一个带有可调增益的-模/数转换器核一个2.048V 的电压基准一个时钟振荡器和一个I 2C 接口组成以下相关章节将对各组成部分进行详细说明3 1 模/数转换器ADS1110的模/数转换器核由一个差分开关电容-调节器和一个数字滤波器组成调节器测量正模拟输入和负模拟输入的压差并将其与基准电压相比较在ADS1110中基准电压为2.048V 数字滤波器从调节器接收高速位流并输出一个代码该代码是一个与输入电压成比例的数字32 电压基准ADS1110含有一个2.048V 的片内电压基准该基准通常用作A/D 转换器的电压基准不允许接外部基准ADS1110只能采用内部电压基准而且该基准不能直接测得也不能被外部电路使用片内基准的规格是ADS1110总增益和温漂规格的一部分转换器漂移误差和增益误差的规格反映了片内电压基准以及A/D 转换器内核的性能对片内电压基准有单独的规定3 3 输出码计算输出码是一个标量值除电路削波以外它与两个模拟输入端的压差成比例输出码限定在一定数目范围内该范围取决于代表输出码所需要的位数而ADS1110的代表输出码所需要的位数又取决于数据速率如表1所示表1 最小和最大码对最小码的最小输出码可编程增益放大器PGA 的增益设置以及V IN+与V IN-的正负输入电压而言输出码可由以下表达式计算出输出码= -1最小码PGA VV V IN IN 048.2)()(−+−在以上表达式中须重点注意使用了负的最小输出码ADS1110输出码的格式为二进制2的补码因此最小和最大的绝对值不同最大的n 位码是2n-1 – 1而最小的n 位码是–1×2n-1例如数据速率为16SPS 且PGA = 2时输出码的理想表达式为输出码=163842VV V IN IN 048.2)()(−+− ADS1110输出的所有代码右对齐并且经过符号扩展这使在数据速率码较高时仅用一个16位的累加器就可进行平均值的计算 对不同输入电平的输出码见表2表2 针对不同输入信号的输出码1仅为差分输入不要使ADS1110的输入电压低于-200mV 3 4 自校准前面所述的ADS1110的输出码的表达式没有包括调节器的增益和偏移误差为对此进行补偿ADS1110集成了自校准电路自校准系统连续工作并要求用户不予干涉对自校准系统不可进行调整并且也不需要调整自校准系统也不被关闭电特性表中所列的偏移和增益误差包括校准的影响3 5 时钟振荡器ADS1110以片内集成时钟振荡器为特色该振荡器驱动调节器和数字滤波器的工作典型特性图显示了在电源电压和工作温度下数据速率的变化ADS1110不可能采用外部系统时钟工作3 6 输入阻抗ADS1110采用开关电容器输入级对外部电路而言它粗看起来像一个电阻电阻值取决于电容器的值和电容的开关频率开关频率与调节器的频率相同电容器的值取决于可编程增益放大器PGA 的设置开关时钟由片内时钟振荡器产生因此它的频率通常为275kHz 取决于电源电压和温度共模和差分输入阻抗不同对于可编程增益放大器PGA 的增益而言差分输入阻抗的典型值为 2.8M /PGA共模阻抗也取决于PGA 的设置详情请见电特性输入阻抗的典型值通常不能忽视除非输入源为低阻抗否则ADS1110的输入阻抗会影响测量精度对具有高输出阻抗输入源则需要缓冲但要记住有效的缓冲器会引入噪声偏移和增益误差在高精度应用中所有这些因素都应考虑到因为时钟振荡器的频率会随温度产生细微的漂移所以输入阻抗将也产生漂移对许多应用来说输入阻抗漂移可被忽视而且可采用以上典型阻抗值37 混淆如果输入ADS1110的频率超过数据速率的一半的话则会产生混淆为防止混淆的产生必须限制输入信号的带宽一些信号本身即有带宽限制例如一个变换率受限制的热电耦的输出仍然包括噪声和干扰因素这些干扰因素能像其它信号一样混入取样带ADS1110的数字滤波器可在一定程度上衰减高频率的噪声但滤波器的sinc 1频率响应不能完全替代抗混淆滤波器对于少数应用还是需要一定的外部滤波在这些应用中一个简单的RC 滤波器就足够了在设计一个输入滤波器电路时应考虑到滤波器网络和ADS1110输入阻抗之间的交互作用四ADS1110的使用4 1 工作方式ADS1110以下面两种方式中的一种工作连续转换和单周期转换在连续转换方式中ADS1110连续地进行转换一旦转换完成ADS1110即将结果置入输出寄存器并立即开始另一轮转换在单周期转换方式中ADS1110会等待直到转换寄存器中的ST/DRDY位被置位为1此时ADS1110上电并且工作在单周期转换方式下在转换完成之后ADS1110将结果置入输出寄存器中复位ST/DRDY位为0并掉电当转换正在进行时写1到ST/DRDY没有影响在从连续转换方式切换到单周期转换方式时ADS1110将完成当前转换复位ST/DRDY位为0并掉电4 2 复位和上电在ADS1110上电时它自动地进行一次复位作为复位的一部分ADS1110将配置寄存器中的所有位置位为它们的默认设置ADS1110对I2C的总呼叫复位命令作出响应当ADS1110接收到总呼叫复位命令时它即进行一次内部复位就像刚被上电一样4 3 I2C接口ADS1110通过一个I2C内部集成电路接口通信I2C接口是一个2线漏极开路输出接口支持多个器件和主机共用一条总线通过将I2C总线上的器件接地只会使总线处于低电平这些器件不能驱动总线到高电平故而总线要通过上拉电阻拉高因此在没有器件使总线变低时总线处于高电平这种方法可使两个器件不发生冲突如果两个器件同时驱动总线则驱动器不会发生冲突I2C总线上的通信通常发生在两个器件之间其中一个作为主机另一个为从机主机和从机都能读和写但从机只能依主机的方向工作一些I2C器件既可作为主机又可作为从机但ADS1110只能作为从机一条I2C总线由两条线路组成SDA线和SCL线SDA传送数据SCL提供时钟所有数据以8位为一组通过I2C总线传送为了在I2C总线上传送1位数据须在SCL为低电平时驱动SDA线至适当的电平SDA为低则表明该位为0为高则表明该位为1一旦SDA线稳定下来SCL线被拉高然后变低SCL线上的脉冲以时钟将SDA位一位一位地移入接收器的移位寄存器中I2C总线是双向的SDA线可用来发送和接收数据当主机从从机中读取数据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机总是驱动时钟线ADS1110绝不会驱动SCL因为它不能用作主机在ADS1110中SCL只是一个输入端多数时候总线是空闲的不发生通信而且两条线均为高电平在产生通信时总线被激活只有主机才能发起一次通信为了开始通信主机在总线上形成一个开始条件通常只有在时钟线为低电平时数据线才允许改变状态如果在时钟线为高电平时数据线改变了状态则形成一个开始条件或相反地形成一个停止条件开始条件是当时钟线为高电平时数据线从高到低的跳变停止条件则是当时钟线为高电平时数据线从低到高的跳变在主机发送开始条件以后它还会发送一个字节表明它想与哪一个从机通信该字节称作地址字节I2C总线上的每个器件都有唯一的7位地址以作出响应从机也可以有10位地址字节详见I2C规格表主机以地址字节发送一个地址并且还发出一位以表明是对从机读出还是写入对于在I2C总线上发送的每个字节无论是地址还是数据均以一个应答位作为响应在主机发送完一个字节即8位数据到从机后它停止驱动SDA线并等待从机对该字节的应答从机将SDA线拉低以对该字节进行应答然后主机发送一个时钟脉冲来对该应答位定时类似地当主机完成对一个字节的读取时则将SDA线拉低以对从机作出应答然后发送一个时钟脉冲对该位定时记住主机总是激活时钟线在一个应答周期期间不作应答只是保持SDA线为高电平如果器件不在总线上并且如果主机试图对其寻址它不会接收到应答信号因为该地址处没有器件将SDA线拉低在主机完成与从机的通信后它会发出一个停止条件在发出停止条件后总线再次空闲主机也可发出另一个开始条件在总线处于激活状态时若发出一个开始条件则要求一个重复的开始条件ADS1110的I2C处理时序图如图1所示表3列出了该图的相关参数图1 I2C时序图表3 时序图的相关定义4 3 ADS1110的I2C地址ADS1110的I2C地址是1001aaa其中aaa是出厂时的默认设置ADS1110有8种不同的类型每种类型都有一个不同的I2C地址例如ADS1110A0的地址为1001000而ADS1110A3的地址则为1001011完整的列表见封装/订购信息表I2C地址是ADS1110的8种变形之间唯一的不同之处它们在其它的方面都是一样的ADS1110的每种变形都以EDx为标识其中x表示地址变量例如ADS1110A0标识为ED0而ADS1110A3标识为ED3完整的列表见封装/订购信息表4 4 I2C总呼叫ADS1110响应总呼叫复位命令该命令由一个地址字节00h和一个数据字节06H组成ADS1110对两个字节都要作出应答在接收到一个总呼叫复位命令后ADS1110进行一次全面的内部复位如同掉电后再上电如果转换正在进行则中断转换输出寄存器被置为0配置寄存器被置为其默认设置ADS1110总是对总呼叫地址位00H作出应答但它对除04H或06H外的任何总呼叫的数据字节都不作应答4 5 I2C数据速率I2C总线以下面三种速度方式中的一种工作标准方式这种方式允许最高100kHz的时钟频率快速方式这种方式允许最高400kHz的时钟频率高速方式也称作Hs方式它允许最高3.4MHz的时钟频率ADS1110与这三种方式完全兼容不需要用特殊的操作来使ADS1110处于标准方式或快速方式但要采用高速方式则必须激活该方式为了激活高速方式则要在开始条件后发送一个特殊的地址字节00001XXX其中XXX仅适用于能采用Hs 方式的主机该字节称作Hs主机码注意它与普通的地址字节不同低有效位并不表明读/写状态ADS1110将不应答该字节I2C的规格禁止对Hs主机码的应答当接收到主机码时ADS110将打开高速模式滤波器并在高达3.4MHz的时钟频率时通信在下一个停止条件时ADS1110从Hs方式切换出来关于高速方式的更多信息参考I2C规格说明4 6 寄存器ADS1110有两个寄存器它们可通过I2C端口访问输出寄存器包含上一次转换的结果配置寄存器允许用户改变ADS1110的工作方式并查询器件的状态46 1 输出寄存器16位的输出寄存器包含上一次转换的结果该结果采取二进制2的补码格式在复位或上电之后输出寄存器被清零并保持为0直到第一次转换完成输出寄存器的格式如表4所示表4 输出寄存器46 2 配置寄存器用户可用8位配置寄存器来控制ADS1110的工作方式数据速率和可编程增益放大器PGA的设置配置寄存器的格式如表5所示默认设置是8CH表5 配置寄存器位7ST/DRDYST/DRDY位的含意取决于它是被写入还是被读出在单周期转换方式中写1到ST/DRDY位则导致转换的开始写入0则无影响在连续方式中ADS1110忽略写入ST/DRDY的值在进行读操作时ST/DRDY表明输出寄存器中的数据是否是新数据如果ST/DRDY为0则刚从输出寄存器中读出的数据是以前未被读取的新数据如果ST/DRDY为1则刚从输出寄存器读出的数据以前已经被读取过在向输出寄存器写数据时ADS1110将ST/DRDY置为0在配置寄存器中的任意一位被读取后ADS1110将ST/DRDY为1注意该位的读出值与写入此位的值不相关在连续转换方式中用ST/DRDY位来确定新转换数据就绪的时间如果ST/DRDY为1则表明输出寄存器中的数据已经被读取不是新数据如果ST/DRDY为0则表明输出寄存器中的数据是新未被读取的新数据在单周期转换方式中读时用ST/DRDY来确定转换是否完成如果ST/DRDY为1则表明输出寄存器的数据为旧数据而且转换正在进行如果它为0则表明输出寄存器的数据是新近转换的结果注意在配置寄存器之前ADS1110释放输出寄存器ST/DRDY位的状态适用于刚从输出寄存器中读取的数据而不是下一次读操作读取的数据位6-5保留位位6和位5必须被置为0位4SCSC位控制ADS1110是以连续转换方式工作还是以单周期转换方式工作当SC为1时ADS1110以单周期转换方式工作当SC为0时ADS1110以连续转换方式工作默认设置为0位3-2DR位3和位2控制ADS1110的数据速率如表6所示表6 DR位(1)缺省设置位1-0PGA位1和0控制ADS1110的增益设置如表7所示表7 PGA位1缺省设置47 对ADS1110的读操作用户可从ADS1110中读出输出寄存器和配置寄存器的内容为做到这一点要对ADS1110寻址并从器件中读出三个字节前面的两个字节是输出寄存器的内容第三个字节是配置寄存器的内容不要求一定要读出配置寄存器字节在读操作中允许读出的字节个数少于三个从ADS1110中读取多于三个字节的值是无效的从第四个字节开始的所有字节将为FFH 可以忽略ST/DRDY位并且可在任何时候从ADS1110的输出寄存器中读取数据不管一次新的转换是否完成如果在一个转换周期内对输出寄存器的读操作不止一次输出寄存器每次将返回相同的数据只有当输出寄存器被更新时才会返回新数据ADS1110的典型读操作的时序见图2图2 ADS1110的读操作时序图48 对ADS1110的写操作为了对配置寄存器进行写操作要对ADS1110寻址并写入一个字节这个字节被写入配置寄存器中注意输出寄存器不能被写入对ADS1110写入多个字节无效ADS1110将忽略第一个字节以后的任何输入字节并且它只对第一个字节作出应答对ADS1110写操作的典型时序见图3图3 对ADS1110 的写操作的时序图五应用资料以下章节列出了在不同应用场合中使用ADS1110的示范电路和相关技巧5 1 基本连接方法对于多数应用而言ADS1110的连接方法非常简单ADS1110的基本连接图如图4所示图4 ADS1110的典型连接方法ADS1110的完全差分电压输入非常适应于连接到源极阻抗较低的差分源如电桥传感器和电热调节器尽管ADS1110可读取两极差分信号但它不能接收输入端的负电压用户可将ADS1110的正输入电压执行当作非反向而将负输入当作反向在ADS1110反向时它在短时尖峰电压中吸收电流0.1F的旁路电容器可从电源中为所需的附加电流提供瞬时脉冲ADS1110可与标准方式快速方式和高速方式的I2C控制器直接接口任何微控制器的I2C外围设备包括只能用作主机和单一主机的I2C外围设备都可与ADS1110一起工作ADS1110不会将时钟拉紧即ADS1110绝不会将时钟线拉低除非同一条I2C总线上有其它器件上拉电阻对SDA和SCL线都是必要的因为I2C总线驱动器是漏极开路驱动器这些电阻的大小取决于总线的工作速度和总线电容阻值较高的电阻的功耗较低但会延长总线的转换时间限制总线速度阻值较低的电阻允许总线高速运转但功耗较高长总线的电容高需要较小的上拉电阻来补偿电阻不应太小如果电阻太小总线驱动器可能不能将总线拉低5 2 连接多个器件连接多个ADS1110到同一条总线是很平常的ADS1110有8种不同类型每种类型都有一个不同的I2C地址三个ADS1110连接到同一条总线的接线图如图5所示最多可以连接8个ADS1110若它们的地址不同的话到同一条总线上注意每条总线仅需一组上拉电阻用户可能会发现此时需要稍微降低上拉电阻的阻值以补偿由于多个器件带来的附加的总线电容并且要增加总线的长度图5 连接多个ADS1110图6是几个不同器件连接到一条I2C总线上的电路图TI公司的TMP100温度传感器和TI的4通道16位数模转换器DAC8574与两片ADS1110共享该总线图6 连接多种器件TMP100和DAC8574基于引脚的状态来检测它们的I2C总线的地址在该例中TMP100的地址为1001011DAC8574的地址为1001100详情请参照DAC8574和TMP100的数据手册5 3 用通用IO口GPIO代替I2C大多数微控制器带有可编程的输入/输出引脚可通过软件设置成输入或输出端如果没有I2C控制器ADS1110也可以连接到通用IO引脚通过软件可模拟I2C总线协议或产生位脉冲将单个ADS1110连接到通用IO口的实例如图7所示图7 对单个ADS1110使用通用IO口可以通过设置通用IO线为0并使其在输入和输出方式中切换以找到适合的总线状态来使I2C与通用IO引脚进行位流通信为使通用IO线为低电平要设置该引脚使之输出0为使通用IO线变为高电平该引脚被设置为输入端当该引脚被置为输入端时它的状态可读取如果另一个器件将通用IO线拉低则会在此端口的输入寄存器中读出0注意在SCL线上没有上拉电阻在这种简单的应用情况中不需要电阻微控制器只保持SCL线为输出状态并在适当时候设置输出为1或0因为ADS1110不会将时钟线拉低故能执行此操作这一技术也可用于多个器件而且由于没有上拉电阻将这一技术用于多个器件还有电流消耗较低的好处只要在总线上有任一器件可将其时钟线拉低则不能采用以上方法SCL线应保持高阻抗或0且应如平常用法一样提供上拉电阻也应注意在任何情况下都不能在SDA线上进行此操作因为ADS1110像所有的I2C器件一样会时时驱动SDA线为低一些微控制器带有可选择的嵌入其通用IO口的强上拉电路在某些情况下这些上拉电路可被接通并用作外部上拉电阻一些微控制器也提供弱上拉电路但通常这些电路太弱不能用于I2C通信如对此有任何疑问可在投入生产前测试该电路5 4 单端输入尽管ADS1110有一个完全差分输入端它也可容易地测量出单端信号图8为简单的单端连接示意图ADS1110通过将其任一输入引脚通常是V IN–接地并加输入信号到V IN+来进行单端配置单端信号的范围是0V至2.048V ADS1110在其输入范围内不会错过任何线性不能加负电压到该电路上因为ADS1110的输入端只接收正电压图8 测量单端输入ADS1110的输入范围是相对于基准电压即2.048V的两极差分电压图8所示的单端电路仅涵盖了ADS1110输入范围的一半因为它没有产生差分负输入因此遗失一位分辨率5 5 低端电流监控器图9是低端分路电流监控器的电路图该电路通过一个分路电阻来读取电压此分路电阻要尽可能的小但还是能提供可读取的输出电压该电压可用低漂移的运放OPA335放大且放大结果可由ADS1110读取建议ADS1110在8倍增益下工作可以降低OPA335的增益对于8倍增益而言运放应提供最高不高于0.256V的输出电压如果分路电阻在满刻度电流时可提供最大50mV的电压降ADS1110的满刻度输入电压为0.2V图9 低端电流测量注1允许精确摆幅至0V的下拉电阻2R的大小依据在满刻度电流时50mV的压降确定5 6 建议ADS1110由小型低电压工艺构造而成模拟输入以对电源具有保护功能的二极管为特点然而这些二极管的电流管理能力受限制而且如果模拟输入电压维持在高于满幅度300mV则会对ADS1110造成永久性的损害防止过压的一种方法是在输入线上加限流电阻ADS1110的模拟输入可承受最大10mA 的瞬间电流上述方法不能应用于I2C端口不论电源电压如何I2C端口的电压都可以达到6V如果ADS1110由运放驱动且处于宽电源电压如+12V时即使运放已经配置不会超出输出电压范围也应该提供保护功能在加电时通常是在输入稳定之前多数运放立即寻求电源该瞬间脉冲会损害ADS1110有时这一损害还会增加并导致慢性长期故障此故障对永久装配的低维护度系统的损伤更为严重若用户将运放或另外的前端电路与ADS1110一起使用则一定要考虑电路性能这些设备的连接强度以其最弱的链接为基准。

