A/Dコンバータ ADS1015(I2C)を利用しA/D変換を行う
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前の記事でMCP3208を使いA/D変換の話は書きました、これは12ビットで8チャンネル入力のSPI接続でした。
今度はADS1015を使った記事で、12ビットで4チャンネル入力のI2C接続A/Dコンバータです。
ADS1015の特徴は、入力にアンプを内蔵しているのでゲイン選択が出来ます、
又、閾値を用いたアラート出力が可能となっています。
でぇ、結構使い勝手が良さげぇ何ですがぁ、ちょっとぉお値段がぁお高めなんですよねぇ．．．．
ADS1015モジュールはこちらの秋月通商で購入しています。
データシートはこちらからどうぞ。
PS. *1)
2020/03/04現在、上記モジュール(Adafruit)は秋月通商では販売されていません、
代わりにこちらのモジュールがお安く(540円)なって販売されています、ピンの配置は同じです。
Adafruitのモジュールが良いならスイッチサイエンスで販売しているようです。
《レジスタについて》
レジスタは全部で４個有り２バイト(16ビット)単位のアクセスとなり、
通信はHIGHバイト･LOWバイトの順番に送受信を行います。
Conversion register：address=0x00
アナログ値を変換した結果が格納されるレジスタです。
下図の様に頭詰めでセットされます。
| ビット |
15 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| 名前 |
D11 |
D10 |
D9 |
D8 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Config register：address=0x01
デバイスが動作する為の情報を設定するレジスタです。
| ビット |
15 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| 名前 |
OS |
MUX |
PGA |
MODE |
DR |
CMODE |
CPOL |
CLAT |
CQUE |
OS： シングル･ショット変換の開始指示ビット
変換指示を行う場合は"1"をセットする、だがこのビットを読み出す場合は意味が異なります。
1=変換の準備が出来た(準備完了はALERT/RDYピンに出力も可能)
0=変換の実行中
MUX： 入力するチャンネルの切り換え指示ビット
(差動入力) (シングル･エンド)
000 : AINP = AIN0 and AINN = AIN1 100 : AINP = AIN0 and AINN = GND
001 : AINP = AIN0 and AINN = AIN3 101 : AINP = AIN1 and AINN = GND
010 : AINP = AIN1 and AINN = AIN3 110 : AINP = AIN2 and AINN = GND
011 : AINP = AIN2 and AINN = AIN3 111 : AINP = AIN3 and AINN = GND
デフォルトは"000"です。
PGA： 入力アンプのゲインを選択するビット
000 : FS = ±6.144V(2/3倍) 100 : FS = ±0.512V(8倍)
001 : FS = ±4.096V(1倍) 101 : FS = ±0.256V(16倍)
010 : FS = ±2.048V(2倍) 110 : FS = ±0.256V(16倍)
011 : FS = ±1.024V(4倍) 111 : FS = ±0.256V(16倍)
デフォルトは"010"です。 FS=フルスケール
0-6.144Vならカウント値(0〜2047)となり、±1.024V(-2047〜0〜2047)です。
MODE： デバイスの変換動作を選択するビット
0=連続で変換するモード
1=1回変換したらパワーダウンに移行するシングル･ショットモード(デフォルト)
DR： 変換時のデータレートを選択するビット
変換には0.3ms掛かります、残った時間は低省電力モードに移行します。
000 : 128SPS 100 : 1600SPS
001 : 250SPS 101 : 2400SPS
010 : 490SPS 110 : 3300SPS
011 : 920SPS 111 : 3300SPS
デフォルトは"100"です。 SPS=samples per second(秒あたりのサンプル)
CMODE： 閾値と変換値を比較するモードを選択するビット
0=ヒステリシス付きの伝統的なコンパレータモード(デフォルト)
Ｈ閾値越えでONして、Ｌ閾値を下回ったらOFFにALERT/RDYピンが出力されます。
1=ウインドウコンパレータモード
Ｌ閾値からＨ閾値の範囲を外れたらONします。
CPOL： ALERT/RDYピンの出力極性を選択するビット
0=アクティブLOW(デフォルト) 1=アクティブHIGH
CLAT： ALERT/RDYピンの出力をラッチするか否かの有無を選択するビット
