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【STM32G431实战】模拟SPI驱动ADS1118实现四通道电压采集（附代码）_ads1118例程 c语言

网友: 技术文档 2025-09-03 10:12:33

一、项目背景

最近做了用ADS1118芯片轮询采集四个通道电压值的一个项目，在网上找了好久也没发现可以实现多通道采集的，大部分都是在讲单通道使用。本文通过STM32G431的GPIO模拟SPI协议，实现四通道轮询电压采集。

二、ADS1118芯片解析

1. 核心特性概览

ADS1118是TI推出的16位高精度ΔΣ型ADC，集成了关键外围组件，特别适合工业传感应用：

  • 分辨率：16位无失码（0.0078% FSR）

  • 输入类型：4路单端/2路差分通道

  • 内置PGA：可编程增益放大器（1~8倍）

  • 基准电压：内部2.048V±0.05%（温漂10ppm/℃）

  • 采样速率：8SPS~860SPS（可编程）

  • 片上温度传感器：±2℃精度（-40~125℃）

  • 工作电压：2.0~5.5V（兼容3.3V/5V系统）

  • 封装：X2QFN(10)  1.50mm×2.00mm；VSSOP(10)  3.00mm×3.00mm；

2. 寄存器配置详解

通过16位配置寄存器控制工作模式：

位域 名称 功能说明 常用值 15 OS 单次转换启动位 1(启动) 14:12 MUX 通道选择 100-111 11:9 PGA 增益设置(FSR) 010(±2.048V) 8 MODE 工作模式(0:连续 1:单次) 1 7:5 DR 数据速率 100(128SPS) 0 TS_MODE 0:ADC模式 1:温度传感器模式 0

配置字示例（AIN0单端输入）：

 1 100 010 1 100 0 1011 // 二进制表示 │ │ │ │ │ └─ TS_MODE=0(ADC) │ │ │ │ └────── DR=100(128SPS) │ │ │ └───────── MODE=1(单次) │ │ └─────────── PGA=010(±2.048V) │ └─────────────── MUX=100(AIN0) └────────────────── OS=1(启动转换)→ 十六进制值：0xC58B

3. 数据格式解析

ADC模式（16位数据）

  • 数据格式：二进制补码

  • 有效位：高12位（低4位为状态位）

  • 电压换算：V = Code× LSB

    LSB：当前量程最小分辨率（如两成为±2.048V时，LSB=62.5μV）Code：实际ADC值

温度模式

  • 数据格式：14位补码（高位在前）

  • 换算公式：Temperature(℃) = (RAW_DATA >> 4) × 0.03125 - 50

    分辨率：0.03125℃/LSB

    • 注意：读取温度时会自动禁用ADC通道

4. SPI通信特性

  • 时钟模式：SPI Mode 1(CPOL=0, CPHA=1)

  • 数据帧：16位全双工传输

    • MOSI：发送配置字

    • MISO：返回转换结果

  • 关键时序参数：

    参数 最小值 典型值 t_CSSCLK (CS到SCLK) 200ns - SCLK周期 400ns 1μs 转换时间(128SPS) - 8ms

5. 设计注意事项

  1. 输入保护

  • // 推荐电路VIN ──┬── 10kΩ电阻 ──┬── ADS1118_AINx │ │ └── 5.1V齐纳 ─┘ │ └── 100pF电容 ── GND

  • 功耗管理：

    • 单次转换后自动休眠（功耗降至0.5μA）

    • 唤醒方式：发送新配置字时自动启动转换

  • 通道切换延迟：

    • 切换通道后需等待1/DR时间（128SPS时≥8ms）

    • 温度传感器启用后需100ms稳定时间

三、硬件设计

本次设计选用了STM32G431KBU3型号单片机，电路图及连接关系如下所示。

STM32G431 ADS1118PA4(CS) ------> CSPA5(SCLK) ------> SCLKPA6(MISO) ------> DOUTPA7(MOSI) ------> DIN3.3V ------> VDDGND ------> GND