ADS111016位带有片内电压基准的模/数转换器一 概述1 1 描述ADS1110是精密的连续自校准模/数A/D 转换器带有差分输入和高达16位的分辨率封装为小型SOT23-6片内2.048V 的基准电压提供范围为 2.048V 的输入差分电压ADS1110使用可兼容的I 2C 串行接口在2.7V 至5.5V 的单电源下工作ADS1110可每秒采样153060或240次以进行转换片内可编程的增益放大器PGA 提供高达8倍的增益并且允许以高分辨率对较小的信号进行测量在单周期转换方式中ADS1110在一次转换之后自动掉电在空闲期间极大地减少了电流消耗ADS1110为需要高分辨率测量的应用而设计在这种应用中空间和电源消耗是首要考虑的问题典型应用包括便携式仪器工业过程控制和小型发送器1 2 特点z 完整的数据采集系统和小型SOT23-6封装z片内基准精度 2.048+0.05%温度漂移5ppm/z 片内PGAz 片内振荡器z 16位无漏失码z INL 满标度量程的0.01%最大值z 连续的自校准z 单周期转换z 可编程的数据速率15SPS~240SPS z I 2C TM 接口8个有效地址z 电源电压 2.7V 至5.5V z 低电流消耗240A 1 3 应用范围z 便携式仪表z 工业过程控制z 小型发送器z 消费类产品z 工厂自动化z 温度测量1 4方框图1 5 封装/订购信息表注1如需要更多的电流规格和封装信息16引脚排列顶视图SOT23注标识文本方向显示引脚1标识文本取决于I2C地址见订购表列出了I2C地址1001000的标识二电气特性2 1 极限参数1相对于GND的V–0.3V至+6V DD输入电流 100mA瞬间输入电流10mA连续V IN-的电压–0.3V至V DD + 0.3V 相对于GND VIN+相对于GND SDA SCL的电压–0.5V至6V 最大节点温度+150工作温度–40至+125贮存温度–60至+150引线温度焊接10秒+300注意静电放电会对该集成电路造成损害TI公司建议用户对所有集成电路都预先采取适当的保护措施不正确的使用和安装都可能造成损坏静电放电造成的损坏会引起性能有微小的降低也会导致器件完全毁坏精密的集成电路可能更容易受这些损坏的影响因为在它们内部即使参数发生很小的变化都会导致器件与有的规格特性不符注1超过极限参数所列的强度会导致对器件的损害长时间在最大极限下工作会影响器件的可靠性2 2 电特性所有参数在–40至+85V=5V条件下且针对所有可编程的增益放大器除非另有说明注(1)满标度的99%(2)FSR=满标度量程=2 2.048/PGA=4.096V/PGA3包括PGA和基准的所有误差2 3 典型特性在T= 25和V DD = 5V时除非另有说明三 工作原理ADS1110是一个全差分16位自校准-型模/数转换器ADS1110设计简单极易配置用户只需稍作努力就可获得精确的测量值ADS1110由一个带有可调增益的-模/数转换器核一个2.048V 的电压基准一个时钟振荡器和一个I 2C 接口组成以下相关章节将对各组成部分进行详细说明3 1 模/数转换器ADS1110的模/数转换器核由一个差分开关电容-调节器和一个数字滤波器组成调节器测量正模拟输入和负模拟输入的压差并将其与基准电压相比较在ADS1110中基准电压为2.048V 数字滤波器从调节器接收高速位流并输出一个代码该代码是一个与输入电压成比例的数字32 电压基准ADS1110含有一个2.048V 的片内电压基准该基准通常用作A/D 转换器的电压基准不允许接外部基准ADS1110只能采用内部电压基准而且该基准不能直接测得也不能被外部电路使用片内基准的规格是ADS1110总增益和温漂规格的一部分转换器漂移误差和增益误差的规格反映了片内电压基准以及A/D 转换器内核的性能对片内电压基准有单独的规定3 3 输出码计算输出码是一个标量值除电路削波以外它与两个模拟输入端的压差成比例输出码限定在一定数目范围内该范围取决于代表输出码所需要的位数而ADS1110的代表输出码所需要的位数又取决于数据速率如表1所示表1 最小和最大码对最小码的最小输出码可编程增益放大器PGA 的增益设置以及V IN+与V IN-的正负输入电压而言输出码可由以下表达式计算出输出码= -1最小码PGA VV V IN IN 048.2)()(−+−在以上表达式中须重点注意使用了负的最小输出码ADS1110输出码的格式为二进制2的补码因此最小和最大的绝对值不同最大的n 位码是2n-1 – 1而最小的n 位码是–1×2n-1例如数据速率为16SPS 且PGA = 2时输出码的理想表达式为输出码=163842VV V IN IN 048.2)()(−+− ADS1110输出的所有代码右对齐并且经过符号扩展这使在数据速率码较高时仅用一个16位的累加器就可进行平均值的计算 对不同输入电平的输出码见表2表2 针对不同输入信号的输出码1仅为差分输入不要使ADS1110的输入电压低于-200mV 3 4 自校准前面所述的ADS1110的输出码的表达式没有包括调节器的增益和偏移误差为对此进行补偿ADS1110集成了自校准电路自校准系统连续工作并要求用户不予干涉对自校准系统不可进行调整并且也不需要调整自校准系统也不被关闭电特性表中所列的偏移和增益误差包括校准的影响3 5 时钟振荡器ADS1110以片内集成时钟振荡器为特色该振荡器驱动调节器和数字滤波器的工作典型特性图显示了在电源电压和工作温度下数据速率的变化ADS1110不可能采用外部系统时钟工作3 6 输入阻抗ADS1110采用开关电容器输入级对外部电路而言它粗看起来像一个电阻电阻值取决于电容器的值和电容的开关频率开关频率与调节器的频率相同电容器的值取决于可编程增益放大器PGA 的设置开关时钟由片内时钟振荡器产生因此它的频率通常为275kHz 取决于电源电压和温度共模和差分输入阻抗不同对于可编程增益放大器PGA 的增益而言差分输入阻抗的典型值为 2.8M /PGA共模阻抗也取决于PGA 的设置详情请见电特性输入阻抗的典型值通常不能忽视除非输入源为低阻抗否则ADS1110的输入阻抗会影响测量精度对具有高输出阻抗输入源则需要缓冲但要记住有效的缓冲器会引入噪声偏移和增益误差在高精度应用中所有这些因素都应考虑到因为时钟振荡器的频率会随温度产生细微的漂移所以输入阻抗将也产生漂移对许多应用来说输入阻抗漂移可被忽视而且可采用以上典型阻抗值37 混淆如果输入ADS1110的频率超过数据速率的一半的话则会产生混淆为防止混淆的产生必须限制输入信号的带宽一些信号本身即有带宽限制例如一个变换率受限制的热电耦的输出仍然包括噪声和干扰因素这些干扰因素能像其它信号一样混入取样带ADS1110的数字滤波器可在一定程度上衰减高频率的噪声但滤波器的sinc 1频率响应不能完全替代抗混淆滤波器对于少数应用还是需要一定的外部滤波在这些应用中一个简单的RC 滤波器就足够了在设计一个输入滤波器电路时应考虑到滤波器网络和ADS1110输入阻抗之间的交互作用四ADS1110的使用4 1 工作方式ADS1110以下面两种方式中的一种工作连续转换和单周期转换在连续转换方式中ADS1110连续地进行转换一旦转换完成ADS1110即将结果置入输出寄存器并立即开始另一轮转换在单周期转换方式中ADS1110会等待直到转换寄存器中的ST/DRDY位被置位为1此时ADS1110上电并且工作在单周期转换方式下在转换完成之后ADS1110将结果置入输出寄存器中复位ST/DRDY位为0并掉电当转换正在进行时写1到ST/DRDY没有影响在从连续转换方式切换到单周期转换方式时ADS1110将完成当前转换复位ST/DRDY位为0并掉电4 2 复位和上电在ADS1110上电时它自动地进行一次复位作为复位的一部分ADS1110将配置寄存器中的所有位置位为它们的默认设置ADS1110对I2C的总呼叫复位命令作出响应当ADS1110接收到总呼叫复位命令时它即进行一次内部复位就像刚被上电一样4 3 I2C接口ADS1110通过一个I2C内部集成电路接口通信I2C接口是一个2线漏极开路输出接口支持多个器件和主机共用一条总线通过将I2C总线上的器件接地只会使总线处于低电平这些器件不能驱动总线到高电平故而总线要通过上拉电阻拉高因此在没有器件使总线变低时总线处于高电平这种方法可使两个器件不发生冲突如果两个器件同时驱动总线则驱动器不会发生冲突I2C总线上的通信通常发生在两个器件之间其中一个作为主机另一个为从机主机和从机都能读和写但从机只能依主机的方向工作一些I2C器件既可作为主机又可作为从机但ADS1110只能作为从机一条I2C总线由两条线路组成SDA线和SCL线SDA传送数据SCL提供时钟所有数据以8位为一组通过I2C总线传送为了在I2C总线上传送1位数据须在SCL为低电平时驱动SDA线至适当的电平SDA为低则表明该位为0为高则表明该位为1一旦SDA线稳定下来SCL线被拉高然后变低SCL线上的脉冲以时钟将SDA位一位一位地移入接收器的移位寄存器中I2C总线是双向的SDA线可用来发送和接收数据当主机从从机中读取数据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机总是驱动时钟线ADS1110绝不会驱动SCL因为它不能用作主机在ADS1110中SCL只是一个输入端多数时候总线是空闲的不发生通信而且两条线均为高电平在产生通信时总线被激活只有主机才能发起一次通信为了开始通信主机在总线上形成一个开始条件通常只有在时钟线为低电平时数据线才允许改变状态如果在时钟线为高电平时数据线改变了状态则形成一个开始条件或相反地形成一个停止条件开始条件是当时钟线为高电平时数据线从高到低的跳变停止条件则是当时钟线为高电平时数据线从低到高的跳变在主机发送开始条件以后它还会发送一个字节表明它想与哪一个从机通信该字节称作地址字节I2C总线上的每个器件都有唯一的7位地址以作出响应从机也可以有10位地址字节详见I2C规格表主机以地址字节发送一个地址并且还发出一位以表明是对从机读出还是写入对于在I2C总线上发送的每个字节无论是地址还是数据均以一个应答位作为响应在主机发送完一个字节即8位数据到从机后它停止驱动SDA线并等待从机对该字节的应答从机将SDA线拉低以对该字节进行应答然后主机发送一个时钟脉冲来对该应答位定时类似地当主机完成对一个字节的读取时则将SDA线拉低以对从机作出应答然后发送一个时钟脉冲对该位定时记住主机总是激活时钟线在一个应答周期期间不作应答只是保持SDA线为高电平如果器件不在总线上并且如果主机试图对其寻址它不会接收到应答信号因为该地址处没有器件将SDA线拉低在主机完成与从机的通信后它会发出一个停止条件在发出停止条件后总线再次空闲主机也可发出另一个开始条件在总线处于激活状态时若发出一个开始条件则要求一个重复的开始条件ADS1110的I2C处理时序图如图1所示表3列出了该图的相关参数图1 I2C时序图表3 时序图的相关定义4 3 