简介：面向51单片机开发者的ADS1118高精度ADC驱动源代码，基于C语言编写并带有详细注释，主要解决模拟电压采集、转换及通过串口发送到PC实时显示的问题。程序结构清晰，包含初始化、配置、读取数据等完整函数，适合需要快速上手ADS1118或学习单片机与外部ADC芯片通信的工程师与爱好者。压缩包共17个文件，约41KB，以C源文件、头文件、Keil工程文件、Hex烧录文件以及备份和编译中间文件为主，其中源文件和头文件构成程序主体，工程文件与Hex可方便导入或直接烧录验证。该资源已有841人学习下载，对于理解ADC工作原理和嵌入式数据采集流程有实际参考价值。借助代码注释，可掌握ADS1118的寄存器配置、多通道读取及串口输出逻辑，还能基于现有工程模板快速修改移植到自己的电压采集项目中，减少重复开发工作。 ADS1118这颗芯片，我先后在三个项目里用过：电池单体电压巡检、热电偶冷端补偿采集、称重传感器的毫伏信号采集。第一次调它的时候，我以为只不过是把ADS1115从I2C换成SPI接口而已，结果被“一个SPI帧同时完成读写”这个机制卡了整整一天。后来把寄存器时序和源代码理顺了，才发现这颗16位AD芯片其实非常顺手——既能做高精度采集，又自带温度传感器和PGA放大，单芯片能顶好几个外围器件的活。这篇文章把驱动源码、量程切换时序、以及我实测踩过的坑一次性写清楚，适合正在做嵌入式高精度采集、需要16位分辨率但预算有限、又不想上24位ADS1256的工程师参考。

1. 为什么我会在采集项目里反复选择ADS1118

1.1 16位分辨率与实际有效位数

ADS1118是TI推出的16位Δ-Σ ADC，采样率从8SPS到860SPS可选，供电范围2.0V到5.5V，内置可编程增益放大器（PGA）和低温漂基准。单从参数表看，它就是为“工业级中等精度采集”设计的：16位分辨率意味着在±4.096V量程下理论LSB是125µV，这个精度用于电池电压监测、温度采集、应变桥称重都够用。

但这里我必须说句实在话：16位分辨率不等于16位有效精度。Δ-Σ ADC的有效位数受噪声影响很大，尤其在高增益档位下，实际有效分辨率往往会掉到14位甚至更低。我见过不少新手看到“16位”就以为能分辨到微伏级，结果一测噪声就懵了。所以选型时你要清楚，ADS1118定位是“低成本中等精度”，不是仪表级的24位方案。

1.2 与ADS1115、ADS1256的取舍

很多工程师第一个接触的芯片是ADS1115（I2C接口），然后看到ADS1118觉得“不就是SPI版本吗”。这个理解对了一半。ADS1118和ADS1115核心ADC结构相似，但多了几个关键能力：内置温度传感器、DOUT/DRDY复用引脚、内部上拉使能选项。尤其是内置温度传感器，做热电偶采集时可以用它做冷端补偿，省掉一颗独立的温度传感器芯片，成本和布线都省了不少。

我在项目里做选型时通常这样取舍：

芯片	接口	分辨率	内置温度传感器	适用场景
ADS1115	I2C	16位	无	常规电压/电流采集
ADS1118	SPI	16位	有	热电偶、称重、多通道采集
ADS1256	SPI	24位	无	高精度测量、微弱信号

如果系统里已经有I2C总线且挂载设备不多，用ADS1115够；如果走SPI且需要冷端补偿，ADS1118是更优解；真到了微伏级测量，老老实实上ADS1256。选ADS1118的最大理由，其实是它在“精度、成本、功耗、外围复杂度”之间找到了一个很舒服的平衡点。

2. 配置寄存器和量程切换的关键时序

2.1 配置寄存器的位段拆解

ADS1118的配置寄存器是16位，通过SPI帧写入。它的位段分布和ADS1115不一样，不能直接照搬，我第一次就是栽在这里。按数据手册定义，各位段大致如下（以TI官方手册为准）：

• Bit 15：OS。单次模式下写1启动一次转换；连续模式下读取此位可判断转换是否完成。
• Bit 14：保留位。
• Bit 13-10：MUX[3:0]，输入多路选择器配置，决定AIN0-AIN3之间是差分还是单端。
• Bit 9-7：PGA[2:0]，增益配置，对应±6.144V到±0.256V六档量程。
• Bit 6：MODE，0为连续转换，1为单次转换。
• Bit 5-3：DR[2:0]，数据速率配置。
• Bit 2：TS_MODE，0为ADC模式，1为温度传感器模式。
• Bit 1：PULL_UP_EN，使能DOUT/DRDY引脚内部上拉。
• Bit 0：NOP，保留位，通常写0。

