怎样用AVR微控制器集成的ADC从周围环境中获取模拟读数

原理图

ADC的快速回顾

大多数人认为模拟领域已经落后于他们，但事实是模拟领域从未如此强大！随着物联网的兴起和传感器的生产，全球每秒都在进行数十亿的模拟读数。这只是微控制器生产商将ADC外设直接集成到其器件中的众多原因之一。

ADC将模拟信号转换为数字信号

通常测量ADC

由于ADC是数字的，模拟信号被量化为离散的步骤

这意味着ADC只能准确无误地实现它们的位宽（即10位ADC）测量特定电压电平

最大数字值等于ADC 正参考电压（通常为VCC）

最小数字值等于ADC 负参考（通常为GND）

ADC需要时间来转换信号

在ATmega168中，ADC具有以下特性：

10位分辨率（+ Vref和-Vref之间的1024个离散电压电平）

精度为2LSB（高8位精度保证）

高达15，000个样本/秒

6个多路复用输入源

1.1V 带隙参考

配置ADC

我们可以使用之前ADC，需要配置用于ADC测量的外设和I/O引脚。

左对齐还是右对齐？

当ADC完成转换操作后，结果存储在一对中8位寄存器（10位结果不适合单个8位寄存器）。由于ATmega是原生的8位器件，因此使用8位ADC不如10位结果更有意义，但这会降低结果的分辨率。但是，必须正确读取10位数的8位结果，否则结果将不正确。为此，我们需要读取前8位（位9-2），而不是后8位。使用ADLAR位很容易实现，当设置为1时，将使ADC结果保持正确。这意味着我们不需要读取结果寄存器（ADCH和ADCL）并进行一些操作，而是直接读取ADCH并忘记ADCL。

配置I/O端口

现在我们可以直接读取ADCH以获得8位结果，而不必担心位操作（在分辨率的成本），我们现在需要配置我们的模拟引脚。默认情况下，ATmega168上的I/O引脚配置为数字引脚，这意味着它们只能处理1和0。因此，要将输入配置为模拟引脚，我们使用DIDR0寄存器，它代表数字输入禁用寄存器。不幸的是，并非每个引脚都具有模拟输入的能力，因此请务必注意带有标签ADCx的引脚。例如，引脚23至28是ATmega168上的模拟输入引脚。

配置ADC模块

配置ADC的最后阶段包括打开ADC，设置预缩放器时间以及确定ADC的参考值。

通过将ADCSRA寄存器中的ADEN位置1来打开ADC模块。

在大多数情况下，预缩放器不是太重要了，为了简单起见，我们将预缩放器设置为其最大值（设置ADCSRA寄存器中的所有ADPSx位）。

ATmega168上的ADC可以介于0V和某个参考电压之间，通常设置为VCC。由于大多数电路都是这种情况，我们需要将Aref引脚连接到也接地的电容，我们还需要将REFSx位设置为使用AVCC作为参考。

使用ADC

使用ADC非常简单。选择将从中取出模拟读数的通道，然后，为了开始转换，ADSC位（在ADCSRA中找到）将打开。转换完成后，ADC硬件会自动清零ADSC位。

通过设置ADMUX寄存器中的相应多路复用器位MUX3-MUX0来选择要读取的模拟引脚。

软件示例

此示例从ADC0（PC0，引脚23）读取模拟值并进行比较他们到一个特定的价值。如果模拟读数超出指定值（定义为TRIGPOINT），LED（连接到PD0，引脚2）将打开。一旦ADC读数低于指定值，LED就会关闭！

/*

* AVR IO.c

*

* Created： 03/01/2018 11:25:21

* Author ： RobinLaptop

*/

#define F_CPU 1000000UL

#define TRIGPOINT 128

#include

#include

int main（void）

{

// Configure PORT D bit 0 to an output

DDRD = 0b00000001;

// Configure PORT C bit 0 to an input

DDRC = 0b00000000;

// Configure ADC to be left justified， use AVCC as reference， and select ADC0 as ADC input

ADMUX = 0b01100000;

// Enable the ADC and set the prescaler to max value （128）

ADCSRA = 0b10000111;

// Main program loop

while （1）

{

// Start an ADC conversion by setting ADSC bit （bit 6）

ADCSRA = ADCSRA | （1 《《 ADSC）;

// Wait until the ADSC bit has been cleared

while（ADCSRA & （1 《《 ADSC））;

if（ADCH 》 TRIGPOINT）

{

// Turn LED on

PORTD = PORTD | （1 《《 PD0）;

}

else

{

// Turn LED off

PORTD = PORTD & ~（1 《《 PD0）;

}

}

}

结论

本文仅介绍ADC背后的基础知识，但我们已经开始从现实世界中进行模拟测量。当然，您可以阅读数据表并了解其他更高级的功能，包括触发和其他电压参考。但就目前而言，这应该为您提供足够的知识，开始制作需要读取模拟值的AVR项目！