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STM32 接 ADS1220 的测温项目，我前前后后调了两周。一开始我以为只是把 SPI 读出来、查个表就能得到温度，结果被参考电压、PGA 增益、冷端补偿、寄存器配置挨个教育了一遍。这篇文章把完整的思路和可用的源码写出来，从电压基准到寄存器配置一步步来，适合正在用 STM32 做高精度测温、热电偶采集或者 ADS1220 驱动移植的朋友参考。文末附的驱动代码是实际跑过的，可以直接抄。

1. 测温系统不能只盯着 ADC：参考电压才是精度的天花板

很多人拿到 ADS1220 第一反应是赶紧写 SPI 驱动，看数据手册里那个 24 位分辨率，以为只要代码没问题就能测到微伏级电压。但高精度测温系统里，ADC 只是链条上的一环，真正决定系统上限的，往往是参考电压。

1.1 为什么 ADS1220 默认内部基准不够用

ADS1220 内部有一个 2.048V 基准，数据手册上写着温漂典型值，但实际用的时候会发现：芯片温度变化，基准电压也在变，而热电偶输出信号本来就只有几十微伏每摄氏度。这个矛盾在生活中可以这么理解：你想用一把尺子量一根头发丝，尺子本身却会因为温度热胀冷缩，那你量出来的数据当然不可信。

拿 K 型热电偶来说，灵敏度大约是 41uV/°C。如果参考电压漂移了 10ppm/°C，2.048V 基准就是 20uV 左右的漂移，折合到温度上大概 0.5°C/°C。也就是说环境温度变化 10°C，系统误差能到 5°C，这还没算 ADC 自身噪声和 PGA 漂移。测温项目如果连 0.5°C 的要求都做不到，内部基准勉强能看；如果目标是 0.1°C 级别，必须上外部低漂移基准。

1.2 高精度测温的完整信号链

一套靠谱的 ADS1220 测温系统，信号链路是分段的：

• 传感器：热电偶或 PT100，把温度变成电压或电阻。
• 输入滤波：RC 低通，滤掉空间耦合进来的射频干扰。
• 前端 PGA：把微伏级信号放大到 ADC 满量程附近，尽量吃满分辨率。
• ADC 采样：ADS1220 把模拟量变成 24 位数字码。
• 参考电压：给 ADC 一个「绝对尺子」，决定每个码代表的电压大小。
• MCU 运算：读码、查表、线性化、冷端补偿，最后输出温度。

我这次的项目用的是 K 型热电偶，量程 0 到 800°C，外置 REF5025 做参考电压源。K 型热电偶在 800°C 时热电动势约 33.3mV，选择 PGA 增益 16，配合 2.5V 参考电压，满量程 156.25mV，既有足够的信号幅度，也不会超量程。这套链路是后续所有寄存器配置的依据。

2. 电压基准选型与外围电路：从 REF5025 说起

标题里特别提到「从电压基准开始」，因为这一步很多人会随手放一个 AMS1117 稳压模块给 ADC 当参考，结果读出来的数据惨不忍睹。

2.1 REF5025 关键参数解读

REF5025 是一个 2.5V 输出电压基准，我选它主要看中几个参数：

• 初始精度：典型值 0.05%，也就是说输出电压在 2.49875V 到 2.50125V 之间，软件校准可以把它校准掉。
• 温漂：3ppm/°C，比 ADC 内部基准低一个数量级。
• 噪声：低噪声设计，对 24 位 ADC 来说很关键，基准上的噪声会直接调制到采样结果里。

实际搭建时，REF5025 的输入接 5V VDD，输出接 2.5V，输出端并联 10uF 钽电容和 100nF 陶瓷电容。10uF 负责低频稳定，100nF 负责高频去耦，两者都不能省。另外基准输出和 ADS1220 的 REFP0 引脚之间走线尽量短，中间不要过长，否则容易拾取噪声。

2.2 基准电路与去耦布局

ADS1220 的参考电压输入是差分结构，也就是 REFP0 和 REFN0。REF5025 的输出接 REFP0，REFN0 接模拟地 AGND。千万别把 REFN0 悬空或接到数字地，否则共模噪声会直接进去。

