ADS1146器件是高精度 16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），集成了眾多功能，可降低傳感器測量應用中的系統(tǒng)成本和組件數(shù)量。這些器件具有低噪聲、可編程增益放大器（PGA）、高精度的 (ΔΣ)ADC 以及單周期穩(wěn)定數(shù)字濾波器和內(nèi)部振蕩器。

本文將介紹對ADS1146的外部電路設(shè)計和利用RT-Thread實現(xiàn)去ADS1146的電路驅(qū)動。

電路設(shè)計

首先利用電壓基準芯片生成穩(wěn)定的1.25V電壓作為ADS1146的偏置電壓。如果使用的是ADS1147或ADS1148的話，內(nèi)部可生成2.408V的偏置電壓，可以不使用外部電壓作為偏執(zhí)電壓。電壓基準電路如圖。

使用外部電壓的好處是，外部電壓穩(wěn)定，能提高測量精度；外部電壓可調(diào)節(jié)，可以按需求選擇量程。

模擬電壓AVCC范圍為2.7V——5.25V，外部偏置電壓要求范圍在0.5V——AVCC-1V，也就是說最大范圍可為0.5V——4.25V。

測量的輸入電壓只能在外部偏置電壓的絕對值范圍內(nèi)。部分手冊參數(shù)如圖。

具體的ADS1146電路如圖所示，

DVDD、DGND號腳作為數(shù)字電源輸入，0.1uf電容經(jīng)常作為芯片電源的旁路電容使用。

CLK短接DGND可激活內(nèi)部時鐘。

RESET為復位引腳，低電平有限，搭配C5和R5可上電初始時自動復位。

REFP、REFN作為外部偏置電壓輸入。

AINP、AINN作為測量引腳輸入，該輸入是一個差分信號。將AINN端接至REEP，優(yōu)點是可以實現(xiàn)正負雙向測量。也就是說AINN端穩(wěn)定為1.25V，AINP在外部測量信號作用下在0——2.5V變化，差分電壓在-1.25——1.25V變化，實現(xiàn)了正負雙向測量。如果不AINN不接REEP，也就是AINN為0V，AINP必須大于0，那差分電壓只能在0——1.25V變化，只能單向測量。

C8用于濾除差模干擾、C14、C15可濾除共模干擾，R10、R11可減少輸入差分信號的紋波。R12、R13為下拉電阻，懸空時，AINP下拉至0V、AINN因為端接REEP，會保持1.25V不變，這么看R13似乎沒有作用，但是在共模信號上R13可與R12保持對稱，這樣在濾除共模干擾會達到同程度濾除，可避免引入差模干擾。也就是說懸空時會采集到-1.25V。

SPI的四個引腳用來實現(xiàn)SPI通信，這個大家都知道。

START用于發(fā)送芯片啟動轉(zhuǎn)換信號。

DRDY用于接受轉(zhuǎn)換完成信號。

AVDD、AVSS是模擬電壓輸入端，通過磁珠M1和C9可以接入數(shù)字信號源，不過為了避免干擾，在PCB布局時最好模擬電壓區(qū)域和數(shù)字電壓區(qū)域隔開，只留一個通路連接。

右端每個信號都串接了47R電阻、這些電阻可平滑尖銳的過渡，抑制過沖，并提供一定的過壓保護。

因為我這里ADS1146模塊使用的電源和MCU使用的不是同一類電源，所以通信接口必須使用以下這種數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器進行連接，此時上面信號上的47R電阻可接可不接，應為數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器具有抑制過沖、電壓保護等功能。如果是信號直接接入MCU，該47R還是建議使用的。

到這，ADS1146的外圍電路設(shè)計已經(jīng)完成了，下面開始使用RT-Thread實現(xiàn)程序開發(fā)。

RT-Thread 程序開發(fā)

這里是基于RT-Thread studio實現(xiàn)ADS1146對電壓的精準采集，開發(fā)板是我自己畫的，MCU是STM32F103C8T6，使用的RT-Thread驅(qū)動是5.1.0

（如果遇到無法下載情況，可以把該位置ROM的值調(diào)大一點，STM32F103C8T6的實際ROM只有64KB，代碼編譯完達到了100KB，所以就無法下載，但是實際下載進芯片，發(fā)現(xiàn)實際只占用了不到一半ROM，所以我這自行調(diào)整到512KB來規(guī)避檢查，實際的占用情況可以在finsh控制臺使用free命令查看）