ADS1110的I2C地址ADS1110的I2C地址是1001aaa其中aaa是出厂时的默认设置ADS1110有8种不同的类型每种类型都有一个不同的I2C地址例如ADS1110A0的地址为1001000而ADS1110A3的地址则为1001011完整的列表见封装/订购信息表I2C地址是ADS1110的8种变形之间唯一的不同之处它们在其它的方面都是一样的ADS1110的每种变形都以EDx为标识其中x表示地址变量例如ADS1110A0标识为ED0而ADS1110A3标识为ED3完整的列表见封装/订购信息表4 4 I2C总呼叫ADS1110响应总呼叫复位命令该命令由一个地址字节00h和一个数据字节06H组成ADS1110对两个字节都要作出应答在接收到一个总呼叫复位命令后ADS1110进行一次全面的内部复位如同掉电后再上电如果转换正在进行则中断转换输出寄存器被置为0配置寄存器被置为其默认设置ADS1110总是对总呼叫地址位00H作出应答但它对除04H或06H外的任何总呼叫的数据字节都不作应答4 5 I2C数据速率I2C总线以下面三种速度方式中的一种工作标准方式这种方式允许最高100kHz的时钟频率快速方式这种方式允许最高400kHz的时钟频率高速方式也称作Hs方式它允许最高3.4MHz的时钟频率ADS1110与这三种方式完全兼容不需要用特殊的操作来使ADS1110处于标准方式或快速方式但要采用高速方式则必须激活该方式为了激活高速方式则要在开始条件后发送一个特殊的地址字节00001XXX其中XXX仅适用于能采用Hs 方式的主机该字节称作Hs主机码注意它与普通的地址字节不同低有效位并不表明读/写状态ADS1110将不应答该字节I2C的规格禁止对Hs主机码的应答当接收到主机码时ADS110将打开高速模式滤波器并在高达3.4MHz的时钟频率时通信在下一个停止条件时ADS1110从Hs方式切换出来关于高速方式的更多信息参考I2C规格说明4 6 寄存器ADS1110有两个寄存器它们可通过I2C端口访问输出寄存器包含上一次转换的结果配置寄存器允许用户改变ADS1110的工作方式并查询器件的状态46 1 输出寄存器16位的输出寄存器包含上一次转换的结果该结果采取二进制2的补码格式在复位或上电之后输出寄存器被清零并保持为0直到第一次转换完成输出寄存器的格式如表4所示表4 输出寄存器46 2 配置寄存器用户可用8位配置寄存器来控制ADS1110的工作方式数据速率和可编程增益放大器PGA的设置配置寄存器的格式如表5所示默认设置是8CH表5 配置寄存器位7ST/DRDYST/DRDY位的含意取决于它是被写入还是被读出在单周期转换方式中写1到ST/DRDY位则导致转换的开始写入0则无影响在连续方式中ADS1110忽略写入ST/DRDY的值在进行读操作时ST/DRDY表明输出寄存器中的数据是否是新数据如果ST/DRDY为0则刚从输出寄存器中读出的数据是以前未被读取的新数据如果ST/DRDY为1则刚从输出寄存器读出的数据以前已经被读取过在向输出寄存器写数据时ADS1110将ST/DRDY置为0在配置寄存器中的任意一位被读取后ADS1110将ST/DRDY为1注意该位的读出值与写入此位的值不相关在连续转换方式中用ST/DRDY位来确定新转换数据就绪的时间如果ST/DRDY为1则表明输出寄存器中的数据已经被读取不是新数据如果ST/DRDY为0则表明输出寄存器中的数据是新未被读取的新数据在单周期转换方式中读时用ST/DRDY来确定转换是否完成如果ST/DRDY为1则表明输出寄存器的数据为旧数据而且转换正在进行如果它为0则表明输出寄存器的数据是新近转换的结果注意在配置寄存器之前ADS1110释放输出寄存器ST/DRDY位的状态适用于刚从输出寄存器中读取的数据而不是下一次读操作读取的数据位6-5保留位位6和位5必须被置为0位4SCSC位控制ADS1110是以连续转换方式工作还是以单周期转换方式工作当SC为1时ADS1110以单周期转换方式工作当SC为0时ADS1110以连续转换方式工作默认设置为0位3-2DR位3和位2控制ADS1110的数据速率如表6所示表6 DR位(1)缺省设置位1-0PGA位1和0控制ADS1110的增益设置如表7所示表7 PGA位1缺省设置47 对ADS1110的读操作用户可从ADS1110中读出输出寄存器和配置寄存器的内容为做到这一点要对ADS1110寻址并从器件中读出三个字节前面的两个字节是输出寄存器的内容第三个字节是配置寄存器的内容不要求一定要读出配置寄存器字节在读操作中允许读出的字节个数少于三个从ADS1110中读取多于三个字节的值是无效的从第四个字节开始的所有字节将为FFH 可以忽略ST/DRDY位并且可在任何时候从ADS1110的输出寄存器中读取数据不管一次新的转换是否完成如果在一个转换周期内对输出寄存器的读操作不止一次输出寄存器每次将返回相同的数据只有当输出寄存器被更新时才会返回新数据ADS1110的典型读操作的时序见图2图2 ADS1110的读操作时序图48 对ADS1110的写操作为了对配置寄存器进行写操作要对ADS1110寻址并写入一个字节这个字节被写入配置寄存器中注意输出寄存器不能被写入对ADS1110写入多个字节无效ADS1110将忽略第一个字节以后的任何输入字节并且它只对第一个字节作出应答对ADS1110写操作的典型时序见图3图3 对ADS1110 的写操作的时序图五应用资料以下章节列出了在不同应用场合中使用ADS1110的示范电路和相关技巧5 1 基本连接方法对于多数应用而言ADS1110的连接方法非常简单ADS1110的基本连接图如图4所示图4 ADS1110的典型连接方法ADS1110的完全差分电压输入非常适应于连接到源极阻抗较低的差分源如电桥传感器和电热调节器尽管ADS1110可读取两极差分信号但它不能接收输入端的负电压用户可将ADS1110的正输入电压执行当作非反向而将负输入当作反向在ADS1110反向时它在短时尖峰电压中吸收电流0.1F的旁路电容器可从电源中为所需的附加电流提供瞬时脉冲ADS1110可与标准方式快速方式和高速方式的I2C控制器直接接口任何微控制器的I2C外围设备包括只能用作主机和单一主机的I2C外围设备都可与ADS1110一起工作ADS1110不会将时钟拉紧即ADS1110绝不会将时钟线拉低除非同一条I2C总线上有其它器件上拉电阻对SDA和SCL线都是必要的因为I2C总线驱动器是漏极开路驱动器这些电阻的大小取决于总线的工作速度和总线电容阻值较高的电阻的功耗较低但会延长总线的转换时间限制总线速度阻值较低的电阻允许总线高速运转但功耗较高长总线的电容高需要较小的上拉电阻来补偿电阻不应太小如果电阻太小总线驱动器可能不能将总线拉低5 2 连接多个器件连接多个ADS1110到同一条总线是很平常的ADS1110有8种不同类型每种类型都有一个不同的I2C地址三个ADS1110连接到同一条总线的接线图如图5所示最多可以连接8个ADS1110若它们的地址不同的话到同一条总线上注意每条总线仅需一组上拉电阻用户可能会发现此时需要稍微降低上拉电阻的阻值以补偿由于多个器件带来的附加的总线电容并且要增加总线的长度图5 连接多个ADS1110图6是几个不同器件连接到一条I2C总线上的电路图TI公司的TMP100温度传感器和TI的4通道16位数模转换器DAC8574与两片ADS1110共享该总线图6 连接多种器件TMP100和DAC8574基于引脚的状态来检测它们的I2C总线的地址在该例中TMP100的地址为1001011DAC8574的地址为1001100详情请参照DAC8574和TMP100的数据手册5 3 用通用IO口GPIO代替I2C大多数微控制器带有可编程的输入/输出引脚可通过软件设置成输入或输出端如果没有I2C控制器ADS1110也可以连接到通用IO引脚通过软件可模拟I2C总线协议或产生位脉冲将单个ADS1110连接到通用IO口的实例如图7所示图7 对单个ADS1110使用通用IO口可以通过设置通用IO线为0并使其在输入和输出方式中切换以找到适合的总线状态来使I2C与通用IO引脚进行位流通信为使通用IO线为低电平要设置该引脚使之输出0为使通用IO线变为高电平该引脚被设置为输入端当该引脚被置为输入端时它的状态可读取如果另一个器件将通用IO线拉低则会在此端口的输入寄存器中读出0注意在SCL线上没有上拉电阻在这种简单的应用情况中不需要电阻微控制器只保持SCL线为输出状态并在适当时候设置输出为1或0因为ADS1110不会将时钟线拉低故能执行此操作这一技术也可用于多个器件而且由于没有上拉电阻将这一技术用于多个器件还有电流消耗较低的好处只要在总线上有任一器件可将其时钟线拉低则不能采用以上方法SCL线应保持高阻抗或0且应如平常用法一样提供上拉电阻也应注意在任何情况下都不能在SDA线上进行此操作因为ADS1110像所有的I2C器件一样会时时驱动SDA线为低一些微控制器带有可选择的嵌入其通用IO口的强上拉电路在某些情况下这些上拉电路可被接通并用作外部上拉电阻一些微控制器也提供弱上拉电路但通常这些电路太弱不能用于I2C通信如对此有任何疑问可在投入生产前测试该电路5 4 单端输入尽管ADS1110有一个完全差分输入端它也可容易地测量出单端信号图8为简单的单端连接示意图ADS1110通过将其任一输入引脚通常是V IN–接地并加输入信号到V IN+来进行单端配置单端信号的范围是0V至2.048V ADS1110在其输入范围内不会错过任何线性不能加负电压到该电路上因为ADS1110的输入端只接收正电压图8 测量单端输入ADS1110的输入范围是相对于基准电压即2.048V的两极差分电压图8所示的单端电路仅涵盖了ADS1110输入范围的一半因为它没有产生差分负输入因此遗失一位分辨率5 5 低端电流监控器图9是低端分路电流监控器的电路图该电路通过一个分路电阻来读取电压此分路电阻要尽可能的小但还是能提供可读取的输出电压该电压可用低漂移的运放OPA335放大且放大结果可由ADS1110读取建议ADS1110在8倍增益下工作可以降低OPA335的增益对于8倍增益而言运放应提供最高不高于0.256V的输出电压如果分路电阻在满刻度电流时可提供最大50mV的电压降ADS1110的满刻度输入电压为0.2V图9 低端电流测量注1允许精确摆幅至0V的下拉电阻2R的大小依据在满刻度电流时50mV的压降确定5 6 建议ADS1110由小型低电压工艺构造而成模拟输入以对电源具有保护功能的二极管为特点然而这些二极管的电流管理能力受限制而且如果模拟输入电压维持在高于满幅度300mV则会对ADS1110造成永久性的损害防止过压的一种方法是在输入线上加限流电阻ADS1110的模拟输入可承受最大10mA 的瞬间电流上述方法不能应用于I2C端口不论电源电压如何I2C端口的电压都可以达到6V如果ADS1110由运放驱动且处于宽电源电压如+12V时即使运放已经配置不会超出输出电压范围也应该提供保护功能在加电时通常是在输入稳定之前多数运放立即寻求电源该瞬间脉冲会损害ADS1110有时这一损害还会增加并导致慢性长期故障此故障对永久装配的低维护度系统的损伤更为严重若用户将运放或另外的前端电路与ADS1110一起使用则一定要考虑电路性能这些设备的连接强度以其最弱的链接为基准。