去耦方面我踩过一个坑：刚开始基准芯片旁只有 100nF，读数跳动比较大。后来加了 10uF 后稳定很多。看数据手册，基准负载需要一个相对大的储能电容来吸收 ADC 内部采样电容的瞬态充电电流，100nF 太小，瞬间电压跌落明显。

布局建议：

• REF5025 尽量靠近 ADS1220 的 REFP0 引脚。
• 模拟地、数字地在 PCB 底层单点汇合，不要让地线形成环路。
• 热电偶信号线走差分对，左右两侧包地。
• AGND 和 REFN0 之间不要有高阻抗走线。

2.3 热电偶接法和 PGA 增益选择

K 型热电偶的输出是差分信号，正极接 AIN0，负极接 AIN1，正好对应 ADS1220 的差分输入。有的接法会把负极接到 GND，这样会引入共模误差，不推荐。

PGA 增益怎么选？我的原则是让最大目标信号占满 ADC 满量程的 1/2 到 2/3，留出余量。800°C 时热电偶输出 33.3mV，2.5V 参考电压下：

• PGA=16，满量程 156.25mV，信号占 21.3%。
• PGA=32，满量程 78.125mV，信号占 42.6%。
• PGA=64，满量程 39.06mV，信号占 85.3%，但余量不足，超过约 870°C 会削顶。

我最终选了 PGA=16。虽然信号占比不是最高，但考虑到热电偶冷端补偿可能带来额外的电压偏移，而且温度测量更看重长期稳定而不是满量程利用率，PGA 太高反而会把输入失调也放大。

3. ADS1220 寄存器配置：每个 bit 都要知道为什么

ADS1220 有 4 个 8 位寄存器，从 REG0 到 REG3。寄存器配置是整个项目的灵魂，直接决定了输入通道、增益、采样率和参考电压。下面按我实际使用的配置逐位拆解，寄存器完整定义以 TI 官方数据手册为准，这里讲项目相关的关键位。

3.1 REG0：输入通道与 PGA 增益

REG0 的 bit[7:4] 是 MUX[3:0]，选择输入通道。我的接法是热电偶正极接 AIN0、负极接 AIN1，所以 MUX 配成 0000，对应 AIN0-AIN1 差分输入。注意这里不是随便选的，差分输入能把热电偶线上的共模干扰抵消掉。

bit3 是 PGA_BYPASS，决定内部 PGA 是否旁路。如果置 1，PGA 被旁路，增益固定为 1；如果为 0，PGA 生效，增益由 bit[2:0] 控制。因为我们需要放大热电偶信号，所以这一位写 0。

bit[2:0] 是 PGA_GAIN[2:0]：

前面已经算过，选增益 16，所以 REG0 的二进制是 00000100，十六进制就是 0x04。

3.2 REG1：采样率与转换模式

REG1 的 bit[7:4] 是 DR[3:0]，决定数据速率。ADS1220 的数据速率从 20SPS 到 4000SPS 可选。20SPS 时数字滤波器对 50/60Hz 工频干扰有很强的抑制能力，工业现场电源干扰严重，选这个最稳妥。

bit3 是 MODE，写 0 表示连续转换模式，写 1 表示单次转换模式。连续转换模式简单，程序里等 DRDY 引脚拉低再去读数据就行。单次转换模式更省电，适合电池设备。我这里用连续转换，REG1 的 bit3 写 0。

