2026 Make Blocks #3阶段2 - 基于ADS1115的多通道ADC采集模块

内容介绍

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。

设计方案介绍

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。本次的设计主要包含硬件模块如下：

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。

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

3D效果图

实物图

调试记录

我们这次设计的是一个4通道的ADC采集模块，最多支持四路的ADC采集，，通过I2C接口进行配置和通信，这次我们使arduino R4开发板进行基本控制和通信，使用便携调试装备输出1.67V，基本连接如下：

这里我们找到了一个arduino库进行快速验证，注意addr引脚的连接要对应上，具体代码如下：

#include <Wire.h>
#include <DFRobot_ADS1115.h>

DFRobot_ADS1115 ads(&Wire);

void setup(void)
{
    Serial.begin(115200);
    ads.setAddr_ADS1115(ADS1115_IIC_ADDRESS1);   // 0x48
    ads.setGain(eGAIN_TWO);          // 2x gain
    ads.setMode(eMODE_SINGLE);       // single-shot mode
    ads.setRate(eRATE_128);          // 128SPS (default)
    ads.setOSMode(eOSMODE_SINGLE);   // Start a single-conversion (default)
    ads.setCompMode(eCOMPMODE_TRAD);     // Traditional comparator with hysteresis (default)
    ads.setCompPol(eCOMPPOL_LOW);        // Comparator polarity: Active low (default)
    ads.setCompLat(eCOMPLAT_LATCH);   // Latching comparator
    ads.setCompQue(eCOMPQUE_ONE);        // Comparator queue: Assert after one conversion
    // ADC Range: 2x gain (1 bit = 0.0625mV)");
    // Serial.println("Comparator High Threshold: 32000 (2.000V)");
    ads.setHighThreshold(32000);
    ads.init();
    delay(1000);
}

void loop(void)
{
    if (ads.checkADS1115())
    {
        int16_t result01, result03, result13, result23;
        Serial.println("Get the voltage difference between two channels");
        Serial.println(" ");
        result01 = ads.comparatorVoltage(01);
        Serial.print("The voltage difference between A0 and A1 ");
        Serial.print(result01);
        Serial.println("mV");
        result03 = ads.comparatorVoltage(03);
        Serial.print("The voltage difference between A0 and A3 ");
        Serial.print(result03);
        Serial.println("mV");
        result13 = ads.comparatorVoltage(13);
        Serial.print("The voltage difference between A1 and A3 ");
        Serial.print(result13);
        Serial.println("mV");
        result23 = ads.comparatorVoltage(23);
        Serial.print("The voltage difference between A2 and A3 ");
        Serial.print(result23);
        Serial.println("mV ");
    }else
    {
        Serial.println("ADS1115 Disconnected!");
    }

    delay(1000);
}

注意地址的选择以及基本的配置。

串口打印效果，可以看到我们连接的通道可以采集正确的电压，但是悬空的通道也有居然有输出啊，后续设计可以注意，不要悬空：

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。我们使用arduino进行代码配置和通信可以看到对于正常连接外部信号的通道，采集的数据非常的准确，说明精度还是挺不错的。