写这16位配置字时，我习惯用宏定义把每个字段的编码值先算好，避免硬编码。这样代码的可读性和可维护性会好很多，后面切换通道、切换量程都只是改一个宏的事。

2.2 一个SPI帧同时完成读写

ADS1118和I2C接口芯片最大的不同在于：每次16位SPI传输是同时进行的。主控制器通过DIN引脚移出16位配置字，同时从DOUT引脚移入16位转换结果。也就是说，你在写“下一次配置”的同时，读到的其实是“上一次转换结果”。

这个机制非常高效，但也让很多第一次用的人犯迷糊。比如你想切换量程并读取新数据，如果只发一个帧，拿到的一定是切换前的旧数据。正确做法是先发一个含新配置的帧启动转换，等转换完成后再发第二帧读结果。理解了这一帧两用的机制，后续代码逻辑就顺了。

2.3 重新配置量程后到底要等多久

这是很多人在实际项目中最关心的问题：我改了PGA量程，多久之后读到的数据才是新量程下的有效数据？

答案取决于你用的是单次模式还是连续模式。

单次模式下，你在配置字里置OS=1，芯片会放弃当前空闲状态，按新配置启动一次完整转换。转换完成后DOUT/DRDY引脚会拉低（需先配置上拉或外部上拉），或者你可以按数据率算时间。比如DR设为128SPS，一个转换周期约7.8125ms，实际等10ms左右就能安全读取。如果设成8SPS，转换周期是125ms，你至少要等130ms，提前读回来的码值没有意义。

连续模式下，切换量程后芯片并不会立刻丢弃旧配置下的转换结果。正在进行的那个转换周期仍按旧PGA完成，随后才切换到新配置。所以你写完新配置后需要等1到2个转换周期，并且建议把前1到2次读到的数据直接丢弃，从第三个数据开始使用。这个“丢弃预热数据”的步骤，在连续模式采集里几乎是必须的，别省。

数据速率和转换时间的对应关系，我建议直接记一张表：

DR设置	数据速率	单次转换周期
000	8 SPS	125 ms
001	16 SPS	62.5 ms
010	32 SPS	31.25 ms
011	64 SPS	15.625 ms
100	128 SPS	7.8125 ms
101	250 SPS	4 ms
110	475 SPS	2.105 ms
111	860 SPS	1.1628 ms

如果你用轮询方式而不用DRDY中断，我建议的余量是转换周期的1.2到1.5倍，别卡着理论值。芯片在单次模式下每次启动转换还有一小段内部振荡器稳定时间，卡太紧会导致偶尔读到旧数据，排查起来很费劲。

3. ADS1118驱动源代码：一次SPI帧完成读写

3.1 底层SPI传输层

先把底层SPI传输函数写好。这里我给一个不依赖具体MCU平台的模拟SPI实现，方便你移植到任意芯片。用硬件SPI的话，把下面函数替换成你平台的SPI收发函数即可，核心逻辑不变。

// ads1118.h
#ifndef __ADS1118_H
#define __ADS1118_H

#include <stdint.h>

// 配置寄存器位定义（按数据手册，不同版本请以手册为准）
#define ADS1118_CFG_OS          (1u << 15)  // 单次转换启动位

// MUX 输入通道选择，起始位 bit10
#define ADS1118_MUX_AIN0_AIN1   (0u << 10)
#define ADS1118_MUX_AIN0_AIN3   (1u << 10)
#define ADS1118_MUX_AIN1_AIN3   (2u << 10)
#define ADS1118_MUX_AIN2_AIN3   (3u << 10)
#define ADS1118_MUX_AIN0_GND    (4u << 10)
#define ADS1118_MUX_AIN1_GND    (5u << 10)
#define ADS1118_MUX_AIN2_GND    (6u << 10)
#define ADS1118_MUX_AIN3_GND    (7u << 10)