bit2 是 CM，控制转换模式相关行为，保持默认 0。

bit1 是 TS，控制内部温度传感器。测温过程中我们是测热电偶，所以 TS=0。后面读冷端温度的时候再把这一位置 1，读完之后改回 0。

bit0 是 BCS，控制烧断检测电流源，默认 0。如果接线容易断，可以打开这个功能，但烧断检测电流会给测量结果引入额外的失调，我在实际项目中关闭。

所以 REG1 配置为 0x00：20SPS、连续转换、内部温度传感器关闭、烧断检测关闭。

3.3 REG3：外部参考电压的切换

REG3 的 bit[7:6] 是 VREF[1:0]，这个位最关键：

• 00：内部 2.048V 基准。
• 01：外部基准，从 REFP0/REFN0 输入。
• 10：AVDD-AVSS。
• 11：保留。

因为我们外接了 REF5025，所以必须把 VREF[1:0] 配成 01，也就是高两位为 01，低六位保持 0，REG3 就是 0x40。这一步漏掉的话，ADS1220 还是会用内部基准，外部的 REF5025 完全不起作用，读数变化也会很怪。

REG2 因为没用 IDAC 电流源，配置为 0x00。

3.4 寄存器配置表与初始化顺序

最终配置表如下：

初始化顺序也有讲究：上电后先等 10ms，让电源和基准稳定，再依次写 REG0、REG1、REG2、REG3。写寄存器之间稍微加一小段延时，不要连续写得太快。写完后最好把寄存器回读一遍，确认配置真的写进去了，这一步在调试时能省很多事。

4. 温度计算：热电偶线性化和冷端补偿

寄存器配置对了，ADC 能读到码值，但码值本身不是温度。从 24 位码到最终温度，中间还有两个关键步骤：电压换算和冷端补偿。

4.1 为什么要处理冷端

热电偶测量的是热端和冷端之间的温差，而不是绝对温度。K 型热电偶输出热电动势 E = E(热端) - E(冷端)。如果冷端在 25°C，热端在 100°C，输出对应的其实是 75°C 的热电动势，直接查表会偏低约 1mV，换算成温度误差能到 25°C 左右，根本不能用。

所以必须测量冷端温度，补偿关系是：E(热端) = E(测量值) + E(冷端)。E(冷端) 可以通过冷端温度查表得到，然后把补偿后的总电动势查表转换成热端温度。

4.2 查表内插法实现 K 型热电偶线性化

K 型热电偶的电压-温度关系是非线性的，工程上最稳定的做法是查 NIST 分度表，加线性插值。我用的分度表是每 10°C 一个电压点，把表放在 STM32 的 Flash 里，不占 RAM。

查表流程：

1. 根据 ADC 读到的码值计算实际电压。
2. 根据冷端温度查表得到冷端补偿电压，加到实际电压上。
3. 用补偿后的电压去分度表里定位温度区间。
4. 线性插值算出精确温度。

线性插值公式很简单：

T = T0 + (V - V0) * (T1 - T0) / (V1 - V0)

其中 V0、V1 是分度表里夹住 V 的两个电压点，T0、T1 是对应的温度。10°C 间隔下，K 型热电偶的线性度误差很小，配合插值可以把精度做到 0.1°C 以内。

4.3 用 ADS1220 内部温度传感器测冷端

冷端温度怎么测？ADS1220 本身带了内部温度传感器，通过把 REG1 的 TS 位置 1，下一次转换结果就是芯片内部温度。这个传感器精度大概在 ±2°C 左右，对于冷端补偿其实够用，因为热电偶冷端来说 1°C 误差折算到热端温度也是 1°C 左右。

操作顺序：

1. 写 REG1 = 0x02，启用内部温度传感器。
2. 等待 DRDY 拉低，读取 ADC 码值。
3. 把这个码值按比例换算成电压。
4. ADS1220 内部温度传感器输出电压和温度近似成正比，实际斜率大约 0.4V/°C？不对，实际是约 2.1mV/°C。为了避免误导，建议用两点校准法：在冰水混合物里测一次，在室温环境用温度计测一次，算出斜率和偏置，然后应用到产线。

更精确的做法是：冷端温度不要直接用芯片内部温度，而是在热电偶端子附近贴一颗 NTC 或 DS18B20。因为芯片内部温度和接线端子温度还是有差异的，特别是环境温度变化快的时候，这个差异是冷端补偿误差的主要来源。