ads1115原理(一)ads1115的相关原理解析什么是ads1115•ads1115是一种高精度、低功耗的模拟转换器（ADC）•它由德州仪器（Texas Instruments）公司推出，是一款采用I²C 接口的16位ADC芯片I²C接口简介•I²C全称为Inter-Integrated Circuit，是一种串行通信协议•ads1115利用I²C接口与主控设备进行通信•I²C接口具有双线制，包括串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）ads1115的工作原理1.ads1115通过SDA和SCL接收来自主控设备的指令和时钟信号2.主控设备发送启动信号，ads1115进入工作模式3.ads1115根据指令进行模拟输入信号的采样和转换4.转换完成后，ads1115将结果存储在16位寄存器中5.主控设备通过读取寄存器中的数据获取转换结果ads1115的特点•高精度：ads1115的分辨率达到16位，提供更准确的模拟信号转换•低功耗：ads1115的设计旨在降低能耗，适用于电池供电的应用•内置比较器：ads1115可以通过内置的比较器实现电压或电流的阈值检测•多路输入：ads1115提供4个单端或2个差分输入通道，满足不同应用的需求ads1115的应用场景•电池管理：利用ads1115的低功耗和高精度特点，进行电池电压监测和容量估算•温度测量：通过连接温度传感器，利用ads1115进行精确的温度测量•压力监测：结合压力传感器，ads1115可以测量液体或气体中的压力，并输出相应的模拟信号总结•ads1115是一款高精度、低功耗的模拟转换器•它利用I²C接口与主控设备进行通信，完成模拟输入信号的采样和转换•ads1115具有高精度、低功耗、多路输入等特点，适用于多种应用场景以上就是对ads1115的相关原理的解析，希望对读者有所帮助。