// PGA 增益，起始位 bit7
#define ADS1118_PGA_6144        (0u << 7)   // ±6.144V
#define ADS1118_PGA_4096        (1u << 7)   // ±4.096V
#define ADS1118_PGA_2048        (2u << 7)   // ±2.048V
#define ADS1118_PGA_1024        (3u << 7)   // ±1.024V
#define ADS1118_PGA_512         (4u << 7)   // ±0.512V
#define ADS1118_PGA_256         (5u << 7)   // ±0.256V

// MODE，bit6
#define ADS1118_MODE_CONTINUE   (0u << 6)
#define ADS1118_MODE_SINGLE     (1u << 6)

// DR 数据速率，起始位 bit3
#define ADS1118_DR_8SPS         (0u << 3)
#define ADS1118_DR_16SPS        (1u << 3)
#define ADS1118_DR_32SPS        (2u << 3)
#define ADS1118_DR_64SPS        (3u << 3)
#define ADS1118_DR_128SPS       (4u << 3)
#define ADS1118_DR_250SPS       (5u << 3)
#define ADS1118_DR_475SPS       (6u << 3)
#define ADS1118_DR_860SPS       (7u << 3)

// TS 温度传感器模式，bit2
#define ADS1118_TS_ADC          (0u << 2)
#define ADS1118_TS_TEMP         (1u << 2)

// PULL-UP EN，bit1
#define ADS1118_PU_ENABLE       (1u << 1)

uint16_t ads1118_transfer_16(uint16_t tx);
float    ads1118_read_voltage(uint16_t mux, uint16_t pga, uint16_t dr);
float    ads1118_read_temperature(void);

#endif

底层传输我用简单GPIO模拟，循环16次逐位收发。注意采样边沿要和芯片匹配，ADS1118是在SCLK上升沿采样DOUT，所以主机置高SCLK后读取输入引脚。如果你用硬件SPI，配置成SPI Mode 1（CPOL=0, CPHA=1）或Mode 3（CPOL=1, CPHA=1）一般都能跑通，具体以你平台实测为准。

// ads1118.c
#include "ads1118.h"
#include "delay.h"
#include "gpio.h"   // 平台相关GPIO操作，自行适配

#define ADS1118_CS_LOW()   GPIO_CS_RESET()
#define ADS1118_CS_HIGH()  GPIO_CS_SET()
#define ADS1118_SCLK(x)    GPIO_SCLK_WRITE(x)
#define ADS1118_DIN(x)     GPIO_DIN_WRITE(x)
#define ADS1118_DOUT()     GPIO_DOUT_READ()

// 16位数据传输，发送tx同时接收rx
uint16_t ads1118_transfer_16(uint16_t tx)
{
    uint16_t rx = 0;
    int8_t i;

    ADS1118_CS_LOW();
    for (i = 15; i >= 0; i--) {
        ADS1118_DIN((tx >> i) & 0x01);
        ADS1118_SCLK(0);
        ADS1118_SCLK(1);                // 上升沿，主机采样DOUT
        rx = (rx << 1) | (ADS1118_DOUT() ? 1 : 0);
    }
    ADS1118_SCLK(1);
    ADS1118_CS_HIGH();

    return rx;
}

3.2 单次模式读取流程

单次模式是我最推荐的工作模式。虽然多了一个等待转换周期，但功耗低、逻辑清晰、时序好控制，多通道采集时不会串数据。读取一个通道电压的完整流程如下：

static float ads1118_lsb(uint16_t pga)
{
    switch (pga) {
        case ADS1118_PGA_6144: return 6.144f / 32768.0f;
        case ADS1118_PGA_4096: return 4.096f / 32768.0f;
        case ADS1118_PGA_2048: return 2.048f / 32768.0f;
        case ADS1118_PGA_1024: return 1.024f / 32768.0f;
        case ADS1118_PGA_512:  return 0.512f / 32768.0f;
        case ADS1118_PGA_256:  return 0.256f / 32768.0f;
        default:               return 4.096f / 32768.0f;
    }
}

static void ads1118_wait_conversion(uint16_t dr)
{
    // 按数据率计算等待时间，这里按128SPS配置示例
    // 更稳妥的方式是等待DOUT/DRDY引脚拉低
    delay_ms(10);   // 128SPS 对应约8ms，取10ms余量
}

float ads1118_read_voltage(uint16_t mux, uint16_t pga, uint16_t dr)
{
    uint16_t cfg = mux | pga | ADS1118_MODE_SINGLE | dr | ADS1118_TS_ADC;
    int16_t raw;

    // 第一帧：写入配置并置OS启动转换，返回值是旧数据，丢弃
    (void)ads1118_transfer_16(cfg | ADS1118_CFG_OS);

