Texas Instrument ADS1115 16-Bit-ADC-Spezifikationshandbuch

Analoge Signale von Sensoren und elektronischen Geräten müssen in digitale Daten umgewandelt werden, bevor Mikrocontroller sie verarbeiten können.Dabei spielen Analog-Digital-Wandler (ADCs) eine wichtige Rolle.Unter vielen verfügbaren ADC-Lösungen ist der ADS1115 von Texas Instruments weit verbreitet.In diesem Artikel werden der ADS1115 ADC, Pinbelegungsdetails, Hardwarekonfiguration, Spezifikationen, Funktionen, Arduino-Schnittstelle usw. besprochen.

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ADS1115 IC ADC Basic

Die ADS1115 ist ein hochpräziser 16-Bit-Analog-Digital-Wandler (ADC), der analoge Spannungssignale in digitale Daten umwandelt, die Mikrocontroller verarbeiten können.Es wird mit einer einzigen Stromversorgung von 2,0 V bis 5,5 V betrieben und kommuniziert über eine I²C-kompatible serielle Schnittstelle, was eine einfache Integration in eingebettete Systeme wie Arduino, Raspberry Pi und andere Mikrocontroller-Plattformen ermöglicht.Das Gerät verfügt über eine interne Referenz und einen Oszillator, was das Schaltungsdesign vereinfacht und die Anzahl der erforderlichen externen Komponenten reduziert.

Der ADS1115 verfügt außerdem über einen integrierten Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA), der die Messung sehr kleiner Signale mit Eingangsbereichen bis hinunter zu ±256 mV ermöglicht.Es kann Konvertierungen mit Geschwindigkeiten von bis zu 860 Samples pro Sekunde (SPS) durchführen und verfügt über einen internen Multiplexer (MUX), der vier Single-Ended-Eingänge oder zwei Differenzeingänge unterstützt, wodurch es für Multisensor-Datenerfassungs- und Präzisionsmesssysteme geeignet ist.

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ADS1115 ADC CAD-Modelle

ADS1115 ADC-Pinbelegungsdetails

Pin Nein.	Pin Name	Typ	Beschreibung
1	ADDR	Digitaler Eingang	I²C-Adresse Auswahlstift.Wird verwendet, um die Slave-Adresse des ADS1115 auf dem I²C zu konfigurieren Bus.
2	ALARM/RDY	Digitaler Ausgang	Programmierbar Komparatorausgang oder umwandlungsbereites Signal zur Unterbrechung oder Überwachung Funktionen.
3	GND	Macht	Bodenreferenz für das Gerät.
4	AIN0	Analoger Eingang	Analoger Eingang Kanal 0. Kann als positiver Eingang im Differenzmodus oder als verwendet werden Single-Ended-Eingang.
5	AIN1	Analoger Eingang	Analoger Eingang Kanal 1. Kann als negativer Eingang im Differenzmodus oder als verwendet werden Single-Ended-Eingang.
6	AIN2	Analoger Eingang	Analoger Eingang Kanal 2. Kann als positiver Eingang für Differenzmessungen oder verwendet werden als Single-Ended-Eingangskanal.
7	AIN3	Analoger Eingang	Analoger Eingang Kanal 3. Kann als negativer Eingang im Differenzmodus oder als verwendet werden Single-Ended-Eingangskanal.
8	VDD	Macht	Stromversorgung Eingang für das Gerät.Funktioniert von 2,0 V bis 5,5 V.
9	SDA	Digitale I/O	Serielle Datenleitung für die I²C-Schnittstelle, die zum Senden und Empfangen von Daten zwischen den verwendet wird ADS1115 und ein Mikrocontroller.
10	SCL	Digitaler Eingang	Serielle Uhr Leitung für die I²C-Schnittstelle, die zur Synchronisierung der Datenübertragung dient.

Alternativen und gleichwertiges Modell

• ADS1015

• ADS1114

• ADS1113

• MCP3008

• MCP3424

• PCF8591

• MAX11612

• ADS1118

ADS1115 Grundlegende Hardwarekonfiguration

Der Schaltplan zeigt die grundlegende Hardware-Verbindung des Analog-Digital-Wandlers ADS1115 mit einem Mikrocontroller über die I²C-Kommunikationsschnittstelle.Der ADS1115 wird mit einer 3,3-V-Stromversorgung betrieben, wobei der VDD-Pin mit der Versorgungsspannung und der GND-Pin mit Masse verbunden ist.Zwischen VDD und GND ist ein 100-nF-Bypass-Kondensator platziert, um die Stromversorgung zu stabilisieren und elektrisches Rauschen während des Betriebs zu reduzieren.