ads1115的寄存器解析前言•ads1115具有多个寄存器，用于存储配置信息和转换结果•理解寄存器的作用和配置将有助于使用ads1115进行准确的模拟信号转换寄存器列表1.寄存器0：配置寄存器（Config Register）2.寄存器1：控制寄存器（Control Register）3.寄存器2：低字节数据寄存器（Low Byte Data register）4.寄存器3：高字节数据寄存器（High Byte Data register）配置寄存器详解•配置寄存器用于设置ads1115的工作模式和参数•共有16个位，每个位对应一个特定的功能或配置选项工作模式•Bit 15：MODE（模式位）–0：连续转换模式–1：单次转换模式输入选择•Bit 14-12：MUX（输入选择位）–000：AINP = AIN0，AINN = AIN1（差分输入0-1）–001：AINP = AIN0，AINN = AIN3（差分输入0-3）–010：AINP = AIN1，AINN = AIN3（差分输入1-3）–011：AINP = AIN2，AINN = AIN3（差分输入2-3）–100：AINP = AIN0，AINN = GND（单端输入AIN0）–101：AINP = AIN1，AINN = GND（单端输入AIN1）–110：AINP = AIN2，AINN = GND（单端输入AIN2）–111：AINP = AIN3，AINN = GND（单端输入AIN3）增益选择•Bit 11-9：PGA（增益选择位）–000：FSR = ±6.144V–001：FSR = ±4.096V–010：FSR = ±2.048V–011：FSR = ±1.024V–100：FSR = ±0.512V–101：FSR = ±0.256V–110：FSR = ±0.256V–111：FSR = ±0.256V 数据速率•Bit 8-5：DR（数据速率位）–0000：8 SPS–0001：16 SPS–0010：32 SPS–0011：64 SPS–0100：128 SPS–0101：250 SPS–0110：475 SPS–0111：860 SPS–1000：8 SPS–1001：16 SPS–1010：32 SPS–1011：64 SPS–1100：128 SPS–1101：250 SPS–1110：475 SPS–1111：860 SPS操作模式•Bit 4：OS（操作模式位）–0：尚未启动转换–1：启动转换操作状态•Bit 3：OS-单次位–0：未完成单次转换–1：完成单次转换引脚禁用•Bit 2：COMP_MODE（比较器模式位）–0：比较器模式功能启用–1：比较器模式功能禁用比较器开关•Bit 1：COMP_POL（比较器极性位）–0：比较器输出为标准–1：比较器输出翻转比较器模式•Bit 0：COMP_LAT（比较器延迟位）–0：比较器延迟功能启用–1：比较器延迟功能禁用以上就是ads1115的寄存器配置解析，希望能帮助你更好地理解ads1115的工作原理和设置。