5. STM32 驱动移植：SPI 时序与寄存器读写源码

接下来是代码部分。ADS1220 是 SPI 从机，STM32 作为主机。我用的是 STM32F103 搭配 HAL 库，SPI 时钟设 1MHz，模式是 SPI_MODE1（CPOL=0，CPHA=1）。如果你的板子 MISO 读不到数据，优先检查 SPI 模式，有一部分板子需要切到 MODE0 才能正常工作。

5.1 SPI 配置与 DRDY 等待

ADS1220 的输出数据准备好后，DRDY 引脚会拉低。读取之前必须等 DRDY 变低，否则读到的可能是上一次或中间态的数据。在 STM32 工程里，我把 DRDY 配置为输入引脚，用轮询方式等待。

#define ADS1220_CS_LOW() HAL_GPIO_WritePin(ADS_CS_GPIO_Port, ADS_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET) #define ADS1220_CS_HIGH() HAL_GPIO_WritePin(ADS_CS_GPIO_Port, ADS_CS_Pin, GPIO_PIN_SET) static void ADS1220_SPI_WriteByte(uint8_t dat) { HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &dat, 1, 10); } static uint8_t ADS1220_SPI_ReadByte(void) { uint8_t dat = 0; HAL_SPI_Receive(&hspi1, &dat, 1, 10); return dat; } static void ADS1220_WaitDRDY(void) { uint16_t timeout = 0xFFFF; while (HAL_GPIO_ReadPin(DRDY_GPIO_Port, DRDY_Pin) != GPIO_PIN_RESET) { if (--timeout == 0) { break; } } }

SPI 通信必须 CS 拉低后才能操作，CS 拉高表示一帧结束。如果使用多个 SPI 从机，CS 千万不能共用。

5.2 寄存器读写命令格式

ADS1220 的寄存器写命令是 0x40 | (addr << 1)，地址 0 到 3。读寄存器命令是 0x20 | (addr << 1)。命令后面必须跟一个数据字节或 NOP 时钟，因为 SPI 是双向的，读寄存器时需要通过发送 0x00 来提供时钟。

void ADS1220_WriteReg(uint8_t addr, uint8_t val) { ADS1220_CS_LOW(); ADS1220_SPI_WriteByte(0x40 | (addr << 1)); ADS1220_SPI_WriteByte(val); ADS1220_CS_HIGH(); } uint8_t ADS1220_ReadReg(uint8_t addr) { uint8_t val = 0; ADS1220_CS_LOW(); ADS1220_SPI_WriteByte(0x20 | (addr << 1)); val = ADS1220_SPI_ReadByte(); ADS1220_CS_HIGH(); return val; }

调试时我喜欢写完每个寄存器后马上回读一次，看返回值是不是和写入值一致。如果读回来是 0xFF，通常说明 SPI 通信有问题，要检查接线、时钟极性和 CS 时序。

5.3 连续转换读取源码

读 ADC 转换结果用 RDATA 命令，命令字是 0x10。CS 拉低后发送命令，然后连续读取三个字节，这三字节是 24 位有符号数。

int32_t ADS1220_ReadADC(void) { uint8_t buf[3] = {0}; int32_t code = 0; ADS1220_WaitDRDY(); ADS1220_CS_LOW(); ADS1220_SPI_WriteByte(0x10); buf[0] = ADS1220_SPI_ReadByte(); buf[1] = ADS1220_SPI_ReadByte(); buf[2] = ADS1220_SPI_ReadByte(); ADS1220_CS_HIGH(); code = ((int32_t)buf[0] << 16) | ((int32_t)buf[1] << 8) | buf[2]; if (code & 0x800000) { code |= 0xFF000000; } return code; }

注意一定要做符号扩展。ADS1220 输出的是二进制补码，如果最高位是 1，表示负电压，直接把 24 位赋值给 int32_t 会变成正数，必须把高 8 位补 0xFF。

5.4 初始化与电压转换

初始化函数：

void ADS1220_Init(void) { HAL_Delay(20); ADS1220_WriteReg(0, 0x04); // AIN0-AIN1, PGA=16 ADS1220_WriteReg(1, 0x00); // 20SPS, continuous, TS off ADS1220_WriteReg(2, 0x00); // IDAC off ADS1220_WriteReg(3, 0x40); // external reference }