​

四、软件实现

1. ADS1118初始化

初始化软件SPI通信接口，并设置好ADS1118的配置字，具体配置模式可以参照datasheet或者上一章节。

void ADS1118_Init(void) //ADS1118初始化{uint16_t config = ADS1118_CONFIG_SS_START_OFF | //  ADS1118_CONFIG_MODE_CONTIN | //连续转换模式  ADS1118_CONFIG_DR_128SPS | // 转换 速率 SPS  ADS1118_CONFIG_TS_MODE_ADC | // 读取ADC，而不是温度  ADS1118_CONFIG_PULL_UP_ON | //上拉电阻启用  ADS1118_CONFIG_NOP_VALID | // this is valid data (default)ADS1118_CONFIG_PGA_4_096V | // FSR is ±4.096 VADS1118_CONFIG_MUX_SINGLE_0| //AINP is AIN0 and AINN is GND//单端  ADS1118_CONFIG_RESV; // reserved bits must be set to 1GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();// 开启GPIOC时钟//CS -> D9SCLK -> D11DIN(MOSI) -> D13----推挽輸出 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_7;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推挽輸出 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); //MISO -> D15----开漏輸出 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;//开漏輸出 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);MISO_H;SCLK_L;MOSI_L;Write_ADS1118(config,1,0);//设置ads1118}

SPI的IO口以及配置字宏定义如下：

#define READ_MISO HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_6)#define SCLK_H HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET)#define SCLK_L HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET)/*单片机为主机*/#define MOSI_H HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_SET) //主机出从机入#define MOSI_L HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_RESET)#define MISO_H HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET) //主机入从机出#define MISO_L HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET)#define CS_H HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_4 ,GPIO_PIN_SET)#define CS_L HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_4 ,GPIO_PIN_RESET)//单次转换开始#define ADS1118_CONFIG_SS_START_MASK 0x8000#define ADS1118_CONFIG_SS_START_ON 0x8000 //开始单次转换#define ADS1118_CONFIG_SS_START_OFF 0x0000 // 无效 //输入多路复用器配置#define ADS1118_CONFIG_MUX_MASK 0x7000#define ADS1118_CONFIG_MUX_DIFF_0_1 0x0000 //AINP is AIN0 and AINN is AIN1 //差分#define ADS1118_CONFIG_MUX_DIFF_0_3 0x1000 //AINP is AIN0 and AINN is AIN3#define ADS1118_CONFIG_MUX_DIFF_1_3 0x2000 //AINP is AIN1 and AINN is AIN3#define ADS1118_CONFIG_MUX_DIFF_2_3 