創(chuàng)建工程

5.1.0的驅(qū)動對stm32的支持，可以參考文章《基于RT-Thread的STM32F4開發(fā)第八講——SPI(普通、DMA、SFUD)》（鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_58172114/article/details/148234716?spm=1001.2014.3001.5502）完成工程的創(chuàng)建（普通模式即可）。嫌麻煩的可以用4系類的驅(qū)動。

下面主要講解ADS1146驅(qū)動代碼實現(xiàn)

ads1146.c

代碼總覽如下：

/** Copyright (c) 2006-2021, RT-Thread Development Team** SPDX-License-Identifier: Apache-2.0** Change Logs:* Date Author Notes* 2025-09-28 H1567 the first version*/#include"ads1146.h"#defineDBG_TAG "ads1146"#defineDBG_LVL DBG_LOG#includestructrt_spi_device *ads1146_handle1;structrt_spi_device *ads1146_handle2;structrt_spi_device*ads1146_handle3;/*************************************************************** * @brief ADS1146的SPI設(shè)備創(chuàng)建 * @param * @return**************************************************************/voidSPI_device_creation(void){#ifdefBSP_USING_SPI1_ADS1146 rt_err_t spi10_flag; structrt_spi_configurationads1146_cfg1; spi10_flag = rt_hw_spi_device_attach(SPI1_BUS_NAME, SPI1_NAME, GPIOA, GPIO_PIN_4);//更改為實際的片選引腳 if(spi10_flag != RT_EOK){ LOG_D("failed to spi10 register"); return; } ads1146_handle1 = (struct rt_spi_device *)rt_device_find(SPI1_NAME); if(ads1146_handle1 != RT_NULL){ ads1146_cfg1.mode = RT_SPI_MSB | RT_SPI_MASTER | RT_SPI_MODE_1; ads1146_cfg1.data_width = 8; ads1146_cfg1.max_hz = 1125*1000; rt_spi_configure(ads1146_handle1, &ads1146_cfg1); }#endif#ifdefBSP_USING_SPI2_ADS1146 rt_err_t spi20_flag; structrt_spi_configurationads1146_cfg2; spi20_flag = rt_hw_spi_device_attach(SPI2_BUS_NAME, SPI2_NAME, GPIOB, GPIO_PIN_12);//更改為實際的片選引腳 if(spi20_flag != RT_EOK){ LOG_D("failed to spi20 register"); return; } ads1146_handle2 = (struct rt_spi_device*)rt_device_find(SPI2_NAME); if(ads1146_handle2 != RT_NULL){ ads1146_cfg2.mode = RT_SPI_MSB | RT_SPI_MASTER | RT_SPI_MODE_1; ads1146_cfg2.data_width = 8; ads1146_cfg2.max_hz = 1125*1000; rt_spi_configure(ads1146_handle2, &ads1146_cfg2); }#endif#ifdef BSP_USING_SPI3_ADS1146 rt_err_t spi30_flag; structrt_spi_configurationads1146_cfg3; spi30_flag = rt_hw_spi_device_attach(SPI3_BUS_NAME, SPI3_NAME, GPIOB, GPIO_PIN_12);//更改為實際的片選引腳 if(spi30_flag != RT_EOK){ LOG_D("failed to spi30 register"); return; } ads1146_handle3 = (struct rt_spi_device *)rt_device_find(SPI3_NAME); if(ads1146_handle3 != RT_NULL){ ads1146_cfg3.mode = RT_SPI_MSB | RT_SPI_MASTER | RT_SPI_MODE_1; ads1146_cfg3.data_width = 8; ads1146_cfg3.max_hz = 1125*1000; rt_spi_configure(ads1146_handle3, &ads1146_cfg3); }#endif LOG_D("succeed to ADS1146 SPI device creation");}/*************************************************************** * @brief ADS1146的初始化 * @param * @return**************************************************************/voidADS1146_init(void){ uint8_t INIT_control_1[2] = {0x01,0x06}; uint8_t INIT_control_2 = 0x16;#ifdefBSP_USING_SPI1_ADS1146 rt_pin_mode(ADS1_start, PIN_MODE_OUTPUT); rt_pin_write(ADS1_start, PIN_HIGH); rt_pin_mode(ADS1_drdy, PIN_MODE_INPUT_PULLUP); rt_spi_send(ads1146_handle1, INIT_control_1, 2); rt_thread_mdelay(10); rt_spi_send(ads1146_handle1, &INIT_control_2, 1); rt_thread_mdelay(10);#endif#ifdefBSP_USING_SPI2_ADS1146 rt_pin_mode(ADS2_start, PIN_MODE_OUTPUT); rt_pin_write(ADS2_start, PIN_HIGH); rt_pin_mode(ADS2_drdy, PIN_MODE_INPUT_PULLUP); rt_spi_send(ads1146_handle2, INIT_control_1, 2); rt_thread_mdelay(10); rt_spi_send(ads1146_handle2, &INIT_control_2, 1); rt_thread_mdelay(10);#endif#ifdefBSP_USING_SPI3_ADS1146 rt_pin_mode(ADS3_start, PIN_MODE_OUTPUT); rt_pin_write(ADS3_start, PIN_HIGH); rt_pin_mode(ADS3_drdy, PIN_MODE_INPUT_PULLUP); rt_spi_send(ads1146_handle2, INIT_control_1, 2); rt_thread_mdelay(10); rt_spi_send(ads1146_handle2, &INIT_control_2, 1); rt_thread_mdelay(10);#endif}/*************************************************************** * @brief ADS1146的PGA設(shè)置函數(shù) * @param device：傳入的設(shè)備名；ADS_setPGA：需要設(shè)置的PGA十進制值 * @return**************************************************************/voidADS1146_setPGA(struct rt_spi_device *device,short ADS_setPGA){ if(ADS_setPGA == 1 || ADS_setPGA == 2 || ADS_setPGA == 4 || ADS_setPGA == 8 || ADS_setPGA == 16 || ADS_setPGA == 32 || ADS_setPGA == 64 || ADS_setPGA == 128) { uint8_t INIT_control[5] = {0x43,0x00,0x00,0x04,0x04}; INIT_control[2] = (uint8_t)log2(ADS_setPGA)<<4 | ADS_SPS;? ? rt_spi_send(device, INIT_control, 5);? ? }? ? else {? ? ? ? rt_kprintf("ADS PGA set error!