基于STM32驱动ADS1118实现电压采样并输出到串口

一、硬件连接方案

1. 引脚连接（以STM32F103为例）

STM32引脚	ADS1118引脚	功能说明
PA4(SPI1_NSS)	CS	片选信号（低电平有效）
PA5(SPI1_SCK)	SCK	时钟信号
PA6(SPI1_MISO)	DOUT	数据输出
PA7(SPI1_MOSI)	DIN	数据输入
3.3V	VDD	电源供电
GND	GND	地线

2. 电路设计要点

• 电源滤波：在VDD和GND间添加10μF电解电容+0.1μF陶瓷电容
• 信号完整性：
  • SPI线使用22Ω电阻串联（SCK/DIN/DOUT）
  • CS线添加49.9Ω上拉电阻
• 参考电压：使用内部1.25V参考（配置寄存器设置）

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二、软件实现（HAL库+标准外设库）

1. SPI初始化（CubeMX配置）

// SPI1配置参数
hspi1.Instance = SPI1;
hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; // 125kHz
hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
HAL_SPI_Init(&hspi1);

2. ADS1118驱动代码

#define ADS1118_CS_PIN    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET)
#define ADS1118_CS_RELEASE HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET)

// 寄存器地址
#define ADS_CONFIG_REG    0x01
#define ADS_CONVERSION_REG 0x00

// 配置值（16位补码格式）
uint8_t config_data[3] = {
    ADS_CONFIG_REG,     // 寄存器地址
    0x85,               // 单次转换+增益1+128SPS
    0x00              // 保留
};

// 初始化ADS1118
void ADS1118_Init() {
    ADS1118_CS_RELEASE;
    HAL_Delay(100);  // 复位时间
    
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, config_data, 3, 1000);
    ADS1118_CS_RELEASE;
}

// 读取转换结果
int16_t ADS1118_Read() {
    uint8_t rx_data[2] = {0};
    
    ADS1118_CS_RELEASE;
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t*)&ADS_CONVERSION_REG, 1, 1000);
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, rx_data, 2, 1000);
    ADS1118_CS_RELEASE;
    
    return (rx_data[0] << 8) | rx_data[1];
}

3. 电压计算与串口输出

// 电压转换函数
float ADS1118_GetVoltage(int16_t adc_value) {
    float voltage = (adc_value * 1.25f) / 32768.0f;  // 内部参考电压1.25V
    return voltage * 1000;  // 转换为mV
}

// 串口打印函数（重定向printf）
int fputc(int ch, FILE *f) {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

// 主循环
int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_SPI1_Init();
    
    ADS1118_Init();
    
    while(1) {
        int16_t adc_val = ADS1118_Read();
        float voltage = ADS1118_GetVoltage(adc_val);
        
        printf("ADC: %d, Voltage: %.2f mV\r\n", adc_val, voltage);
        HAL_Delay(1000);
    }
}

参考源码 使用STM32驱动ADS1118，电压采样信息打印到串口上 youwenfan.com/contentcnp/70055.html

三、关键调试技巧

1. 波形验证（示波器观察）

• SPI时序：确保SCK在CS拉低后开始，MOSI与SCK同步上升沿
• 数据有效性：DOUT在CS拉低后20μs内变为低电平表示数据就绪

2. 常见问题解决

现象	可能原因	解决方案
数据全0	SPI模式不匹配	检查CPOL/CPHA设置
数据跳变	电源噪声干扰	添加LC滤波（10μH+100nF）
通信超时	片选信号未正确控制	检查CS引脚电平状态
电压漂移	参考电压不稳定	添加外部精密基准源（如REF3030）

3. 性能优化

• DMA传输：使用SPI DMA接收减少CPU占用

  // DMA配置示例
  DMA_HandleTypeDef hdma_spi1_rx;
  hdma_spi1_rx.Instance = DMA1_Channel2;
  hdma_spi1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
  hdma_spi1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
  hdma_spi1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
  HAL_DMA_Init(&hdma_spi1_rx);
  HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi1, rx_buffer, 2);
  

• 中断处理：使用SPI接收中断提升实时性

  void SPI1_IRQHandler() {
      HAL_SPI_IRQHandler(&hspi1);
      if(__HAL_SPI_GET_FLAG(&hspi1, SPI_FLAG_RXNE)) {
          uint8_t data = hspi1.Instance->DR;
          // 处理接收数据
      }
  }
  

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四、扩展功能实现

1. 多通道轮询采集

// 多通道配置表（差分输入）
uint8_t channel_config[4] = {0x83, 0xA3, 0xC3, 0xE3}; // AIN0-1, AIN2-3等

void ADS1118_MultiChannel() {
    for(uint8_t i=0; i<4; i++) {
        HAL_SPI_Transmit(&hspi1, channel_config, 1, 1000);
        HAL_Delay(10);
        adc_val[i] = ADS1118_Read();
    }
}

2. 温度补偿

// 读取芯片温度（需要配置温度寄存器）
float ADS1118_ReadTemperature() {
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t*)0x02, 1, 1000); // Lo_thresh寄存器
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t*)0x03, 1, 1000); // Hi_thresh寄存器
    
    uint16_t temp_raw = ADS1118_Read();
    return (temp_raw * 0.03125f) - 256.0f; // 转换为摄氏度
}

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五、PCB设计建议

1. 电源完整性：
   • 采用四层板结构，中间层为完整GND平面
   • ADS1118电源引脚添加0.1μF和10μF去耦电容
2. 信号完整性：
   • SPI线做包地处理（两侧走GND线）
   • 关键信号线做等长匹配（长度差<5mil）
3. EMC防护：
   • 在SPI总线上串联TVS管（SMBJ12A）
   • 添加共模电感（10μH）抑制高频噪声