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基于STM32驱动ADS1118实现电压采样并输出到串口

news 2025/7/27 18:32:50

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）

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+128SPS0x00              // 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1.25Vreturn 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/contentcsa/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}
}

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
}