51单片机读取ADS1118及内部温度传感器数据(含电路图和C程序)

ADS1118超小型VSSOP-10封装，宽电压范围2-5.5V，SPI接口16位，内部自带基准电压和温度传感器，ADS1118 数据转换速率最高可达每秒 860 次采样(SPS)。即最高1.2ms就可以采集一次数据。PGA 的输入范围为 ±256mV 至 ±6.144V，能够以高分辨率测量大信号和小信号。可以测量双路差分输入或四路单端输入。内部高精度温度传感器在 0°C 至 70°C 范围内误差最大值为 0.5°C，可用来做系统温度监控或对热电偶进行冷结点补偿。

温度采集应用电路图，U6为热电偶差分输入，AIN0为正和AIN1为负。AIN2为热敏电阻单端输入。

SPI接口驱动时序，ADS1118有两种数据传输模式，分别为16位和32位，我用的是16位模式，ADS1118有两个寄存器，一个是转换寄存器用来读取转换数据，一个是配置寄存器用来配置操作模式、输入选择、数据速率等。写入配置寄存器以后就会有数据出来放入转换寄存器，通过SCLK时钟来同步，数据在SCLK时钟为下降沿时写入ADS1118，数据在时钟为上升沿时移出到单片机。16位模式下两次通信之间CS线要拉高一次复位SPI接口。来看看时序图：

按照时序图来写代码

void ADS1118_Init()
{
   AD_CS=1;
   AD_SCLK=0;
   AD_DIN=0;	
}

uint ADS1118_WR(uint wdata)
{
   uchar i=0;
   uint rdata=0;
   AD_CS=0; 
   _nop_();_nop_();
   for(i=0;i<16;i++)
  {
     	if(wdata&0x8000) AD_DIN=1;
	else AD_DIN=0;  
        wdata<<=1;
		 
        AD_SCLK=1;//数据在时钟为上升沿时移出到单片机
	 _nop_();
	rdata<<=1; 
	if(AD_DOUT==1) rdata|=0x0001;
		 
	AD_SCLK=0;//数据在时钟为下降沿时写入ADS1118
	_nop_();
   }

   AD_CS=1; //16位模式两次通信要拉高一次
    _nop_();_nop_();
   AD_DIN=0;

   return rdata;
}

有了上面的函数，就可以对寄存器进行配置和读取了，16位的读取寄存器用来保存数据的如下：

16位的配置寄存器，用来配置的。

寄存器每个位的说明如下：

看代码，MUX为通道选择，PGA为增益，TS_MODE ADC模式和内部温度传感器模式切换：

uint ADS1118_ConfigAndConversion(uchar MUX,uchar PGA,uchar TS_MODE)
{
    uint ConfigRegister = 0x006a; //默认低8位，64sps,DOUT带上拉电阻//0 000 000 0 011 0 1 01 0
    uint Rdata[4]=0,i=0;
    uint Sum=0;
	
    switch(MUX)
    {
	case 0:  ConfigRegister += 0x0000;break;    //AINP = AIN0 and AINN = AIN1 (default)
	case 1:  ConfigRegister += 0x1000;break;    //AINP = AIN0 and AINN = AIN3
	case 2:  ConfigRegister += 0x2000;break;    //AINP = AIN1 and AINN = AIN3
	case 3:  ConfigRegister += 0x3000;break;    //AINP = AIN2 and AINN = AIN3
	case 4:  ConfigRegister += 0x4000;break;    //AINP = AIN0 and AINN = GND
	case 5:  ConfigRegister += 0x5000;break;    //AINP = AIN1 and AINN = GND
	case 6:  ConfigRegister += 0x6000;break;    //AINP = AIN2 and AINN = GND
	case 7:  ConfigRegister += 0x7000;break;    //AINP = AIN3 and AINN = GND
	default : break;
    }
    switch(PGA)
    {
	case 0:  ConfigRegister += 0x0000;break;    //000 : FS = ±6.144V(1)
	case 1:  ConfigRegister += 0x0200;break;    //001 : FS = ±4.096V(1)
	case 2:  ConfigRegister += 0x0400;break;    //002 : FS = ±2.048V(1)
	case 3:  ConfigRegister += 0x0600;break;    //003 : FS = ±1.024V(1)
	case 4:  ConfigRegister += 0x0800;break;    //004 : FS = ±0.512V(1)
	case 5:  ConfigRegister += 0x0a00;break;    //005 : FS = ±0.256V(1)
	default : break;
    }
		
    switch(TS_MODE) //0000 0000 000 0 1010
    {
	 case 0:  ConfigRegister += 0x0000;break;   //0 = ADC mode (default)
	 case 1:  ConfigRegister += 0x0010;break; //1 = Temperature sensor mode
	 default : break;
     }

    Rdata[0]=ADS1118_WR(ConfigRegister);DelayMS(20);
    Rdata[0]=ADS1118_WR(ConfigRegister);DelayMS(20);//舍弃前两次不稳定的值
    Rdata[1]=ADS1118_WR(ConfigRegister);DelayMS(20);
    Rdata[2]=ADS1118_WR(ConfigRegister);DelayMS(20);
    Rdata[3]=ADS1118_WR(ConfigRegister);DelayMS(20);
    Sum=(Rdata[1]+Rdata[2]+Rdata[3])/3;
		
    return (uint)Sum;
}

调用上面这个函数就可以配置并返回ADC的值了，如：Thermocouple.AD=ADS1118_ConfigAndConversion(0,4,0);

外部通道电压转换：

bit11-9:设置测量电压的范围：例如 001 = ±4.96V

读取数据 为16bit，其中最高位为 符号位： 1：负电压，0：正电压

正电压转换：

例如bit11-9=001，电压范围为:±4.96V

读取数据为0x515B：

最高位为 0 ,所以是正电压， 电压 = 0x515B* (4.096 / 0x7FFF) >> 20827*(4.096/32767) = 2603mV = 2.603V

负电压转换：

例如bit11-9=001，电压范围为:±4.96V

读取数据为 0xFFD9: >>1111,1111,1101,1001 去掉最高位符号位 和 逐位取反： 0000，0000，0010，0110 =0x0026

结果再加1 : 0x26+1=0x27;

电压 = -(0x27*(4.096 / 0x7FFF)) = -4.875mV

ADS1118提供了一个集成的精密温度传感器。在配置寄存器中设置位TS_MODE = 1。温度数据表示为一个14位温度寄存器，它是左对齐的。在16位转换寄存器中，数据从最高有效字节（MSB）开始传输。当读取两个数据字节，前 14 位用于指示温度测量结果。1bit = 0.013125 度

例：读取数据为：0x0E00 >> 0000,1110,0000,0000

最高位为符号位：0000,1110,0000,0000 0：正温度，1：负温度

因为使用的是14bit ，所以实际数值：0000,1110,0000,0000 >>2 == 0000,0011,1000,0000 == 0x0380 == 896

当前温度 = 896 *0.031125 = 28℃

代码如下，调用这个函数就可以得到温度了，这里没做正负处理：

uint CoolTemperautre()
{
      uint temp,wendu;
      temp=ADS1118_ConfigAndConversion(0,0,1);
      temp=temp>>2;
      wendu=(uint)(temp*0.03125);

      return wendu;	
}

关于ADS1118更多的内容请看数据手册，上面的函数已经在板子上验证了，芯片为STC12C5a60s2。