超低功耗温度计发布时间：2022-05-23T05:06:10.667Z 来源：《中国科技信息》2022年第2月3期作者：叶苏丹王钰喜黄佳璐胡雯馨谈欣燕[导读] 本文通过对低功耗相关电子元器件的结构和特点的分析，结合现代控制技术的设计理念，叶苏丹王钰喜黄佳璐胡雯馨谈欣燕绍兴文理学院浙江绍兴 312000 摘要：本文通过对低功耗相关电子元器件的结构和特点的分析，结合现代控制技术的设计理念，制作了以低功耗单片机STM8L152K4T6为控制器的简易低功耗数字温度测量装置。

首先，本装置通过精密模拟温度传感器采集环境温度信息得到模拟量，AD芯片ADS1115将模拟量转换为数字量，再由单片机读取、处理，最终将具体温度显示在液晶显示屏上，同时发射到接收设备上。

在此过程中，它克服了传统温度计功耗偏高、精确度偏低等问题。

系统结构精巧，成本较低，抗干扰能力强，并且具有超低功耗、超高精确、实时监测、信息互联的特色优势。

关键字超低功耗；超高精度；实时监测；信息互联随着物联网的发展，人类进入了电子化时期，低功耗逐渐成为一个新兴的研究方向。

目前，市面上的温度计很难在测温的过程中达到超低功耗的要求，由此，我们团队展开了相应的调查与研究。

温度计是可以准确地判断和测量温度的工具，在生产生活中有着广泛而重要的应用，如家庭数字式温度计，生产车间中的显温器等。

这些温度计通常使用发光二极管或OLED屏幕来显示温度，虽然该温度计的工作电流在400-600mA左右，但是作为一种测温仪器，它有着数量多且工作时间长的特点，长此以往会导致过多的能源消耗。

目前，节能化是全球的热潮，我国也在长期实施“节能优先”的能源战略，但是传统数字式温度计存在功耗较高的弊端，有悖于节能化的趋势。

传统温度计主要有膨胀式温度计和数字式温度计，二者通常根据物体热胀冷缩的原理或者运用热敏电阻等来测量温度，但是存在弊端——稳定性差、精确度低，例如温度计玻璃管内的体积、周围环境的温度等都会使最后的测温结果产生偏差。

