本项目旨在设计并实现一款适用于桥式传感器、微弱信号及精密测量场景的高精度数据采集模块，核心采用业界广泛使用的集成式高精度ADC芯片 ADS1115（作为原任务 24位 SPI 方案的高效且经济的替代验证方案）。

相较于外置分离基准源（如REF50xx系列）与独立放大器的传统方案，本方案的核心优势在于彻底简化了高精度模拟前端的硬件架构。ADS1115 内部集成了极低漂移的精密基准电压源和可编程增益放大器（PGA），主控 MCU 无需搭建复杂的外部信号调理电路，只需通过标准的 I2C 接口即可获取高精度的转换结果。这极大释放了单片机的 IO 资源，并显著缩小了 PCB 面积。

该方案的主要特性包括：

• 极简通信与灵活配置：采用标准 I2C 接口，内置可编程 PGA 最高支持 16 倍增益，支持连续转换或单次转换模式，让微弱信号（如毫伏级电桥信号）的测量更加精准。
• 宽压兼容与多通道接入：模块主电源支持 2.0V~5.5V 宽电压输入（完美兼容 3.3V 与 5V 逻辑主控）。支持 2 路差分输入或 4 路单端输入，适应多种复杂的传感器接入需求。
• 高集成度与抗干扰：内置精密基准源与振荡器，有效降低了由于外部走线带来的噪声引入。结合板载的 RC 低通滤波网络，能够输出极其平滑、稳定的数字信号。

模块介绍

ADS1115 是目前在高精度称重（如测力计）、温度传感器读取、过程控制以及各便携式仪表中最经典的 16 位模数转换芯片之一。它专为超小尺寸和低功耗应用而设计，其最大的亮点在于内置了所有核心精密组件——外部传感器的微弱电压可以直接接入模拟管脚，芯片经过内部放大和高精度采样后，直接向主控端输出转换后的数字量，无需主控端进行繁琐的外部校准。

得捷购买连接：ADS1115IDGST Texas Instruments | 集成电路（IC） | DigiKey

原理图和PCB模块介绍

原理图

本设计将敏感的模拟采集部分与数字通信部分严格区分。通过引出标准排针（VDD, GND, SCL, SDA, ALRT, AIN0-3），方便与外部主控及传感器直连。

模拟输入端（AIN0~AIN3）预留了由高精度电阻和电容组成的抗混叠与低通 RC 滤波网络，有效滤除传感器引入的高频噪声。I2C 通信引脚（SDA, SCL）上配置了 4.7kΩ 的上拉电阻，ADDR 引脚通过下拉电阻接地，将 I2C 设备默认地址设定为 0x48。此外，电源输入端加入了 LDO 或滤波网络（磁珠+去耦电容），为芯片的模拟侧提供极其纯净的工作电压。

PCB

在 PCB 布局（Layout）设计上，充分考虑了高精度测量对噪声隔离的严苛要求。

严格执行了模数分区（A/D Partition）的原则：模拟信号输入网络被统一布置在板子的一侧，数字通信及电源接口布置在另一侧，杜绝高频 I2C 数字信号串扰到敏感的模拟输入管脚。 地平面处理采用了高精度的标准做法：敷铜时明确划分了模拟地（AGND）和数字地（DGND），两者在整个板面上完全隔离，仅在 ADC 芯片正下方或电源输入口处通过单颗 0Ω 电阻（或磁珠）进行单点连接（Star Grounding）。这种设计彻底切断了数字回路产生的地弹噪声对模拟微弱信号的污染。

3D图

资源框图

高精度数据采集模块 (基于 ADS1115)
========================================================================================
                                                
 [ 外部模拟物理量 ]                                         [ 数字通信与控制 (主控 MCU) ]
        │                                                              ▲
        │ (桥式传感器/微弱电压)                                        │ (I2C数字总线)
        ▼                                                              ▼
 ┌──────────────┐                             ┌────────────────────────────────┐
 │              │ 滤除高频噪声                │        ADS1115 核心芯片        │
 │  RC滤波网络  ├────────────────────────────►│                                │
 │ (抗混叠低通) │ (AIN0 ~ AIN3 模拟引脚)      │  ┌──────────────────────────┐  │
 │              │                             │  │ 16-bit Sigma-Delta ADC   │  │
 └──────────────┘                             │  ├──────────────────────────┤  │
        ▲                                     │  │ 可编程增益放大器 (PGA)   │  │◄────► I2C 接口 (SDA/SCL, 需上拉)
        │                                     │  ├──────────────────────────┤  │ 
        │                                     │  │ 高精度内部电压基准源     │  │─────► 中断/就绪信号 (ALRT 引脚)
        │                                     │  ├──────────────────────────┤  │
 ┌──────────────┐        纯净供电             │  │ 内部可编程振荡器         │  │ 
 │ 电源稳压/滤波├────────────────────────────►│  └──────────────────────────┘  │
 │(去耦电容网络)│    VDD (2.0V ~ 5.5V)        │                                │
 └──────────────┘                             │   ADDR 引脚 (下拉接地设为0x48) │
        ▲                                     │                                │
        │ (3.3V/5V)                           └───────────────┬────────────────┘
  [ 外部电源输入 ]                                            │
                                                              ▼
 ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │    地平面网络 (严格划分 AGND 模拟地 与 DGND 数字地，并在芯片底部单点接地)   │
 └─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

方案框图

一、 核心模块与主要性能指标

本方案集成了核心 ADC、RC 滤波网络、地址配置网络以及去耦电路，构成了一个高精度、即插即用的独立采集模块。

二、 模块管脚定义汇总

为了方便与外部主控和传感器连接，模块将芯片管脚进行了功能化分组引出：

三、 项目总结

总而言之，本项目基于 ADS1115 设计了一款高可靠性、高集成度的数据采集模块。通过利用芯片内部的 PGA 和高精度基准源，极大降低了外围精密模拟电路的设计门槛。

在硬件设计上，该模块充分满足了微弱信号高精度采集的需求：

• 灵活的增益与通道组合：通过 I2C 发送简单的配置指令，即可动态切换单端/差分模式，并实时调节 PGA 增益，轻松兼顾大范围电压采集与微弱电桥信号的读取。
• 极致的底噪控制设计：PCB 层面采用了严格的模数分区（A/D Partition）、单点接地策略以及前端 RC 低通滤波网络布局，确保了在复杂电磁环境下的极低底噪表现，充分榨干了 16 位 ADC 的有效分辨率。
• 接口标准化：模块外围接口排布清晰合理，使得其无论是作为核心板的传感器扩展插件，还是用于面包板上的快速原型验证，都能做到即插即用，表现出极佳的工程实用性。对于原任务中 24 位 SPI 方案，本设计作为先期低成本验证平台，提供了非常宝贵的数据对比基准。