0x3000 //AINP is AIN2 and AINN is AIN3#define ADS1118_CONFIG_MUX_SINGLE_0 0x4000 //AINP is AIN0 and AINN is GND//单端#define ADS1118_CONFIG_MUX_SINGLE_1 0x5000 //AINP is AIN1 and AINN is GND#define ADS1118_CONFIG_MUX_SINGLE_2 0x6000 //AINP is AIN2 and AINN is GND#define ADS1118_CONFIG_MUX_SINGLE_3 0x7000 //AINP is AIN3 and AINN is GND//可编程增益放大器配置#define ADS1118_CONFIG_PGA_MASK 0x0E00 //FSR is ±0.256 V#define ADS1118_CONFIG_PGA_6_144V 0x0000 //FSR is ±6.144 V#define ADS1118_CONFIG_PGA_4_096V 0x0200 //FSR is ±4.096 V#define ADS1118_CONFIG_PGA_2_048V 0x0400 //FSR is ±2.048 V#define ADS1118_CONFIG_PGA_1_024V 0x0600 //FSR is ±1.024 V#define ADS1118_CONFIG_PGA_0_512V 0x0800 //FSR is ±0.512 V#define ADS1118_CONFIG_PGA_0_256V 0x0A00 //FSR is ±0.256 V//设备操作模式#define ADS1118_CONFIG_MODE_MASK 0x0100#define ADS1118_CONFIG_MODE_CONTIN 0x0000 //连续转换模式#define ADS1118_CONFIG_MODE_SINGLE 0x0100 //掉电，单次转换模式//数据速率#define ADS1118_CONFIG_DR_MASK 0x00E0 //860SPS#define ADS1118_CONFIG_DR_8SPS 0x0000#define ADS1118_CONFIG_DR_16SPS 0x0020#define ADS1118_CONFIG_DR_32SPS 0x0040#define ADS1118_CONFIG_DR_64SPS 0x0060#define ADS1118_CONFIG_DR_128SPS 0x0080 #define ADS1118_CONFIG_DR_250SPS 0x00A0#define ADS1118_CONFIG_DR_475SPS 0x00C0#define ADS1118_CONFIG_DR_860SPS 0x00E0//温度传感器模式#define ADS1118_CONFIG_TS_MODE_MASK 0x0010#define ADS1118_CONFIG_TS_MODE_ADC 0x0000 //ADC模式#define ADS1118_CONFIG_TS_MODE_TEMP 0x0010 //温度传感器模式//上拉使能//仅当CS为高电平时，此位使能DOUT / DRDY引脚上的内部弱上拉电阻。 启用后，内部400kΩ电阻器将总线线路连接到电源。 禁用时，DOUT / DRDY引脚悬空。#define ADS1118_CONFIG_PULL_UP_MASK 0x0008#define ADS1118_CONFIG_PULL_UP_ON 0x0008 //上拉电阻启用#define ADS1118_CONFIG_PULL_UP_OFF 0x0000 //上拉电阻禁用//控制是否将数据写入配置寄存器#define ADS1118_CONFIG_NOP_MASK 0x0006#define ADS1118_CONFIG_NOP_VALID 0x0002 // 有效数据，更新Config寄存器#define ADS1118_CONFIG_NOP_INVALID 0x0006 //无效数据，不更新Config寄存器的内容//#define ADS1118_CONFIG_RESV 0x0001 // default, required//#define ADS1118_CONST_C_PER_BIT (0.03125)#define ADS1118_CONST_BIT_PER_C 32//#define ADS1118_CONST_6_144V_LSB_mV (0.1875)#define ADS1118_CONST_4_096V_LSB_mV (0.125)#define ADS1118_CONST_2_048V_LSB_mV (0.0625)#define ADS1118_CONST_1_024V_LSB_mV (0.03125)#define ADS1118_CONST_0_512V_LSB_mV (0.015625)#define ADS1118_CONST_0_256V_LSB_mV (0.0078125)

