如何使用ADS1118 I2C ADC进行数据采集？

摘要： ADS1118IDGSR是一款由德州仪器（Texas Instruments, TI）制造的高精度、低功耗16位模数转换器（ADC），它适用于需要精确和低噪声信号测量的应用，如便携...

ADS1118IDGSR是一款由德州仪器（Texas Instruments, TI）制造的高精度、低功耗16位模数转换器（ADC），它适用于需要精确和低噪声信号测量的应用，如便携式医疗设备、工业传感器以及测试和测量设备，以下是详细的使用方法：

一、基本特性

1、高精度：16位无噪声分辨率。

2、可编程增益放大器（PGA）：支持多种增益设置，从±2/3到±16 V/V，优化信号动态范围。

3、多种数据速率：最高860 SPS的采样率。

4、多功能输入：支持单端或差分输入，差分输入有助于提高测量精度并抑制共模噪声。

5、内部参考电压：带有1.25V的内部参考电压，省去外部参考源的需求。

6、低功耗设计：适合电池供电应用，待机模式下保持低功耗。

7、I2C接口：提供简单的串行接口，方便与其他微处理器或微控制器通信。

二、引脚配置与功能描述

三、电路连接

1、电源连接：将ADS1118IDGSR的VDD引脚连接到电源正极，VSS引脚连接到电源负极，确保电源电压在2V到5.5V之间。

2、参考电压：如果使用内部参考电压，将REF引脚连接到VSS，如果使用外部参考电压，将REF引脚连接到所需的参考电压源。

3、输入信号连接：根据需要选择单端输入或差分输入模式，对于单端输入，选择一个模拟输入引脚（如AIN1）作为信号输入，另一个引脚（如AIN2）接地，对于差分输入，将两个模拟输入引脚分别连接到信号的两个端点。

4、SPI接口连接：将SCLK引脚连接到微控制器的SPI时钟引脚，SDA引脚连接到微控制器的SPI数据引脚，DRDY引脚连接到微控制器的一个GPIO引脚用于检测数据就绪状态，FSYNC引脚连接到微控制器的另一个GPIO引脚用于控制帧同步信号。

四、寄存器配置

ADS1118IDGSR通过SPI接口进行寄存器配置，主要寄存器包括配置寄存器、数据寄存器等。

1、配置寄存器：用于设置增益、数据速率、输入通道等参数，具体配置请参考ADS1118IDGSR的数据手册。

2、数据寄存器：用于存储转换后的数字数据，可以通过SPI接口读取该寄存器以获取转换结果。

五、SPI通信协议

ADS1118IDGSR采用SPI通信协议与微控制器进行通信，SPI是一种串行外设接口，具有以下特点：

1、主从模式：SPI通信通常有一个主设备和一个或多个从设备，在ADS1118IDGSR的应用中，微控制器作为主设备，ADS1118IDGSR作为从设备。

2、时钟信号：主设备通过SCLK引脚提供时钟信号，控制数据的传输速率。

3、数据帧：每个数据帧包含多个字节的数据，具体格式取决于设备的实现，在ADS1118IDGSR中，一个典型的数据帧可能包含配置命令、数据地址和数据内容等部分。

4、数据传输：在时钟信号的控制下，主设备和从设备之间通过MOSI（Master Out Slave In）和MISO（Master In Slave Out）数据线进行数据传输。

六、示例代码

以下是一个简单的基于STM32单片机的ADS1118IDGSR驱动程序示例代码片段（假设使用HAL库）：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "ads1118.h"
// ADS1118初始化函数
void ADS1118_Init(void) {
    // 配置SPI接口
    SPI_HandleTypeDef hspi;
    hspi.Instance = SPI1;
    hspi.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
    hspi.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
    hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
    hspi.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
    hspi.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
    hspi.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;
    hspi.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
    hspi.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi.Init.CRCPolynomial = 7;
    if (HAL_SPI_Init(&hspi) != HAL_OK) {
        Error_Handler();
    }
    // 配置GPIO引脚
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7; // DRDY和FSYNC引脚
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
// ADS1118读取数据函数
uint16_t ADS1118_Read(void) {
    uint8_t data[3];
    uint16_t result;
    // 发送读取命令
    data[0] = 0x03; // 假设0x03是读取配置寄存器的命令
    HAL_SPI_Transmit(&hspi, data, 1, HAL_MAX_DELAY);
    // 等待数据就绪
    while (!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_5)) {}
    // 接收数据
    HAL_SPI_Receive(&hspi, data + 1, 2, HAL_MAX_DELAY);
    // 解析数据
    result = (data[1] << 8) | data[2];
    return result;
}

这只是一个简化的示例代码，实际应用中可能需要根据具体的硬件配置和需求进行调整。

七、常见问题解答（FAQs）

Q1: ADS1118IDGSR的采样率如何设置？

A1: ADS1118IDGSR的采样率可以通过配置寄存器进行设置，具体的采样率值取决于所选的增益和数据速率，请参考ADS1118IDGSR的数据手册中的配置表来确定所需的配置值，在配置寄存器时，将这些值写入相应的位字段即可。

Q2: ADS1118IDGSR在单次模式下如何工作？

A2: 在单次模式下，ADS1118IDGSR完成一次转换后会自动断电以降低功耗，要进入单次模式，首先需要通过SPI接口向配置寄存器写入特定的命令来启动转换，等待DRDY引脚变为高电平表示转换完成，通过SPI接口读取数据寄存器以获取转换结果，完成这些步骤后，ADS1118IDGSR将自动返回低功耗状态。