\n");? ? }}/***************************************************************? * ?@brief ? ? ADS1146的當前PGA讀取函數(shù)? * ?@param ? ? device：傳入的設(shè)備名? * ?@return ? ?讀取到的該設(shè)備PGA十進制值?**************************************************************/shortADS1146_readPGA(struct rt_spi_device?*device){? ? uint8_t read_control[2] = {0x23,0x00};? ? uint8_t read_datas;? ? short ADS_readPGA;? ? rt_spi_send_then_recv(device, &read_control, 2, &read_datas, 1);? ? ADS_readPGA = (short)powf(2,((read_datas&0xf0)>>4)); return ADS_readPGA;}/*************************************************************** * @brief 實現(xiàn)PGA的自動調(diào)節(jié) * @param device：傳入的設(shè)備名 * @return 0：未超量程，1：超量程**************************************************************/shortADS1146_PGA_AUTO(struct rt_spi_device *device){ short ADS_PGA; staticshort ADC_PGA_old = 1; short PGA_flag = 0; int ADS_value_init; uint16_t read_value; short ads_gain,PGA_gain; uint8_t read_control = 0x12; uint8_t read_datas[2] = {0}; do { rt_spi_send_then_recv(device, &read_control, 1, read_datas, 2); read_value = ((uint16_t)read_datas[0])<<8 | read_datas[1];? ? ? ? //數(shù)值絕對值化? ? ? ? if(read_value&0x8000){? ? ? ? ? ? ADS_value_init = 65536 - (int)read_value;? ? ? ? }? ? ? ? else{? ? ? ? ? ? ADS_value_init = (int)read_value;? ? ? ? }? ? ? ? if(ADS_value_init<1)? ? ? ? ? ? ADS_value_init = 1;? ? ? ? ADS_PGA = ADS1146_readPGA(device);? ? ? ? if(ADS_value_init > 32765){ if(ADS_PGA == 1){ PGA_flag = 1; } else { ADS_PGA = 1; } } if(ADS_value_init<16382){? ? ? ? ? ? ads_gain = 32767/ADS_value_init;? ? ? ? ? ? if(ads_gain>128){ ads_gain = 128; } PGA_gain = 1; do{ PGA_gain *= 2; }while(PGA_gain if(PGA_gain>ads_gain){ PGA_gain /= 2; } ADS_PGA *= PGA_gain; if(ADS_PGA>128){ ADS_PGA = 128; } } if(ADS_PGA != ADC_PGA_old){ ADS1146_setPGA(device,ADS_PGA); ADC_PGA_old = ADS_PGA; rt_thread_mdelay(1500/(5*powf(2,ADS_SPS))); } }while(ADS_value_init > 32765 && PGA_flag == 0); return PGA_flag;}/*************************************************************** * @brief 實現(xiàn)ADS1146采集的電壓值輸出，單位mV * @param device：傳入的設(shè)備名; * calibration_k, calibration_b: 校準參數(shù) * 校準函數(shù)：ADS_CCD_mV = calibration_k*ADS_mV + calibration_b * PGA_flag：量程標志，0：正常，1：超量程。搭配ADS1146_PGA_AUTO使用可實現(xiàn)自動判斷 * @return**************************************************************/voidADS1146_output(struct rt_spi_device *device, float calibration_k, float calibration_b, short PGA_flag){ int ADS_value_init; uint16_t read_value; short read_signed; uint8_t read_control = 0x12; uint8_t read_datas[2] = {0}; rt_spi_send_then_recv(device, &read_control, 1, read_datas, 2); read_value = ((uint16_t)read_datas[0])<<8 | read_datas[1];? ? //符號位分離? ? if(read_value&0x8000){? ? ? ? ADS_value_init = 65536 - (int)read_value;? ? ? ? read_signed = -1;? ? }? ? else{? ? ? ? ADS_value_init = (int)read_value;? ? ? ? read_signed = 1;? ? }? ? short setPGA = ADS1146_readPGA(device);? ? rt_kprintf("ADS1146 set PGA: %d\n",setPGA);? ? if(PGA_flag == 1){? ? ? ? rt_kprintf("ADS1146 Exceeding the range ?");? ? }? ? else {? ? ? ? float ADS_mV = (float)ADS_value_init / ADS_range_half?*reference_voltage /setPGA*read_signed;? ? ? ? rt_kprintf("ADS1146 Not calibrated output data: %.3fmV ?",ADS_mV);? ? ? ? float ADS_CCD_mV = ADS_mV*calibration_k+calibration_b;? ? ? ? rt_kprintf("ADS1146 calibrated output data: %.3fmV\n",ADS_CCD_mV);? ? }}