2. 写入配置字函数

/*******************************************************************************函数名称：Write_ADS1118（）函数功能：设置1118寄存器输 入：config:寄存器配置 discardData: 是否更新读回数据 0读回 1不读回返 回： 16位ad转换数据备 注： *******************************************************************************/int16_t Write_ADS1118(uint16_t config,uint8_t discardData){uint8_t i=0; static int16_t read=0;CS_L;if(discardData==0) {read=0;}delay_us(1); for(i=0;i<16;i++) // 循环16次 {if(config & 0x8000)MOSI_H;else MOSI_L;config <<= 1;delay_us(1);SCLK_H;delay_us(1);SCLK_L;delay_us(1);if(discardData==0){read<<=1;if(READ_MISO)read ++;}else{delay_us(2);}}CS_H;delay_us(2);CS_L;//SCLK_L;//MOSI_L;//MISO_H;return read;}

3. 读取通道值函数

/*******************************************************************************函数名称：ADS_SEL_Read（）函数功能：读取各路电压，通过两个switch选择读取不同的通道输 入：road:增益放大器两端的电压选择，并选择测几路电压 Ref: 选择参考电压，有6种选择 mode: 是否更新读回数据 0读回 1不读回输 出：dat：16位ad转换数据备 注：这一次读出的转换数据是上一次的转换数据，不要混淆.这里选择的是单次 转换电压值，当然，也可以选择多次转换,通过寄存器的第8位可以设置*******************************************************************************/int16_t ADS_SEL_Read(uint8_t road,uint8_t Ref,uint8_t mode) //测几路电压{ int dat = 0;uint16_t config = ADS1118_CONFIG_SS_START_OFF | //  ADS1118_CONFIG_MODE_CONTIN | //连续转换模式  ADS1118_CONFIG_DR_128SPS | // 转换 速率 SPS  ADS1118_CONFIG_TS_MODE_ADC | // 读取ADC，而不是温度  ADS1118_CONFIG_PULL_UP_ON | //上拉电阻启用  ADS1118_CONFIG_NOP_VALID | // this is valid data (default)  ADS1118_CONFIG_RESV; // reserved bits must be set to 1 switch(road) //选择有效转换的路数 {case 0: config |= ADS1118_CONFIG_MUX_DIFF_0_1;break; //AINP = AIN0 and AINN = AIN1 (default)case 1: config |= ADS1118_CONFIG_MUX_DIFF_0_3;break; //AINP = AIN0 and AINN = AIN3case 2: config |= ADS1118_CONFIG_MUX_DIFF_1_3;break; //AINP = AIN1 and AINN = AIN3case 3: config |= ADS1118_CONFIG_MUX_DIFF_2_3;break; //AINP = AIN2 and AINN = AIN3case 4: config |= ADS1118_CONFIG_MUX_SINGLE_0;break; //AINP = AIN0 and AINN = GNDcase 5: config |= ADS1118_CONFIG_MUX_SINGLE_1;break; //AINP = AIN1 and AINN = GNDcase 6: config |= ADS1118_CONFIG_MUX_SINGLE_2;break; //AINP = AIN2 and AINN = GNDcase 7: config |= ADS1118_CONFIG_MUX_SINGLE_3;break; //AINP = AIN3 and AINN = GNDdefault : break; } switch(Ref) {case 0: config |= ADS1118_CONFIG_PGA_6_144V;break; //000 : FS = ±6.144V(1)case 1: config |= ADS1118_CONFIG_PGA_4_096V;break; //001 : FS = ±4.096V(1)case 2: config |= ADS1118_CONFIG_PGA_2_048V;break; //002 : FS = ±2.048V(1)case 3: config |= ADS1118_CONFIG_PGA_1_024V;break; //003 : FS = ±1.024V(1)case 4: config |= ADS1118_CONFIG_PGA_0_512V;break; //004 : FS = ±0.512V(1)case 5: case 6: case 7: config |= ADS1118_CONFIG_PGA_0_256V;break; //005 : FS = ±0.256V(1)default : break; } dat = Write_ADS1118(config,mode); return dat;}

4. 主函数

/** * @brief The application entry point. * @retval int */int main(void){ /* USER CODE BEGIN 1 */ /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/ /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */ HAL_Init(); /* USER CODE BEGIN Init */ /* USER CODE END Init */ /* Configure the system clock */ SystemClock_Config(); /* USER CODE BEGIN SysInit */ /* USER CODE END SysInit */ /* Initialize all configured peripherals */MX_USART1_UART_Init();ADS1118_Init(); /* USER CODE BEGIN 2 */ /* USER CODE END 2 */ /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { /* USER CODE END WHILE */ Volt_Value[0] = ADS_SEL_Read(5,0,0)*ADS1118_CONST_4_096V_LSB_mV/1000 Volt_Value[0] = ADS_SEL_Read(5,0,0)*ADS1118_CONST_4_096V_LSB_mV/1000; HAL_Delay(15); //AN2 Volt_Value[1] = ADS_SEL_Read(6,0,0)*ADS1118_CONST_4_096V_LSB_mV/1000; Volt_Value[1] = ADS_SEL_Read(6,0,0)*ADS1118_CONST_4_096V_LSB_mV/1000; HAL_Delay(15); delay_ms(100); /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */}

需要注意的是，ADS1118本次读取的值是上次的转换数据，所以在多通道连续读取时，可以连续对一个通道读取两次，保证取到的数据为本通道值。如果不连续读取两次，而是单次错位取出数据的方式，一定要注意等待时间，建议加上/DRDY判断，不然很容易产生通道错位。

源码下载地址：https://download.csdn.net/download/qq_46671207/91645040?spm=1001.2014.3001.5503

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