电压换算公式：

[ V_{in} = \frac{code}{2^{23} - 1} \times \frac{V_{REF}}{PGA} ]

代入 REF5025 的 2.5V 和 PGA=16：

#define ADC_FULL_SCALE 8388607.0f #define VREF 2.5f #define PGA_GAIN 16.0f float ADS1220_CodeToVoltage(int32_t code) { return ((float)code / ADC_FULL_SCALE) * (VREF / PGA_GAIN); }

从电压到温度，调用查表函数即可。查表和冷端补偿的代码比较多，核心就是上面说的线性插值，这里不再贴完整分度表，网上可以找到 K 型热电偶 NIST 表的 C 语言数组。

6. 校准步骤和实测数据：从寄存器配置到稳定读数

ADS1220 没有像某些高端 ADC 那样复杂的内置校准命令，所以实际项目主要靠外部标准源做软件校准。校准做完，系统才能叫「高精度」。

6.1 两点校准：零点与增益偏差

校准分两步。

第一步校准零点。把 ADS1220 输入端短接，也就是 AIN0 和 AIN1 直接连在一起，等 DRDY 拉低后读取码值，正常情况下应该是 0 附近，但因为 PGA 失调和基准偏移，实际会有一个小的固定 offset。把这个值存成offset_code。

第二步校准增益。给 ADC 输入一个已知的精密电压，比如用另一颗 REF5025 加分压得到精确的 100mV，或者用标准电压源。读取码值，计算实际增益：

[ gain_factor = \frac{(code_{cal} - offset_code)}{ADC_FULL_SCALE} \times \frac{V_{REF}}{V_{cal}} ]

最后测量时：

[ V_{real} = \frac{(code - offset_code)}{gain_factor} \times \frac{V_{REF}}{ADC_FULL_SCALE \times PGA} ]

这样可以把基准初始精度、PGA 增益误差一起校准掉。实际效果很可观，REF5025 的初始 0.05% 误差本来在 100mV 下就是 50uV，热电偶差不多 1.2°C，校准后能压到很小。

6.2 实测数据：热电偶测得准不准

校准后我做了三组实测，用的是 K 型热电偶，冷端用内部温度传感器补偿，室温 25°C 左右：

这个结果对工业现场测温来说已经可以接受了。误差来源主要是冷端温度传感器本身的偏差和分度表插值误差。如果把冷端换成外接 PT100 或 NTC 贴在接线端子上，误差可以进一步缩小。

6.3 几个常见坑：参考地、PCB 漏电、滤波

调完数据，经验上有几个坑值得单独说。

第一个是参考地。REFN0 如果接到数字地，或者和 REFP0 之间走线有压降，读数会周期性跳动。我最后把 REF5025 的地和 ADS1220 的 REFN0 走线加粗，并在两个引脚之间放了一个 100nF 电容，问题才消失。

第二个是 PCB 漏电。ADS1220 是高输入阻抗器件，PGA 输入端的电流极小，PCB 上的污渍、助焊剂残留、潮湿都会造成漏电，导致零点漂移。实际处理方式是清洗板子，或者在关键走线周围加一圈保护环，把漏电路径切断。

第三个是输入端滤波电容别太大。有次我在 AIN0 和 AIN1 之间放了 1uF 电容，结果 20SPS 下读数还是不稳定。原因是 ADS1220 内部 PGA 和 ADC 的采样电容需要从外部滤波电容充电，外部电容太大反而会造成建立时间不足。后来换成 100nF 加 100Ω 电阻，读数立刻稳定。

我在实际操作中的体会是：ADS1220 这片 ADC 本身不难驱动，难的是把参考电压、滤波、布局、校准这些外围因素都处理好。你如果正在调类似的项目，建议耐心一点，先把寄存器回读确认无误，再一步步排查模拟链路，不要一上来就怀疑芯片不行。