Die Pins SDA (Serial Data) und SCL (Serial Clock) verbinden den ADS1115 mit dem I²C-Bus des Mikrocontrollers.In diesem Beispiel kommuniziert der Mikrocontroller mit dem ADC über die Pins P1.7 (SDA) und P1.6 (SCL).Zwei 10-kΩ-Pull-up-Widerstände sind von SDA und SCL an die 3,3-V-Versorgung angeschlossen.Diese Widerstände sind für eine ordnungsgemäße I²C-Kommunikation erforderlich, da der Bus Open-Drain-Signalisierung verwendet.

Die Pins AIN0–AIN3 sind die analogen Eingangskanäle, die zur Messung externer Signale verwendet werden.Über diese Eingänge kann der ADS1115 Sensorausgänge oder andere analoge Spannungen lesen.Der ADDR-Pin wählt die I²C-Adresse des Geräts aus, sodass mehrere ADCs denselben Bus teilen können.Der ALERT-Pin (verfügbar auf ADS1114 und ADS1115) kann als Komparatorausgang oder als Konvertierungsbereitschaftssignal fungieren, um den Mikrocontroller zu benachrichtigen, wenn eine Messung abgeschlossen ist.

ADS1115 ADC-Funktionsblockdiagramm

Der ADS1115 empfängt analoge Signale über die Eingangspins AIN0–AIN3, die mit einem internen Multiplexer (MUX) verbunden sind.Der MUX wählt einen Eingangskanal oder ein Differenzpaar aus, sodass der ADC verschiedene Signale mit einem einzigen Wandler messen kann.

Das ausgewählte Signal durchläuft dann den programmierbaren Verstärkungsverstärker (PGA), der den Signalpegel für eine bessere Messgenauigkeit anpasst.Nach der Verstärkung wird das Signal vom 16-Bit-Delta-Sigma-ADC (ΔΣ) in digitale Daten umgewandelt, wobei eine interne Spannungsreferenz und ein Oszillator zur Steuerung des Umwandlungsprozesses verwendet werden.

Die konvertierten Daten werden über die I²C-Schnittstelle über die SCL- und SDA-Pins an einen Mikrocontroller gesendet.Der ADDR-Pin legt die Geräteadresse fest, während der ALERT/RDY-Pin als Komparatorausgang fungieren oder anzeigen kann, wann eine Konvertierung abgeschlossen ist.

ADS1115 ADC-Spezifikationen

Parameter	Wert
Auflösung	16-Bit
Maximale Probe Bewerten	860 SPS
Versorgungsspannung Reichweite	2,0 V – 5,5 V
Analoger Eingang Spannungsbereich	−0,3 V bis VDD + 0,3 V
Analoger Eingang Strom (momentan)	100mA
Analoger Eingang Strom (kontinuierlich)	10mA
Eingangskanäle	4 Single-Ended / 2 Differential
Programmierbar Gewinn	2/3, 1, 2, 4, 8, 16
Schnittstelle	I²C (4 Wählbare Adressen)
Komparator	Programmierbar
Betrieb Temperaturbereich	−40 °C bis +125 °C
Maximale Kreuzung Temperatur	+150°C
Lagerung Temperaturbereich	−60 °C bis +150 °C

ADS1115 ADC-Funktionen

Hochauflösender 16-Bit-ADC

Der ADS1115 bietet eine 16-Bit-Auflösung, wodurch er analoge Signale mit hoher Präzision messen kann.Dadurch eignet es sich für Anwendungen, die eine genaue Datenerfassung erfordern, wie z. B. Sensorüberwachungs- und Messsysteme.

Großer Betriebsspannungsbereich

Das Gerät wird mit einer Stromversorgung von 2,0 V bis 5,5 V betrieben und ermöglicht so eine einfache Integration sowohl in Niederspannungs- als auch in Standard-Digitalsysteme wie Mikrocontroller und eingebettete Plattformen.

Geringer Stromverbrauch

Der ADS1115 ist für den Betrieb mit geringem Stromverbrauch ausgelegt und verbraucht im kontinuierlichen Umwandlungsmodus etwa 150 µA.Im Single-Shot-Modus schaltet sich das Gerät nach jeder Konvertierung automatisch ab, um den Stromverbrauch weiter zu reduzieren.

Programmierbare Datenrate

Der ADC unterstützt programmierbare Abtastraten von 8 SPS bis 860 SPS, sodass Entwickler je nach Anwendung ein Gleichgewicht zwischen Wandlungsgeschwindigkeit und Messgenauigkeit herstellen können.