    // 等待转换完成
    ads1118_wait_conversion(dr);

    // 第二帧：读回本次转换结果，同时写入相同配置
    raw = (int16_t)ads1118_transfer_16(cfg | ADS1118_CFG_OS);

    return (float)raw * ads1118_lsb(pga);
}

第一帧会把配置写进寄存器并启动转换，第二帧顺带写入相同配置是为了保持寄存器状态不变。如果你在循环里连续调用这个函数，每一帧既是上一帧的延续，又是下一帧的开始，逻辑很顺畅。

3.3 连续模式读取流程

连续模式下不需要每次启动转换，芯片会按设定的数据率不停转换。你只要周期性地拉CS发帧，就能在DOUT上读到上一次的结果。这里有个容易踩的坑：连续模式下，配置字里不要置OS位。一旦置了OS，芯片可能从连续模式跳回单次行为，结果会乱。

float ads1118_read_voltage_continuous(uint16_t mux, uint16_t pga, uint16_t dr)
{
    uint16_t cfg = mux | pga | ADS1118_MODE_CONTINUE | dr | ADS1118_TS_ADC;
    static uint8_t first_read = 1;
    int16_t raw;

    if (first_read) {
        // 上电或切换通道后第一次读，配置写入并丢弃预热数据
        (void)ads1118_transfer_16(cfg);
        delay_ms(20);
        first_read = 0;
    }

    raw = (int16_t)ads1118_transfer_16(cfg);
    return (float)raw * ads1118_lsb(pga);
}

连续模式的优点是读取速度快、无需反复启动转换，适合需要连续监测的场景。但多通道扫描时你得自己管理通道切换和预热丢弃，稍麻烦一些。我的经验是：如果不是对采样连续性有硬性要求，单次模式更省心。

3.4 内置温度传感器读取

ADS1118内置温度传感器的读取方式和ADC通道不同，只需要把TS_MODE位置1。转换结果是14位补码数据，左对齐存在16位寄存器的高14位，实际使用时右移2位，再乘以0.03125°C/LSB。

float ads1118_read_temperature(void)
{
    uint16_t cfg = ADS1118_MUX_AIN0_AIN1 | ADS1118_PGA_4096 |
                   ADS1118_MODE_SINGLE | ADS1118_DR_128SPS |
                   ADS1118_TS_TEMP;
    int16_t raw;
    float temp;

    // 启动温度转换
    (void)ads1118_transfer_16(cfg | ADS1118_CFG_OS);
    delay_ms(10);

    // 读回温度结果
    raw = (int16_t)ads1118_transfer_16(cfg | ADS1118_CFG_OS);

    temp = (float)(raw >> 2) * 0.03125f;
    return temp;
}

这个温度传感器精度虽然比不上专业的数字温度芯片，但做热电偶冷端补偿足够。实际项目中，我通常开机先读一次温度作为冷端参考，然后周期性更新，这样热电偶测出来的温度就是冷端补偿后的真实温度，误差能控制在可接受范围。

4. SPI时序细节与几个实测过的坑

4.1 时钟极性和相位不能拍脑袋定

ADS1118的SPI时序要求SLCK空闲时高低电平、数据在哪个边沿采样，这些都是数据手册里明确画了的。我最初直接用主控默认的Mode 0，结果读出来的数据完全不对，后来仔细对时序才发现采样边沿反了。

ADS1118更适合用SPI Mode 1（CPOL=0, CPHA=1）或者Mode 3（CPOL=1, CPHA=1），核心是主机在SCLK上升沿采样DOUT数据，而从机在下降沿更新数据。用模拟SPI时，我上面的代码已经固定了“先拉低SCLK，再拉高，然后采样”的顺序，相当于Mode 1。用硬件SPI时，建议先在数据手册上核对采样边沿，再用逻辑分析仪实测波形，别光靠猜。

4.2 DOUT/DRDY复用引脚不能随便接

ADS1118的DOUT和DRDY共用同一个引脚，这一点和ADS1115有明显区别。很多参考电路里这个引脚直接接MCU的MISO，但如果你想用中断方式等待转换完成，得把这个引脚同时接一个GPIO输入，或者用带中断功能的MISO引脚。