/*------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/ /*--*************************功能：【ADS1115单端输入检测电压】********************--*/ /*--*************************CPU：【STC12C5A60S2】*******************************--*/ /*--*************************ADC芯片：【ADS1115（2差分输入或4单端输入）】***********--*/ /*--*************************液晶：【LCD1602】************************************--*/ /*--*************************ADC与单片机连接：【SCL:P1.0 , SDA:P1.1】*******************--*/ /*--*************************检测范围：【0.00～4.99V】*********************************--*/ /*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/ #include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define _Nop() _nop_()/*------------------------以下为LCD1602显示模块端口定义及函数声明-----------------------*/sbit lcd_rs_port = P1^7; /*定义LCD控制端口*/sbit lcd_rw_port = P1^6;sbit lcd_en_port = P2^4;#define lcd_data_port P0unsigned char num_char_table[] = {"0123456789ABCDEF"};unsigned char Lcd_Dis1_table[] = {"Volt: V "}; //电压显示框架unsigned char pos_char_table[] = {" 67.9AB V "}; //电压显示位置void lcd_delay(uchar ms); //LCD1602 延时void lcd_busy_wait(); //LCD1602 忙等待void lcd_command_write(uchar command); //LCD1602 命令字写入void lcd_system_reset(); //LCD1602 初始化void lcd_char_write(uchar x_pos,y_pos,lcd_dat); //LCD1602 字符写入void lcd_bad_check(); //LCD1602 坏点检查void Num_to_Disp(uint Num); //LCD1602 数据处理void LcdDisp(uint num); //LCD1602 数据显示void delay_1ms(uchar x); //LCD1602 延时1ms/*------------------------以下为ADS1115模块端口定义及函数声明--------------------------*/sbit SCL = P1^0;sbit SDA = P1^1;#define TRUE 1#define FALSE 0unsigned int Config;unsigned char Writebuff[4],Readbuff[3];unsigned int Result[2];int D_ADS; //转换的数字量#define Accuracy 32768 //定义ADC精度，ADS1115单端输入时15位char VCC = 4.78; //VCC，电压参考值#define ADDRESS_0 0x90 //ADDR PIN ->GND#define ADDRESS_1 0x92 //ADDR PIN ->VDD#define ADDRESS_2 0x94 //ADDR PIN ->SDA#define ADDRESS_3 0x96 //ADDR PIN ->SCL/************POINTER REGISTER*****************/ #define Pointer_0 0x00 //Convertion register#define Pointer_1 0x01 //Config register#define Pointer_2 0x02 //Lo_thresh register#define Pointer_3 0x03 //Hi_thresh register/************CONFIG REGISTER*****************/ #define OS_0 0x0000#define OS_1 0x8000#define MUX_0 0x0000 //AINp=AIN0, AINn=AIN1#define MUX_1 0x1000 //AINp=AIN0, AINn=AIN3#define MUX_2 0x2000 //AINp=AIN1, AINn=AIN3#define MUX_3 0x3000 //AINp=AIN2, AINn=AIN3#define MUX_4 0x4000 //AINp=AIN0, AINn=GND#define MUX_5 0x5000 //AINp=AIN1, AINn=GND#define MUX_6 0x6000 //AINp=AIN2, AINn=GND#define MUX_7 0x7000 //AINp=AIN3, AINn=GND#define PGA_0 0x0000 //FS=6.144V#define PGA_1 0x0200 //FS=4.096V#define PGA_2 0x0400 //FS=2.048V#define PGA_3 0x0600 //FS=1.024V#define PGA_4 0x0800 //FS=0.512V#define PGA_5 0x0A00 //FS=0.256V#define PGA_6 0x0C00 //FS=0.256V#define PGA_7 0x0E00 //FS=0.256V#define MODE_0 0x0000#define MODE_1 0x0100#define DR_0 0x0000 //Data Rate = 8#define DR_1 0x0020 //Data Rate = 16#define DR_2 0x0040 //Data Rate = 32#define DR_3 0x0060 //Data Rate = 64#define DR_4 0x0080 //Data Rate = 128#define DR_5 0x00A0 //Data Rate = 250#define DR_6 0x00C0 //Data Rate = 475#define DR_7 0x00E0 //Data Rate = 860#define COMP_MODE_0 0x0000#define COMP_MODE_1 0x0010#define COMP_POL_0 0x0000#define COMP_POL_1 0x0008#define COMP_LAT_0 0x0000#define COMP_LAT_1 0x0040#define COMP_QUE_0 0x0000#define COMP_QUE_1 0x0001#define COMP_QUE_2 0x0002#define COMP_QUE_3 0x0003//*************ADDR Initial********************/#define ADDRESS ADDRESS_0 //ADDR PIN ->GND#define ADDRESS_W ADDRESS|0x00 //写地址#define ADDRESS_R ADDRESS|0x01 //读地址/*************Config Initial*********************/#define OS OS_1#define MUX_A0 MUX_4 //AINp=AIN0, AINn=GND#define MUX_A1 MUX_5 //AINp=AIN1, AINn=GND#define MUX_A2 MUX_6 //AINp=AIN2, AINn=GND#define MUX_A3 MUX_7 //AINp=AIN3, AINn=GND#define PGA PGA_1 //FS=6.144V#define MODE MODE_1 //Continuous conversion mode#define DR DR_7 //Data Rate = 860#define COMP_QUE COMP_QUE_3void Delay_us_15 (void);void Delay_ms_1 (void); //功能：延时void Start(void); //功能：完成IIC的起始条件操作void Stop(void); //功能：完成IIC的终止条件操作void ACK(void); //功能：完成IIC的主机应答操作void NACK(void); //功能：完成IIC的主机无应答操作unsigned char Check(void);//功能：检查从机的应答操作void Write_1_Byte(unsigned char DataByte); //写1个字节unsigned char Write_N_Byte(unsigned char *writebuffer,unsigned char n); //写N个字节unsigned char Read_1_Byte(void); //读1个字节void Read_N_Byte(unsigned int *readbuff,unsigned char n); //读N个字节void InitADS1115(bit S_MUX_0, bit S_MUX_1); //ADS1115初始化void WriteWord(void); //写void ReadWord(void); //读unsigned int ADS1115(bit S_MUX_0, bit S_MUX_1); //ADS1115取值/*--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/ /*--*********************************【主函数】*******************************--*/ /*-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/ void main(){unsigned int result;lcd_system_reset(); //LCD1602 初始化lcd_bad_check(); //LCD1602 坏点检查while(1){result = ADS1115(0,0); //ADS1115取值_AIN0//result = ADS1115(0,1); //ADS1115取值_AIN1//result = ADS1115(1,0); //ADS1115取值_AIN2//result = ADS1115(1,1); //ADS1115取值_AIN3LcdDisp(result); //LCD1602显示电压值}}/*--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/ /*--****************************************************************************--*/ /*-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*//*------------------------以下为LCD1602显示模块函数定义-----------------------*/void lcd_delay(uchar ms) /***********LCD1602 延时***************/{uchar j;while(ms--){for(j=0;j<250;j++){;}}}void lcd_busy_wait() /**********LCD1602 忙等待*************/{lcd_rs_port = 0;lcd_rw_port = 1;lcd_en_port = 1;lcd_data_port = 0xff;while (lcd_data_port&0x80);lcd_en_port = 0;}void lcd_command_write(uchar command) /**********LCD1602 命令字写入*************/ {lcd_busy_wait();lcd_rs_port = 0;lcd_rw_port = 0;lcd_en_port = 0;lcd_data_port = command;lcd_en_port = 1;lcd_en_port = 0;}void lcd_system_reset() /**********LCD1602 初始化**************/{lcd_delay(20);lcd_command_write(0x38);lcd_delay(100);lcd_command_write(0x38);lcd_delay(50);lcd_command_write(0x38);lcd_delay(10);lcd_command_write(0x08);lcd_command_write(0x01);lcd_command_write(0x06);lcd_command_write(0x0c);}void lcd_char_write(uchar x_pos,y_pos,lcd_dat) /******LCD1602 字符写入**********/ {x_pos &= 0x0f; /* X位置范围0~15 */y_pos &= 0x01; /* Y位置范围0~ 1 */if(y_pos==1) x_pos += 0x40;x_pos += 0x80;lcd_command_write(x_pos);lcd_busy_wait();lcd_rs_port = 1;lcd_rw_port = 0;lcd_en_port = 0;lcd_data_port = lcd_dat;lcd_en_port = 1;lcd_en_port = 0;}void lcd_bad_check() /******LCD1602 坏点检查**********/{char i,j;for(i=0;i<2;i++){for(j=0;j<16;j++) {lcd_char_write(j,i,0xff);}}lcd_delay(200);lcd_delay(200);lcd_delay(200);lcd_delay(100);lcd_delay(200);lcd_command_write(0x01); // clear lcd disp}void Num_to_Disp(uint Num) /******LCD显示数据处理*****/ //Start_1-Over_1:显示电压值，Start_2-Over_2:显示ADS1115输出数值{float NUM; //Start_1int xx, yy, zz, zzz;NUM = (Num / (float)Accuracy) * VCC; //ADS1115取值= Accuracy ×(Vin / VCC)xx = (int)NUM;yy = (int)((NUM - (float)(xx)) * 10);zz = (int)((NUM - (float)(xx)) * 100)%10;zzz = (int)((NUM - (float)(xx)) * 1000)%10;pos_char_table[6] = num_char_table[xx / 10]; //电压值十位pos_char_table[7]= num_char_table[xx % 10]; //电压值个位pos_char_table[9]= num_char_table[yy]; //电压值小数点后一位pos_char_table[10]= num_char_table[zz]; //电压值小数点后两位pos_char_table[11]= num_char_table[zzz]; //电压值小数点后三位//Over_1/*pos_char_table[6] = num_char_table[Num / 10000]; //Start_2pos_char_table[7] = num_char_table[(Num % 10000) / 1000];pos_char_table[8]= num_char_table[((Num % 10) % 1000) / 100];pos_char_table[9]= num_char_table[(Num / 10) % 10];pos_char_table[A]= num_char_table[Num % 10]; //Over_2*/}void LcdDisp(uint num) /************LCD显示*************/{uint i=0;for (i=0;i<16;i++){lcd_char_write(i,0,Lcd_Dis1_table[i]); //显示框架}Num_to_Disp(num);for(i = 6; i < 12; i++){lcd_char_write(i,0,pos_char_table[i]); //显示电压}delay_1ms(100);}void delay_1ms(uchar x) /*******1MS为单位的延时程序******/{uchar j;while(x--){for(j=0;j<125;j++){;}}}/*------------------------以下为ADS1115模块端口函数定义--------------------------*/void Delay_us_15 (void) /*延时程序*/{unsigned char i;for(i = 0;i < 15;i++)_nop_();}void Delay_ms_1 (void){unsigned char i;for(i = 150;i > 0;i--) _nop_();}///*******************************************//函数名称：Start//功能：完成IIC的起始条件操作//参数：无//返回值：无//********************************************/void Start(void){SCL=1;SDA=1;Delay_us_15 ();SDA=0;Delay_us_15 ();SCL=0;Delay_us_15 ();}/////*******************************************//函数名称：Stop//功能：完成IIC的终止条件操作//参数：无//返回值：无//********************************************/void Stop(void){SDA=0;Delay_us_15 ();SCL=1;Delay_us_15 ();SDA=1;Delay_us_15 ();}///******************************************* //函数名称：ACK//功能：完成IIC的主机应答操作//参数：无//返回值：无//********************************************/ void ACK(void){SDA=0;_nop_(); _nop_();SCL=1;Delay_us_15 ();SCL=0;_nop_(); _nop_();SDA=1;Delay_us_15 ();}//******************************************* //函数名称：NACK//功能：完成IIC的主机无应答操作//参数：无//返回值：无//********************************************/ void NACK(void){SDA=1;_nop_(); _nop_();SCL=1;Delay_us_15 ();SCL=0;_nop_(); _nop_();SDA=0;Delay_us_15 ();}//**********检查应答信号函数******************/ ///*如果返回值为1则证明有应答信号，反之没有*/ ///******************************************* //函数名称：Check//功能：检查从机的应答操作//参数：无//返回值：从机是否有应答：1--有，0--无//********************************************/ unsigned char Check(void){unsigned char slaveack;SDA=1;_nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_();slaveack = SDA; //读入SDA数值SCL=0;Delay_us_15 ();if(slaveack) return FALSE;else return TRUE;}/***************Write a Byte****************/void Write_1_Byte(unsigned char DataByte){int i;for(i=0;i<8;i++){if(DataByte&0x80) //if((DataByte<<i)&0x80)SDA=1;elseSDA=0;Delay_us_15 ();SCL=1;Delay_us_15 ();SCL=0;Delay_us_15 ();DataByte <<= 1;}SDA=1;_nop_();}/***************Write N Byte****************/unsigned char Write_N_Byte(unsigned char *writebuffer,unsigned char n) {int i;for(i=0;i<n;i++){Write_1_Byte(*writebuffer);if(Check()){writebuffer ++;}else{Stop();return FALSE;}Stop();return TRUE;}//***************Read a Byte****************/ unsigned char Read_1_Byte(void){unsigned char data_Value = 0, FLAG, i;for(i=0;i<8;i++){SDA=1;Delay_us_15 ();SCL=1;Delay_us_15 ();FLAG=SDA;data_Value <<= 1;if( FLAG)data_Value |= 0x01;SCL=0;Delay_us_15 ();}return data_Value;}//***************Read N Byte****************/ void Read_N_Byte(unsigned int*readbuff, unsigned char n) {unsigned char i;for(i=0;i<n;i++){readbuff[i]=Read_1_Byte();if(i==n-1)NACK(); //不连续读字节elseACK(); //连续读字节}Stop();}//*****************初始化******************/ void InitADS1115(bit S_MUX_0, bit S_MUX_1){if (S_MUX_0 == 0 && S_MUX_1 == 0) //AIN0 Config = OS+MUX_A0+PGA+DR+COMP_QUE+MODE;if (S_MUX_0 == 0 && S_MUX_1 == 1) //AIN1 Config = OS+MUX_A1+PGA+DR+COMP_QUE+MODE;if (S_MUX_0 == 1 && S_MUX_1 == 0) //AIN2 Config = OS+MUX_A2+PGA+DR+COMP_QUE+MODE;if (S_MUX_0 == 1 && S_MUX_1 == 1) //AIN3 Config = OS+MUX_A3+PGA+DR+COMP_QUE+MODE;Writebuff[0]=ADDRESS_W;Writebuff[1]=Pointer_1;Writebuff[2]=Config/256;Writebuff[3]=Config%256;Readbuff[0]=ADDRESS_W;Readbuff[1]=Pointer_0;Readbuff[2]=ADDRESS_R;}//***************Write a Word***********************/void WriteWord(void){int t;Start(); //写入4个字节do{t=Write_N_Byte(Writebuff,4);}while(t==0);}//***************Read Word***********************/void ReadWord(void){int t;Start(); //写入2个字节do{t=Write_N_Byte(Readbuff,2);}while(t==0);Start(); //写入2个字节do{t=Write_N_Byte(&Readbuff[2],1);}while(t==0);Read_N_Byte(Result,2); //读出2个字节}//***************ADS1115********************/ unsigned int ADS1115(bit S_MUX_0, bit S_MUX_1) {InitADS1115(S_MUX_0, S_MUX_1);WriteWord();Delay_ms_1();ReadWord();D_ADS=Result[0]*256+Result[1]; //转换的数字量return D_ADS;}。