Integrierter Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA)

Der integrierte PGA ermöglicht einstellbare Verstärkungseinstellungen, sodass der ADS1115 sowohl kleine als auch große analoge Signale ohne externe Verstärkung genau messen kann.

Mehrere analoge Eingangskanäle

Der ADS1115 unterstützt vier Single-Ended-Eingänge oder zwei Differenzeingänge, sodass mehrere Sensoren oder Signale mit einem einzigen ADC-Gerät überwacht werden können.

I²C-Kommunikationsschnittstelle

Das Gerät verwendet eine Standard-I²C-Schnittstelle mit wählbaren Adressen, wodurch es einfach ist, mehrere ADS1115-Konverter an denselben Kommunikationsbus anzuschließen.

Eingebaute Spannungsreferenz und Oszillator

Eine interne Spannungsreferenz und ein Oszillator mit geringer Drift sorgen für einen stabilen Betrieb und genaue Umwandlungen, ohne dass externe Referenzkomponenten erforderlich sind.

Programmierbarer Komparator mit ALERT/RDY-Ausgang

Der ADS1115 enthält einen programmierbaren Komparator, der den ALERT/RDY-Pin auslösen kann, wenn Eingangssignale vordefinierte Schwellenwerte überschreiten oder wenn eine Konvertierung abgeschlossen ist.

ADS1115 ADC mit Mikrocontroller GPIO

Wie kann der ADS1115 ADC über GPIO-Pins mit einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor verbunden werden?Der ADS1115 kommuniziert mit dem Controller über die I²C-Schnittstelle, wobei die Pins SCL (Takt) und SDA (Daten) mit dem Controller verbunden sind, um digitale Konvertierungsdaten zu übertragen.

Der VDD-Pin ist mit der Stromversorgung verbunden, während der GND-Pin die Massereferenz bereitstellt.Die Pins AIN0–AIN3 sind die analogen Eingangskanäle, die zum Messen externer analoger Signale wie Sensorausgänge oder Spannungspegel verwendet werden.Mit diesen Eingängen kann der ADS1115 analoge Signale in digitale Daten für den Controller umwandeln.

Der ADDR-Pin ist über einen Widerstand mit einem GPIO-Pin verbunden, sodass der Mikrocontroller die I²C-Geräteadresse steuern kann.Dadurch ist es möglich, mehrere ADS1115-Geräte an denselben I²C-Bus anzuschließen.Der ALERT/RDY-Pin kann auch mit einem GPIO-Pin verbunden werden, sodass der ADC dem Mikrocontroller signalisieren kann, wenn eine Konvertierung abgeschlossen ist oder ein programmierter Schwellenwert erreicht ist.

Wie verwende ich ADS1115 mit Arduino?

Das Diagramm zeigt, wie das Analog-Digital-Wandlermodul ADS1115 über die I²C-Kommunikationsschnittstelle mit einem Arduino Uno verbunden werden kann.Der VDD-Pin des ADS1115 ist mit der 5-V-Versorgung des Arduino verbunden, während der GND-Pin mit der Arduino-Masse verbunden ist und die erforderliche Energie für das ADC-Modul bereitstellt.

Die Kommunikation zwischen dem Arduino und dem ADS1115 erfolgt über den I²C-Bus.Der SDA-Pin des ADS1115 wird mit dem Arduino-A4-Pin verbunden, und der SCL-Pin wird mit dem Arduino-A5-Pin verbunden. Dies sind die Standard-I²C-Pins auf dem Arduino Uno.Über diese Leitungen kann der Arduino Befehle senden und aus analogen Signalen umgewandelte digitale Daten lesen.

Die Pins AIN0–AIN3 des ADS1115 dienen als analoge Eingangskanäle, an die externe Sensoren oder Spannungssignale angeschlossen werden können.Der ADS1115 wandelt diese analogen Signale in hochauflösende digitale Werte um, die der Arduino in Software für Mess-, Überwachungs- oder Steuerungsanwendungen verarbeiten kann.

