AVR單片機（學(xué)習(xí)ing）—（九）、ATMEGA16的模數(shù)轉(zhuǎn)換器—01

1、介紹

1）特點：

• 10 位 精度
• 0.5 LSB 的非線性度
• ± 2 LSB 的絕對精度
• 65 - 260 μs 的轉(zhuǎn)換時間
• 最高分辨率時采樣率高達(dá)15 kSPS
• 8 路復(fù)用的單端輸入通道
• 7 路差分輸入通道
• 2 路可選增益為10x 與200x 的差分輸入通道
• 可選的左對齊ADC 讀數(shù)
• 0 - VCC 的 ADC 輸入電壓范圍
• 可選的2.56V ADC 參考電壓
• 連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式
• 通過自動觸發(fā)中斷源啟動ADC 轉(zhuǎn)換
• ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷
• 基于睡眠模式的噪聲抑制器
Note: 1. 在PDIP封裝下的差分輸入通道器件未經(jīng)測試。只保證器件在TQFP 與MLF封裝下正常
工作。

2）介紹和框圖

ATmega16有一個10位的逐次逼近型ADC。ADC與一個8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能
對來自端口A 的8 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。單端電壓輸入以0V (GND) 為基準(zhǔn)。
器件還支持16 路差分電壓輸入組合。兩路差分輸入(ADC1、ADC0 與ADC3、ADC2)
有可編程增益級，在A/D 轉(zhuǎn)換前給差分輸入電壓提供0dB(1x)、20dB(10x) 或46dB(200x)
的放大級。七路差分模擬輸入通道共享一個通用負(fù)端(ADC1), 而其他任何ADC 輸入可做
為正輸入端。如果使用1x 或10x 增益，可得到8 位分辨率。如果使用200x 增益，可得
到7 位分辨率。
ADC 包括一個采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過程中輸入到ADC 的電壓保持恒定。ADC 的
框圖如 Figure 98 所示。
ADC 由AVCC 引腳單獨提供電源。AVCC 與VCC 之間的偏差不能超過± 0.3V

標(biāo)稱值為2.56V 的基準(zhǔn)電壓，以及AVCC，都位于器件之內(nèi)?；鶞?zhǔn)電壓可以通過在AREF
引腳上加一個電容進(jìn)行解耦，以更好地抑制噪聲。

2、ADC的工作過程

ADC 通過逐次逼近的方法將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成一個10 位的數(shù)字量。最小值代表
GND，最大值代表AREF引腳上的電壓再減去1 LSB。通過寫ADMUX寄存器的REFSn位
可以把AVCC 或內(nèi)部2.56V 的參考電壓連接到AREF 引腳。在AREF 上外加電容可以對
片內(nèi)參考電壓進(jìn)行解耦以提高噪聲抑制性能。
模擬輸入通道與差分增益可以通過寫ADMUX 寄存器的MUX 位來選擇。任何ADC 輸入
引腳，像GND 及固定能隙參考電壓，都可以作為ADC 的單端輸入。ADC 輸入引腳可選
做差分增益放大器的正或負(fù)輸入。
如果選擇差分通道，通過選擇被選輸入信號對的增益因子得到電壓差分放大級。然后放大
值成為ADC 的模擬輸入。如果使用單端通道，將繞過增益放大器。
通過設(shè)置ADCSRA 寄存器的ADEN 即可啟動ADC。只有當(dāng)ADEN 置位時參考電壓及輸
入通道選擇才生效。ADEN 清零時ADC 并不耗電，因此建議在進(jìn)入節(jié)能睡眠模式之前關(guān)
閉ADC。

ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果為10位，存放于ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH及ADCL中。默認(rèn)情況下轉(zhuǎn)換結(jié)果為
右對齊，但可通過設(shè)置ADMUX 寄存器的ADLAR 變?yōu)樽髮R。
如果要求轉(zhuǎn)換結(jié)果左對齊，且最高只需8 位的轉(zhuǎn)換精度，那么只要讀取ADCH 就足夠了。
否則要先讀ADCL，再讀ADCH，以保證數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容是同一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。一旦
讀出ADCL， ADC 對數(shù)據(jù)寄存器的尋址就被阻止了。也就是說，讀取ADCL 之后，即使
在讀ADCH 之前又有一次ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)也不會更新，從而保證了轉(zhuǎn)
換結(jié)果不丟失。ADCH 被讀出后， ADC 即可再次訪問ADCH 及ADCL 寄存器。
ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束可以觸發(fā)中斷。即使由于轉(zhuǎn)換發(fā)生在讀取ADCH與ADCL之間而造成ADC無
法訪問數(shù)據(jù)寄存器，并因此丟失了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，中斷仍將觸發(fā)。

3、啟動一次轉(zhuǎn)換

向 ADC 啟動轉(zhuǎn)換位ADSC 位寫"1” 可以啟動單次轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中此位保持為高，直
到轉(zhuǎn)換結(jié)束，然后被硬件清零。如果在轉(zhuǎn)換過程中選擇了另一個通道，那么ADC 會在改
變通道前完成這一次轉(zhuǎn)換。
ADC轉(zhuǎn)換有不同的觸發(fā)源。設(shè)置ADCSRA寄存器的ADC自動觸發(fā)允許位ADATE可以使能
自動觸發(fā)。設(shè)置ADCSRB 寄存器的ADC 觸發(fā)選擇位ADTS 可以選擇觸發(fā)源( 見觸發(fā)源
列表中對ADTS 的描述)。當(dāng)所選的觸發(fā)信號產(chǎn)生上跳沿時， ADC 預(yù)分頻器復(fù)位并開始
轉(zhuǎn)換。這提供了一個在固定時間間隔下啟動轉(zhuǎn)換的方法。轉(zhuǎn)換結(jié)束后即使觸發(fā)信號仍然存
在，也不會啟動一次新的轉(zhuǎn)換。如果在轉(zhuǎn)換過程中觸發(fā)信號中又產(chǎn)生了一個上跳沿，這個
上跳沿將被忽略。即使特定的中斷被禁止或全局中斷使能位為0，中斷標(biāo)志仍將置位。這
樣可以在不產(chǎn)生中斷的情況下觸發(fā)一次轉(zhuǎn)換。但是為了在下次中斷事件發(fā)生時觸發(fā)新的
轉(zhuǎn)換，必須將中斷標(biāo)志清零。

使用ADC 中斷標(biāo)志作為觸發(fā)源，可以在正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)束后即開始下一次ADC 轉(zhuǎn)換。
之后ADC 便工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，持續(xù)地進(jìn)行采樣并對ADC 數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行更新。第
一次轉(zhuǎn)換通過向ADCSRA 寄存器的ADSC 寫1 來啟動。在此模式下，后續(xù)的ADC 轉(zhuǎn)換
不依賴于ADC 中斷標(biāo)志ADIF 是否置位。
如果使能了自動觸發(fā)，置位ADCSRA 寄存器的ADSC 將啟動單次轉(zhuǎn)換。ADSC 標(biāo)志還
可用來檢測轉(zhuǎn)換是否在進(jìn)行之中。不論轉(zhuǎn)換是如何啟動的，在轉(zhuǎn)換進(jìn)行過程中ADSC 一
直為1。