我踩过的坑是这样的：单次模式里不查DRDY、只靠延时，本来没问题，但我把延时算得太死，数据率从128SPS切到860SPS时忘了改延时，程序偶尔会读到上一次转换的旧数据。后来改成等待DRDY引脚拉低再读，问题立刻消失。所以我的建议是：如果IO资源允许，DOUT/DRDY最好接一个可读取的GPIO，用“配置启动→等DRDY→读数据”这套流程，比死等延时可靠得多。

4.3 配置写进去但不生效的排查链路

如果你发现改了PGA或通道后读到的值完全没变化，先别怀疑芯片坏了，按下面顺序排查：

1. 确认写入的配置字真的通过SPI发出去了。用逻辑分析仪抓DIN上的波形，逐位核对配置字。
2. 确认CS时序完整。CS拉低期间SCLK必须完整跑16个边沿，提前拉高会导致配置字只写入一半，芯片直接忽略。
3. 确认没有在连续模式下误置OS位。这个问题我在3.3里提过，一旦置位，芯片可能卡在单次逻辑里。
4. 确认SPI时钟不超过4MHz。ADS1118的最高SCLK频率约4MHz，我试过用10MHz时钟跑，读出来的数据偶发错位，表现为个别bit随机跳变，很难定位。

其中第4个问题很隐蔽。你如果只是做简单验证，低速跑没问题，一旦系统时钟跑快，随机误码就开始冒出来。这也是为什么我建议SPI时钟降一档，3MHz以内用起来很稳定。

5. 从源代码到稳定采集：噪声、标定和PCB经验

5.1 不同量程下的有效分辨率实测

我特意做过一组测试：把ADS1118输入短接到GND，在不同PGA档位下连续读1000个点，统计码值波动范围。结果是PGA=±4.096V档位时波动大约±2~3个LSB，PGA=±0.256V档位时波动明显增大，实际有效分辨率会掉到14位附近。这说明高增益放大的同时，输入等效噪声和基准噪声都被一起放大了。

所以你在选择量程时，不是越小越好。如果信号是1V左右的直流电压，我建议选±2.048V或±4.096V档，留够余量的同时兼顾分辨率。只有像称重传感器这种毫伏级信号，才需要上高增益档，但这时就要做好软件滤波。

简单滤波我常用滑动平均和中值滤波结合：滑动平均对高斯噪声效果好，中值滤波能干掉偶尔出现的毛刺。比如128SPS采样率，取16点滑动平均，等效噪声能降一个量级左右，响应速度还在可接受范围。

5.2 内部基准、电源去耦和PCB布局

ADS1118内置基准，省掉了外部基准芯片，但内部基准不是完美的。温度变化会引起基准漂移，进而影响转换结果。如果你做的是跨季节、跨温区的户外采集设备，建议定期做一次标定，或者把设备温度一起记录，后续软件补偿。

供电上去耦电容要靠近电源引脚放，我用的是0.1µF陶瓷电容加4.7µF钽电容组合，分别放在芯片电源脚附近。DVDD和AVDD最好分别走线，别共用一个细走线。模拟输入走线越短越好，在输入端加一阶RC低通滤波（比如1kΩ加0.1µF），截至频率约1.6kHz，对高频干扰有明显抑制。

多说一句PCB布局：ADS1118是SSOP-10小封装，引脚间距小，手工焊接容易连锡。焊完后用万用表量一遍电源对地阻抗，确认没短路再上电。我第一次画板就吃过这个亏，一个连锡导致A0通道电压始终不对，查了半天才发现是两个相邻引脚焊在一起了。

5.3 量程切换后的标定流程

每次量程切换后，不能直接信任读出的电压，尤其是高增益档位。我常用的标定流程很简单：

1. 输入短接到GND，读100个码值取平均，记录零点偏移。
2. 输入一个已知精密电压（比如用参考电压源或高精度LDO输出），读100个码值取平均，计算实际增益。
3. 把零点和增益写入Flash，每次上电后做一次两点校准。

实际操作中，ADS1118的零点偏移在单次模式下通常很小，但高增益档下不做零点修正，测量结果会有明显偏差。做了这个标定之后，我测得的最差精度基本都能落在0.1%以内，对于项目需求已经足够了。

我个人在实际项目里最深的体会是：ADS1118这颗芯片本身很皮实，绝大多数问题都出在时序和配置上。把寄存器位字段吃透，把SPI帧一图两用的机制理解透，再结合DRDY做同步，代码写起来就会非常稳。如果你正在调这颗芯片，建议先把单次模式跑通，再逐步加连续模式、温度传感器和量程切换，一步一步验证，别指望一把梭能调通。

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