ADS1115 ADC-Anwendungen

• Sensordatenerfassungssysteme

• Industrielle Überwachungs- und Steuerungssysteme

• Batteriespannungsüberwachungsschaltungen

• Temperatur- und Umgebungssensorgeräte

• Datenprotokollierungs- und Messgeräte

• Medizinische und Laborinstrumente

• IoT und eingebettete Überwachungssysteme

• Präzisions-Spannungsmesssysteme

• Arduino- und Raspberry Pi-Sensorschnittstelle

• Smart-Home-Automatisierungsgeräte

Vergleich: ADS1115 vs. anderer ADC

Parameter	ADS1115	ADS1015	MCP3008	MCP3424
Auflösung	16-Bit	12-Bit	10-Bit	18-Bit (maximal)
Schnittstelle	I²C	I²C	SPI	I²C
Maximale Probe Bewerten	860 SPS	3300 SPS	200 kSPS	240 SPS
Eingangskanäle	4 Single-Ended / 2 Differential	4 Single-Ended / 2 Differential	8 Single-Ended	4 Differential
Programmierbar Verstärkungsverstärker (PGA)	Ja	Ja	Nein	Ja
Versorgungsspannung Reichweite	2,0 V – 5,5 V	2,0 V – 5,5 V	2,7 V – 5,5 V	2,7 V – 5,5 V
Eingebaut Komparator	Ja	Ja	Nein	Nein
Interne Spannung Referenz	Ja	Ja	Nein	Ja
Typisch Anwendungen	Präzision Erfassung, Datenerfassung	Schnellerer ADC Messung	Mehrkanalig SPI-Erkennung	Hochauflösend Messung

ADS1115 ADC Mechanische Abmessungen

Hersteller

Texas Instruments verfügt über starke Halbleiterfertigungskapazitäten, die die Produktion hochpräziser analoger Geräte wie des ADS1115 ermöglichen.Das Unternehmen betreibt moderne Wafer-Fertigungsanlagen und Montageanlagen, die die Herstellung zuverlässiger analoger integrierter Schaltkreise unterstützen.Texas Instruments nutzt hochwertige Siliziumwaferverarbeitung, Präzisionslithographie und fortschrittliche analoge Designtechniken, um ADC-Geräte mit gleichbleibender Leistung und Genauigkeit herzustellen.Der Herstellungsprozess umfasst automatisierte Waferherstellung, IC-Packung und elektrische Tests, um einen stabilen Betrieb und niedrige Fehlerraten sicherzustellen.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Was ist der Unterschied zwischen ADS1115 und ADS1015?

Der ADS1115 bietet eine 16-Bit-Auflösung und damit eine höhere Messgenauigkeit als der 12-Bit-ADS1015.Allerdings unterstützt der ADS1015 schnellere Abtastraten und eignet sich daher besser für Hochgeschwindigkeitsmessungen.

2. Wie genau ist der ADS1115 ADC?

Der ADS1115 bietet eine hochpräzise 16-Bit-Umwandlung und kann so sehr kleine Spannungsänderungen erkennen.Sein eingebauter Verstärker mit programmierbarer Verstärkung verbessert die Genauigkeit bei der Messung von Signalen mit niedrigem Pegel.

3. Kann der ADS1115 Differenzspannungssignale messen?

Ja.Der ADS1115 unterstützt zwei Differenzeingangspaare oder vier Single-Ended-Eingänge und ermöglicht so die Messung von Spannungsunterschieden zwischen zwei Signalen, was bei Sensor- und Industriemessungen nützlich ist.

4. Welche Programmierbibliotheken sind für ADS1115 verfügbar?

Beliebte Plattformen wie Arduino, Raspberry Pi und MicroPython bieten gebrauchsfertige Bibliotheken, die die Konfiguration, das Lesen von Daten und die I²C-Kommunikation mit dem ADS1115 vereinfachen.

5. Wie viele ADS1115-Geräte können an einen I²C-Bus angeschlossen werden?

Bis zu vier ADS1115 ADCs können sich denselben I²C-Bus teilen, da der Chip über den ADDR-Pin vier auswählbare I²C-Adressen unterstützt.

6. Benötigt der ADS1115 für den Betrieb externe Komponenten?

Normalerweise sind nur eine Stromversorgung, I²C-Pull-up-Widerstände und ein Bypass-Kondensator erforderlich.Das Gerät verfügt bereits über eine interne Referenz und einen Oszillator, wodurch der Bedarf an externen Komponenten reduziert wird.

7. Wie hoch ist die maximale Eingangsspannung für ADS1115-Analogpins?

Die Eingangsspannung muss zwischen −0,3 V und VDD + 0,3 V liegen. Eine Überschreitung dieses Bereichs kann zu Schäden am Gerät oder zu falschen Messwerten führen.

8. Warum ADS1115 anstelle des integrierten ADC des Arduino verwenden?

Der ADS1115 bietet eine höhere Auflösung (16 Bit gegenüber 10 Bit) und eine bessere Messgenauigkeit als der ADC in vielen Mikrocontrollern und eignet sich daher für präzise Sensormesswerte.

9. Welche Arten von Sensoren funktionieren gut mit ADS1115?

Der ADS1115 funktioniert gut mit Temperatursensoren, Drucksensoren, Gassensoren, Lichtsensoren und anderen Sensoren mit Analogausgang, die eine präzise Spannungsmessung erfordern.