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前话

模拟量在物联网电路中开发也是较为重要的，本章使用ADS1115高精度数模转换芯片读取电压模拟量，使用的是树莓派Zero WH。

Demo运行效果

Demo：电压模拟量采集

ADS1115

实物

特点

注意：ADS1115可以调整测量增益，测量范围有八档：

引脚图与访问地址

ADS1115模块，设备地址默认有4个，先看器件引脚图：

根据ADDR引脚连接不到不同的引脚上，其I2C的访问地址是不同的：

当ADDR引脚连接到GND时，地址为：0x48（0100, 1000B）
当ADDR引脚连接到VDD时，地址为：0x49（0100, 1001B）
当ADDR引脚连接到SDA时，地址为：0x4A（0100, 1010B）
当ADDR引脚连接到SCL时，地址为：0x4B（0100, 1011B）

根据以上可以得到，我们一个I2C接口单层级联，可以同时连接4个ADS1115,也就是单层一个I2C接口可以同时测量16路16位的模拟电压量。

注意：数据手册还提供了分压的电路图，可以用于测量超过可测量电压的电压值，确保稳定。

多个ADS1115连接（单级最大4个）

4个ADS1115连接的电路图在数据手册上也提供了，所以ADS1115的数据手册还是比较详细的，如下图：

控制指令

特别注意，全程测量范围，输入的电压不应大于VDD+0.3V，否则可能烧坏元器件。

读取指令

先查看读取范围：0~32767。

开启I2C接口

sudo raspi-config

按照下图步骤选取

然后重启。

查看系统是否启动i2c，如下图：

电源原理图

实际接线图：

加了一个电阻分压，检测测量效果。

检测I2C设备是否在线

我们按照电路图连接好后，使用三方查看设备是否在线来判断设备是否正常连接。

sudo apt-get install i2c-tools
sudo i2cdetect -y 1

关键代码

初始化代码

Ads1115Widget::Ads1115Widget(QWidget *parent) :
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::Ads1115Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    QString version = "V1.1.0";
    QString title = QString("树莓派Qt开发之Ads1115测量电压Demo %1 作者:红模仿-红胖子 QQ:21497936 blog:https://blog.csdn.net/qq21497936").arg(version);
    setWindowTitle(title);
    _pAds1115Manager = new Ads1115Manager();
    startTimer(1000);
}

每隔1s读取

void Ads1115Widget::timerEvent(QTimerEvent *event)
{
    if(ui->checkBox_adc0->isChecked())
    {
        float adc0 = _pAds1115Manager->readADC_singleEnded(0);
        ui->lineEdit_adc0->setText(QString("%1").arg(adc0));
    }else{
        ui->lineEdit_adc0->setText(QString("未进行测量"));
    }
    if(ui->checkBox_adc1->isChecked())
    {
        float adc1 = _pAds1115Manager->readADC_singleEnded(1);
        ui->lineEdit_adc1->setText(QString("%1").arg(adc1));
    }else{
        ui->lineEdit_adc1->setText(QString("未进行测量"));
    }
    if(ui->checkBox_adc2->isChecked())
    {
        float adc2 = _pAds1115Manager->readADC_singleEnded(2);
        ui->lineEdit_adc2->setText(QString("%1").arg(adc2));
    }else{
        ui->lineEdit_adc2->setText(QString("未进行测量"));
    }
    if(ui->checkBox_adc3->isChecked())
    {
        float adc3 = _pAds1115Manager->readADC_singleEnded(3);
        ui->lineEdit_adc3->setText(QString("%1").arg(adc3));
    }else{
        ui->lineEdit_adc3->setText(QString("未进行测量"));
}
}