ラッチする場合は、出力がONしたら解除するまでON状態です、解除はデータを読出すか、
"SMBus ALERT Response"の特別なI2C電文を送ります。
0=ラッチしない(デフォルト) 1=ラッチする
CQUE： 閾値データの使い方を指示するビット
11 : 閾値データは使わない(コンパレータOFF/ALERTピン出力無)(デフォルト)
00 : 閾値を比較した結果、１回ONしたらALERTピンを出力する(毎回出力)
01 : 閾値を比較した結果、２回ONしたらALERTピンを出力する(2回カウント後に出力)
10 : 閾値を比較した結果、４回ONしたらALERTピンを出力する(4回カウント後に出力)
Lo_thresh register：address=0x02
LOW側の閾値を設定するレジスタです。(デフォルト値は0x8000)
| ビット |
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9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| 名前 |
L11 |
L10 |
L9 |
L8 |
L7 |
L6 |
L5 |
L4 |
L3 |
L2 |
L1 |
L0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Hi_thresh register：address=0x03
HIGH側の閾値を設定するレジスタです。(デフォルト値は0x7FFF)
| ビット |
15 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| 名前 |
H11 |
H10 |
H9 |
H8 |
H7 |
H6 |
H5 |
H4 |
H3 |
H2 |
H1 |
H0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
※ Hi_threshのMSBを"1"にし、Lo_threshのMSBを"0"にしたらALERT/RDYピンにシングル･ショットの
変換準備完了を出力出来るらしいが、このページでは連続変換モードしか対応していません。
このADS1015モジュールは、フェライトビーズが
取付けて有るのでノイズ対策も考慮されている
見たいですね。 (ﾟ∇^d)goodジョブぅ
"SCL","SDA","ALRT"のピンには10KΩ抵抗で
プルアップが取付けて有ります、"ADDR"ピンは
10KΩ抵抗でプルダウンされています。
このモジュールの電源は2-5.5Vで、左は5Vでの
実験ですが、Arduino ZERO(M0) PROで3.3Vの
実験も行っています。
半固定抵抗を"A1"ピン(1チャンネル)に配線
しています。
ADDRピンについて
ADDRピンを下表の様に繋ぐ事によりスレーブアドレスを４個から選択出来ます。
尚、10KでGNDに配線して有るので何処にも繋が無い場合は0x48。(上図は繋いでいない)
| ADDRピン |
アドレス |
| GND |
0x48 |
| VDD |
0x49 |
| SDA |
0x4A |
| SCL |
0x4B |
《ダウンロードスケッチ》
↓ここからArduino用サンプルスケッチファイルをダウンロードして下さい。
skADS101x.zip(2016/01/30)
解凍すると下の様に展開されます。
[skADS101x]─┬─[examples]───[analogRead]----- analogRead.ino
├ skADS101x.cpp
├ skADS101x.h
└ keywords.txt
ライブラリの登録方法は、ここのページの登録方法1を参照してインストールしましょう。
analogRead.ino ・・・・・・本体のサンプルスケッチ
skADS101x.cpp ・・・・・・ＡＤコンバータ(ADS1015)関数ライブラリソース
skADS101x.h ・・・・・・・・ヘッダファイル
keywords.txt ・・・・・・・・キーワードファイル
ａｎａｌｏｇＲｅａｄ．ｉｎｏ
analogRead.inoを開くには、
ＩＤＥを起動して、メニューバーの｢ファイル｣→｢スケッチの例｣→｢skADS101x｣→[analogRead]
をクリック操作すればファイルが開かれます。
次に、ＩＤＥツールバーの｢Upload｣ボタンをクリックしてコンパイルとarduinoボードに書込みを行います。
このサンプルは、ADS1015のチャンネル１に繋いだ半固定抵抗の値をIDEの[シリアルモニター]に
表示させる物です。
ｓｋＡＤＳ１０１ｘ．ｈ
ＡＤコンバータ(ADS1015)関数のヘッダファイルです。
関数ライブラリを利用する場合は、メニューバーの｢スケッチ｣→｢ライブラリを使用｣→｢skADS101x｣を
クリック操作すれば、"#include <skADS101x.h>"がスケッチに追加されます。
まぁ、手動でキー入力しても良いんですけどね。
ｓｋＡＤＳ１０１ｘ．ｃｐｐ
まず利用する場合は下記２行をスケッチの最初に記述します。
#include <Wire.h>
#include <skADS101x.h>
setup( )関数内で下の様にＩ２Ｃを使用する為の初期化処理を記述します。