別看代碼很長，因為寫了很多預編譯語句（也就是選擇性編譯的語句）。

“#ifdef標識符”

程序段

“#endif”

如果在這之前標識符經(jīng)過了#define定義，則編譯程序段，否則編譯時略過程序段。

第一個函數(shù)void SPI_device_creation(void)

用來對SPI設(shè)備初始化，因為ADS1146是通過SPI通訊的，所以需要完成對應的SPI初始化，這里通過預編譯指令類比寫了SPI1、SPI2、SPI3三個外設(shè)初始化，基本能囊括所有SPI設(shè)備了，如實際中超出，例如使用的是SPI4，可按模板自行添加。

注意board.h要開啟對應SPI的宏定義。

代碼主要工作完成了ADS1146的SPI片選引腳確認、通信模式、通信字節(jié)、通信速度的設(shè)置。其中片選引腳需要更改為自己實際使用的引腳，通信速度不建議過高，其他內(nèi)容不建議更改。

第二個函數(shù)void ADS1146_init(void)

完成ADS1146的初始化，主要是向ADS1146發(fā)送了三個命令。

0x01：將ADS1146從睡眠中喚醒，

0x06：將ADS1146復位，準備下面的工作。（注：因為ADS1146復位需要0.6ms時間，這個時間段不能繼續(xù)發(fā)送命令，我這給了10ms）

0x16：停止數(shù)據(jù)讀取，當前配置未完成，防止錯誤數(shù)據(jù)輸出（保險，可加可不加）

第三個函數(shù)void ADS1146_setPGA(struct rt_spi_device *device,short ADS_setPGA)

該函數(shù)有兩個形參，device：傳入的設(shè)備名；ADS_setPGA：需要設(shè)置的PGA十進制值

該函數(shù)能夠?qū)⒃O(shè)置的PGA值寫入ADS1146，主要命令是0x43。

0x43表示寫入的寄存器如下

0x04 0x04表示開始轉(zhuǎn)換

第四個函數(shù)short ADS1146_readPGA(struct rt_spi_device *device)

device：傳入的設(shè)備名

該函數(shù)能夠?qū)魅朐O(shè)備讀取的PGA值以十進制返回，主要命令是0x23

第五個函數(shù)short ADS1146_PGA_AUTO(struct rt_spi_device *device)

evice：傳入的設(shè)備名

該函數(shù)屬于最核心函數(shù)，能夠根據(jù)測量的數(shù)值自動調(diào)節(jié)該設(shè)備PGA，從而達到自動調(diào)節(jié)量程，實現(xiàn)最精準測量。并且我還特別優(yōu)化，能實現(xiàn)快速響應。這部分代碼不講解，能理解就是你的，理解不了直接用就行。

第六個函數(shù)void ADS1146_output(struct rt_spi_device *device,float calibration_k,float calibration_b,short PGA_flag);