模块代码

Ads1115Manager.h

#ifndef ADS1115MANAGER_H
#define ADS1115MANAGER_H
#include <QObject>
#include "i2c.h"
#include <QDebug>
// I2C ADDRESS/BITS
#define ADS1115_ADDRESS                 (0x48)    // 1001 000 (ADDR = GND)
// CONVERSION DELAY (in mS)
#define ADS1115_CONVERSION_DELAY        (8)
// POINTER REGISTER 通过写入不同的地址进入不同的寄存器
#define ADS1115_REG_POINTER_MASK        (0x03)
#define ADS1115_REG_POINTER_CONVERT     (0x00)  // 转换寄存器
#define ADS1115_REG_POINTER_CONFIG      (0x01)  // 配置寄存器
#define ADS1115_REG_POINTER_LOWTHRESH   (0x02)
#define ADS1115_REG_POINTER_HITHRESH    (0x03)
//  CONFIG REGISTER
#define ADS1115_REG_CONFIG_OS_MASK      (0x8000)  // [15] 无效
#define ADS1115_REG_CONFIG_OS_SINGLE    (0x8000)  // 启动一次转换
#define ADS1115_REG_CONFIG_OS_BUSY      (0x0000)  // 读取时使用,设备正在执行转换
#define ADS1115_REG_CONFIG_OS_NOTBUSY   (0x8000)  // 读取时使用,设备当前没有执行转换
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_MASK     (0x7000)  // [14:12] 输入多路复用器配置(仅适用于ADS1115)
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_DIFF_0_1 (0x0000)  // 000 : AINP = AIN0, AINN = AIN3 :
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_DIFF_0_3 (0x1000)  // 001 : AINP = AIN0, AINN = AIN3 :
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_DIFF_1_3 (0x2000)  // 010 : AINP = AIN1, AINN = AIN3 :
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_DIFF_2_3 (0x3000)  // 011 : AINP = AIN2, AINN = AIN3 :
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_SINGLE_0 (0x4000)  // 100 : AINP = AIN0, AINN = GND : 单测量AIN0使用
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_SINGLE_1 (0x5000)  // 101 : AINP = AIN1, AINN = GND : 单测量AIN1使用
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_SINGLE_2 (0x6000)  // 110 : AINP = AIN2, AINN = GND : 单测量AIN2使用
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_SINGLE_3 (0x7000)  // 111 : AINP = AIN3, AINN = GND : 单测量AIN3使用
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_MASK     (0x0E00)  // [11:9] 可变成增益放大器配置
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_6_144V   (0x0000)  // 000 : +/-6.144V range = Gain 2/3
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_4_096V   (0x0200)  // 001 : +/-4.096V range = Gain 1
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_2_048V   (0x0400)  // 010 : +/-2.048V range = Gain 2 (default)
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_1_024V   (0x0600)  // 011 : +/-1.024V range = Gain 4
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_0_512V   (0x0800)  // 100 : +/-0.512V range = Gain 8
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_0_256V   (0x0A00)  // 101/110/111 : +/-0.256V range = Gain 16
#define ADS1115_REG_CONFIG_MODE_MASK    (0x0100)  // [8] 设定运行模式
#define ADS1115_REG_CONFIG_MODE_CONTIN  (0x0000)  // 0 : 连续转换模式
#define ADS1115_REG_CONFIG_MODE_SINGLE  (0x0100)  // 1 : 单次模式或掉线状态(默认)
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_MASK      (0x00E0)  // [7:5] 数据数率
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_8SPS      (0x0000)  // 000 : 8 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_16SPS     (0x0020)  // 001 : 16 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_32SPS     (0x0040)  // 010 : 32 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_64SPS     (0x0060)  // 011 : 64 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_128SPS    (0x0080)  // 100 : 128 samples per second (default)
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_250SPS    (0x00A0)  // 101 : 250 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_475SPS    (0x00C0)  // 110 : 475 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_860SPS    (0x00C0)  // 111 : 860 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_MODE_MASK   (0x0010)  // [4] 该位匹配比较器工作模式,该位在ADS1113上不起作用
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_MODE_TRAD   (0x0000)  // 0 : 传统比较器
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_MODE_WINDOW (0x0010)  // 1 : 窗口比较器
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_POL_MASK    (0x0008)  // [3] 比较器极性
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_POL_ACTVLOW (0x0000)  // 0 : 低电平(默认)
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_POL_ACTVHI  (0x0008)  // 1 : 高电平
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_LAT_MASK    (0x0004)  // [2] 所存比较器(仅ADS1114和ADS1115)
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_LAT_NONLAT  (0x0000)  // 0 : 非锁定比较器(默认)
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_LAT_LATCH   (0x0004)  // 1 : 锁存比较器
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_MASK    (0x0003)  // [1:0] 比较队列和禁用(仅用于ADS1114和ADS1115)
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_1CONV   (0x0000)  // 00 : 一次转换后置位
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_2CONV   (0x0001)  // 01 : 两次转换后置位
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_4CONV   (0x0002)  // 10 : 在四次转换后置位
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_NONE    (0x0003)  // 11 : 禁止比较器并将ALERT/RDY引脚设置为高阻抗(默认)
class Ads1115Manager : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit Ads1115Manager(uchar devAddr = 0x48, QObject *parent = 0);
signals:
public slots:
    bool isOpened();
    float readADC_singleEnded(int channel);
protected:
    float getVoltageFromDigit(int adc);
private:
    I2c _i2c;
    bool _opened;
    uchar _i2cAddress;
};
#endif // ADS1115MANAGER_H

Ads1115Manager.cpp

#include "Ads1115Manager.h"
#include <QDebug>
#include <QThread>
#include <QMessageBox>
#include <QElapsedTimer>
#include <QApplication>
Ads1115Manager::Ads1115Manager(uchar devAddr, QObject *parent)
    : QObject(parent)
{
    _i2cAddress = devAddr;
    _opened = _i2c.open(devAddr);
    if(!_opened)
    {
        QMessageBox::warning(0, "Error", "Failed to open ads1115");
    }
}
bool Ads1115Manager::isOpened()
{
    return _opened;
}
float Ads1115Manager::readADC_singleEnded(int channel)
{
    if(!_opened)
    {
        return -1;
    }
    if (channel > 3)
    {
      return 0;
    }
    // 使用默认值
    uint16_t config = 0x00;
    …
    _i2c.writeData16(ADS1115_REG_POINTER_CONFIG, config);
#if 1
    QElapsedTimer t;
    t.start();
    while(t.elapsed() < 5)
    {
        QApplication::processEvents();
    }
#endif
    // 读取配置,若一直在转换则循环读取
    int readConfig;
    do {
        readConfig = _i2c.readData16(ADS1115_REG_POINTER_CONFIG);
    }while(readConfig & 0x8000 == 0);
    int data = 0;
    float voltage;
    data = _i2c.readData16(ADS1115_REG_POINTER_CONVERT);
    …
    voltage = getVoltageFromDigit(data);
    return voltage;
}
float Ads1115Manager::getVoltageFromDigit(int adc)
{
    // 当前设定测量范围0~4.096V, ADS1115_REG_CONFIG_PGA_4_096V
    float voltage = 0.0f;
  …
    return voltage;
}