Wire.begin() ; // マスターとする
※ センサのI2C通信速度は400KHz(Hs mode=3.4MHz)までの様ですがArduinoは100KHzで初期化
されます。
※ このライブラリは、"Arduino UNO"と"Arduino ZERO(M0) PRO"で確認を行っています。
ＡＤコンバータ(ADS1015)関数の使い方を説明します。
skADS101x
ＡＤコンバータ(ADS1015)用関数ライブラリを使用する為に必要な宣言(初期化)を行います。
skADS101x ADS(address) ;
address ：デバイス(スレーブ)のI2Cアドレス(7ビット)を指定します(0x48/0x49/0x4A/0x4B)
"ADS"の名前は任意に変更可能ですが、"ADC"は使えません。
例）
#define ADS1015_ADRS 0x48 // デバイスのアドレス(ADDR=GND)
skADS101x ADS(ADS1015_ADRS) ; 以下はこの宣言例で記述します。
ans = ADS.Init(chan,gain)
デバイスの初期値設定を行う処理です。
初期化は、変換動作モードは"連続変換"、サンプリングレートは"1600SPS"、
ALERT/RDYピンの極性は"アクティブLOW"、ALERT/RDYピンの出力は"ラッチしない"
閾値の比較方法は"ヒステリシス"、閾値データは利用しない(ALERTは機能させない)
chan ：アナログ入力を行うチャンネルを指定します(A0=4,A1=5,A2=6,A3=7)
gain ：ゲインを指定します(2/3倍=0,1倍=1,2倍=2,4倍=3,8倍=4,16倍=5)
ans ：戻り値 0=正常終了、それ以外はI2C通信エラーです
1=送ろうとしたデータが送信バッファのサイズを超えた(32バイトMAX)
2=スレーブ・アドレスを送信し、NACKを受信した
3=データ・バイトを送信し、NACKを受信した
4=その他のエラー
5=データ受信エラー
例)
int ans ;
// デバイスの初期化(アナログチャンネルはA1、ゲインは1倍)
ans = ADS.Init(ADS_CHA1,ADS_GAIN_4_096V) ;
if (ans == 0) Serial.println("Initialization success!") ;
else {
Serial.print("Initialization Failed! ans=") ;
Serial.println(ans) ;
}
※ シングル･エンド入力のみ実験しています、差動入力は未実験。
又、連続変換モードのみ対応で、シングル･ショット変換モードは未対応となります。
ans = ADS.Read(chan,*data)
アナログのデータを読み込む処理です。
指定したチャンネルが前回読み込んだチャンネルと異なれば新たにチャンネルを設定します。
chan ：アナログ入力を行うチャンネルを指定します(A0=4,A1=5,A2=6,A3=7)
*data ：読み込んだデータの格納先を指定します(±2047)
ans ：戻り値、0=正常終了 それ以外Init( )のans値を参照
例)
int16_t dt ;
// チャンネル０からアナログ値を読み取る
ADS.Read(ADS_CHA0,&dt) ;
// アナログ値を表示する
Serial.println(dt) ;
ans = ADS.ComparatorON(mode,lat,lo,hi)
コンパレータ機能の開始処理です。
閾値の範囲に入ったら毎回ALERT(ALERT/RDYピンの出力)を発行します。
出力の解除は、modeでの動作によりますが、Read( )関数でデータを呼び出せばすぐ解除されます。
mode：閾値の比較方法を設定(0=ヒステリシスモード,1=ウィンドウモード)
lat ：ALERTの出力方法を設定(0=ラッチしない,1=ラッチする)
lo ：閾値のLOW側を指定します(±2047)
hi ：閾値のHIGH側を指定します(±2047)
ans ：戻り値、0=正常終了 それ以外Init( )のans値を参照
例)
#define ALERT_PIN 2 // ALERT/RDYに接続しているピン番号
// デバイスの初期化(アナログチャンネルはAIN1、ゲインは1倍)
ans = ADS.Init(ADS_CHA1,ADS_GAIN_4_096V) ;
// ALERTピンの出力はラッチしない、閾値の比較はヒステリシスで設定する
ADS.ComparatorON(ADS_CMODE_TRAD,ADS_CLAT_NOLATCH,900,1000) ;
if (digitalRead(ALERT_PIN) == LOW) Serial.println("指定値を超えました!") ;
《その他》
通常、アドレスピンが１本の場合GND/VDD配線で２種類のアドレス選択だったがぁ、
このICは何と、SDA/SCLにも配線出来４種類から選択可能となっています、
他のメーカさんも真似れば良いのにねぇ。
リンク切れ見直し(*1) 2020/03/04
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