實現(xiàn)ADS1146采集的電壓值輸出，單位mV

device：傳入的設(shè)備名;

calibration_k, calibration_b: 校準參數(shù)

校準函數(shù)：ADS_CCD_mV = calibration_k*ADS_mV + calibration_b

PGA_flag：量程標志，0：正常，1：超量程。搭配ADS1146_PGA_AUTO使用可實現(xiàn)自動判斷

這一個函數(shù)就是將讀取的電壓值輸出出來，我這里直接rt_printf，如果需要返回值，可自行拓展。其中 calibration_k, calibration_b是校準參數(shù)，我們知道實際值和測量值之間是會存在誤差的，這些誤差并非都是隨機誤差，其中很大一部分是具有線性特征的系統(tǒng)誤差，這部分誤差可以通過一個線性函數(shù)來彌補，下圖是我通過采集的實際值和測量值計算出來的一次函數(shù)，帶入函數(shù)也就是calibration_k = 0.9994，calibration_b = -0.0045

不過這寫數(shù)據(jù)實在PGA = 8恒定下采集的值，為了省事，我直接運用到了全局PGA中，所以在PGA = 8時校準效果最好，不過應用到其他PGA上也有不錯的效果，如果大家有需要，可以將各個PGA下的校準函數(shù)求出，搭配ADS1146_PGA_AUTO函數(shù)實現(xiàn)更加精準測量。

ads1146.h

#ifndefAPPLICATIONS_ADS1146_H_#defineAPPLICATIONS_ADS1146_H_#include#include#include"drv_spi.h"#include/*-------------------------- ADS1146 CONFIG BEGIN --------------------------*///需要在board.h中開啟對于的SPI預編譯#defineBSP_USING_SPI1_ADS1146#defineBSP_USING_SPI2_ADS1146//#define BSP_USING_SPI3_ADS1146#ifdefBSP_USING_SPI1_ADS1146 #define SPI1_NAME "spi10" #define SPI1_BUS_NAME "spi1"externstructrt_spi_device *ads1146_handle1;#endif#ifdefBSP_USING_SPI2_ADS1146 #define SPI2_NAME "spi20" #define SPI2_BUS_NAME "spi2"externstructrt_spi_device *ads1146_handle2;#endif#ifdefBSP_USING_SPI3_ADS1146 #define SPI3_NAME "spi30" #define SPI3_BUS_NAME "spi3"externstructrt_spi_device *ads1146_handle3;#endif// 更改為自己實際的引腳#define ADS1_start GET_PIN(B,0)#define ADS1_drdy GET_PIN(B,1)#define ADS2_start GET_PIN(B,10)#define ADS2_drdy GET_PIN(B,11)#define ADS3_start GET_PIN(B,10)#define ADS3_drdy GET_PIN(B,11)#define ADS_SPS 0x01 //10 SPS#define ADS_range_half 32768#define reference_voltage 1250voidSPI_device_creation(void);voidADS1146_init(void);voidADS1146_setPGA(structrt_spi_device *device,shortADS_setPGA);shortADS1146_readPGA(structrt_spi_device *device);shortADS1146_PGA_AUTO(structrt_spi_device *device);voidADS1146_output(structrt_spi_device *device,floatcalibration_k,floatcalibration_b,shortPGA_flag);

這里面就是各種宏定義，函數(shù)聲明。大家都知道

因為我做了大量SPI適配的預編寫語句，所以在board.h開啟SPI宏定義后，這邊再開啟對應的ADS1146宏定義就能直接使用，開啟了SPI宏定義不開啟ADS1146宏定義不會對該SPI有任何影響，其他設(shè)備正常使用。

//需要在board.h中開啟對于的SPI預編譯

#defineBSP_USING_SPI1_ADS1146#defineBSP_USING_SPI2_ADS1146//#define BSP_USING_SPI3_ADS1146

main.h

#include#defineDBG_TAG"main"#defineDBG_LVL DBG_LOG#include#include"ads1146.h"#include"ads_can.h"intmain(void){ shortPGA_flag1; SPI_device_creation(); ADS1146_init(); while(1){ PGA_flag1 =ADS1146_PGA_AUTO(ads1146_handle1); ADS1146_output(ads1146_handle1,0.9994,-0.0045, PGA_flag1); rt_thread_mdelay(800); } returnRT_EOK;}

經(jīng)過前面的解釋，相信大家很容易看懂這部分代碼。

效果演示

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上面是我的一點運行日志，這邊輸入的是0mv、25mv、50mv、75mv、100mv、1000mv，~~。大家可以比較一下，優(yōu)化校準哈桑農(nóng)戶，測量還是能達到uV級別的。