第30卷 第3期 苏州科技大学学报(工程技术版）V ol. 30 No. 3 2017 年 9 月Journal of Suzhou University of Science and Technology(Engineering and Technology)Sep.2017基于ADS1115多通道低功耗环境参数检测系统设计李长才肖金球4华猛^(1.苏州科技大学电子与信息工程学院，江苏苏州215009;2.苏州市智能测控工程技术研究中心，江苏苏州215009)摘要：为了可靠准确地检测环境参数，尽可能降低功耗，设计了基于ADS1115多通道低功耗检测系统。

采用 ADS1115作为数据采样与转化模块,STM32处理器作为控制与处理模块。

通过配置ADS1115寄存器,进行通道转换 与数据采集。

利用STM32的待机模式，大大降低了系统功耗。

给出了 ADS1115芯片的简介、硬件设计方案、软件实现 方法以及最终测试结果。

经测试，该检测系统具有功耗低、体积小、可靠稳定以及功能扩展性好等特点，适用于对功 耗要求比较高的数据采集与测量环境中。

关键词：ADS1115;参数检测；多通道;STM32;低功耗中图分类号：TP274 文献标识码：A文章编号：2096-3270(2017)03-0077-04当前，模数、数模转化器[1]已经被广泛的应用在工业、通信、汽车及消费类领域，在电子智能测量技术的 高速发展的趋势下，对数据采集与转换的要求也越来越高。

特别是在电能供应不便的地方，数据采集需要的 电能只有通过电池或太阳能板提供，所以需要模数转换器具有低功耗特性。

此外，数据采集检测系统还需要 稳定、可靠、安全地运行,实现对数据的测量与监控。

ADS1115不仅具有低功耗的特性，而且体积小、精度高，集成了多路复用器以及増益放大器等部件，简化了外围电路的设计。

在特定的场合，能够充分发挥其优势。

该文设计了基于ADS1115多通道低功耗环境参数检测系统I利用ADS1115单次转化模式以及STM32处 理器的待机模式，大大降低了整个系统的功耗，实现了系统可靠稳定运行。

ADS1118IDGSADS1118IDGS是规格小，功耗低，具有SPI TM(串行外围接口)-兼容，16位AD转换，温度传感器的芯片。

特点：（1）小封装：2mm*1.5mm*0.4mm （2）外部电压范围：2v~5.5v （3）低电流消耗：连续模式：150ua 单发模式：自动关闭（4）可编程数据速率：8sps~860sps（5）单循环设置（6）内部低漂移参考电压（7）温度传感器：-0.5摄氏度最大误差（8）内部振荡器（9）内部可编程增益放大器（10）四个单端型或两个微分型输入应用：1：温度测量（1）热电偶测量（2）冷端补偿（3）热敏电阻测量2：便携式仪器3：工厂自动化和程序控制描述:ADS1118IDGS规模小，使用无引线或者超小塑料外形的10脚封装，具有16位极高分辨率的AD转化功能，DAS1118在应用中被设计着精确，功能强大，易操作，ADS1118的特点是它的板上参考和振荡器。

它使用SPI传递一系列数据。

单功率电源（2v~5.5v）给它供电，每秒采样速度可达到860sps。

ADS1118上的可编程增益需要提供输入+-256mv范围的电压，在这范围内可高精度测量大小信号，ADS1118输入选择器提供两个微分型和四个单端型输入，ADS1118也作为高精度温度传感器，可用作系统温度传感器检测盒冷锻补偿为热电偶。

ADS1118使用练习模式或者单发模式，再不工作时使用单发模式可以减少功耗，ADS1118温度为-40~125摄氏度。

绝对最大额定值：（1）VDD到GND:-0.3~5.5V（2）模拟输入电流：瞬时100MA（3）模拟输入电流：持续10MA（4）模拟输入电压：-0.3~0.3V（5）DIN,DOUT/DRDY,SCLK,CS电压-0.3~5.5V引脚配置：引脚1：SCLK 时钟输入引脚2：CS/ 片选低电平有效引脚3：GND 地引脚4：AIN0 差分1，正极性或单通道1输入引脚5：AIN1 差分1，负极性或单通道2输入引脚6：AIN2 差分2，正极性或单通道3输入引脚7：AIN3 差分2，负极性或单通道4输入引脚8：VDD 供电2V到5V引脚9：DOUT/DRDY 串行数据出于数据读，低电平有效引脚10：DIN 串行数据输入SPI时钟特性：概述：ADS1118是一个小体积，低电压，16位delta-sigma的AD转化器，它可以通过简单的配置和设计而应用在很多地方，支持高精度测量。