任务介绍

设计一款基于普及型ADC芯片的电压采集模块，作为各类测量系统的入门基础。

1、核心设计要求

芯片选型：选用ADS1115或同类入门级ADC芯片

功能目标：将外部0-5V或0-12V的模拟电压信号转换为数字量，通过I2C或SPI数字接口输出给MCU读取处理

量程适配：设计分压电阻网络，解决ADC芯片仅支持低电压输入的量程转换需求

2、PCB设计规范

电源处理：在芯片电源引脚旁紧贴放置去耦电容，保障供电稳定

外设配置：板上配备接线端子，方便外部模拟信号接入

接口配置：预留MCU专用接口，方便与主控板快速连接

制作出可稳定采集外部电压、并将数字量传输给单片机的功能模块，作为学习模拟信号数字化处理的入门实践载体。

模块介绍

本次选用TI的ADS1115作为核心器件，设计多通道数据采集模块。这款16位Δ-Σ架构ADC采用超小封装，仅2mm×1.5mm，适配空间受限的嵌入式与便携设备。它支持2.0V-5.5V宽压供电，可直接对接3.3V/5V MCU，无需额外电平转换。芯片高度集成内置低漂移基准源、PGA与精密振荡器，无需外挂周边电路，大幅简化设计、降低BOM成本。它支持4路模拟输入，可切换单端/差分采集模式，通过I2C接口通信，最多可挂载4片实现16通道扩展，采样速率8-860SPS可调，功耗低至0.5μA，还自带阈值比较中断功能，是传感器采集、便携仪表、环境监测等场景的高性价比入门ADC方案。

ADS1115IDGSR芯片DigiKey链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/texas-instruments/ADS1115IDGSR/2231567

方案设计：本次选用的ADS1115是一个四通道的ADC采集芯片，我们需要对输入通道进行划分，比如对于高压信号的数据如何分配，这样实现支持大量程采集。

原理图和PCB模块介绍

基于ADS1115IDGSR的16位高精度模数转换电路原理图，核心芯片搭载I2C通信接口，板载的三组10K上拉电阻为ADDR、SCL、SDA引脚配置电平，可灵活设置I2C通信地址避免总线冲突，100nF去耦电容紧邻芯片电源引脚放置，高效滤除供电杂波保障采样稳定性，AIN2、AIN3通道外接分压电阻网络可适配不同量程的模拟信号输入，两路外接接口分别采用PH2.0与2.54间距规格，完整引出电源、通信与模拟输入引脚，可直接对接主控平台快速扩展高精度AD采集能力，适配传感器小信号采集、工业参数监测等对采样精度要求严苛的低功耗场景。

原理图

4通道高精度ADC采集板的PCB设计，整体布局紧凑规整，核心ADC芯片布置在板面中心区域，四周走线清晰有序，板侧CN1接口完整引出电源、I2C通信与就绪状态引脚，可直接对接主控平台实现快速通信，另一侧J1接口引出4路独立模拟输入通道IN0~IN3，方便外接各类模拟传感器信号，板上丝印明确标注了3.3V、5V、12V等多档适配电压提示，可兼容不同输出规格的传感器，电源引脚旁的100nF去耦电容就近放置，有效滤除供电线路的高频杂波干扰，全板大面积铺铜连通地网络，大幅降低信号串扰提升采样稳定性，适配低速高精度多通道模拟信号采集场景。

PCB

3D效果图

模块主要性能指标和管脚定义

主要性能指标

管脚定义

输入引脚：

心得体会

本次设计的核心是做一块功能完整的ADC电压采集模块，最大的亮点是同时提供4路独立的模拟输入通道，用户可以一次性接入4个不同的电压信号进行采集，灵活性远超单通道方案，能很好地应对多传感器同时测量的实际场景。由于ADC芯片本身能接受的输入电压范围有限，我们在每个通道前端都设计了分压电阻网络，把外部可能高达12V的信号按比例衰减到芯片允许的量程以内。其中2个通道的分压比可以根据实际需求分别设定，各走各的量程互不干扰，既保证了每路数据的准确性，又让整块板子能适配任务要求的多种输入场景。