怎樣用AVR微控制器集成的ADC從周圍環(huán)境中獲取模擬讀數(shù)

原理圖

ADC的快速回顧

大多數(shù)人認(rèn)為模擬領(lǐng)域已經(jīng)落后于他們，但事實(shí)是模擬領(lǐng)域從未如此強(qiáng)大！隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起和傳感器的生產(chǎn)，全球每秒都在進(jìn)行數(shù)十億的模擬讀數(shù)。這只是微控制器生產(chǎn)商將ADC外設(shè)直接集成到其器件中的眾多原因之一。

ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號

通常測量ADC

由于ADC是數(shù)字的，模擬信號被量化為離散的步驟

這意味著ADC只能準(zhǔn)確無誤地實(shí)現(xiàn)它們的位寬（即10位ADC）測量特定電壓電平

最大數(shù)字值等于ADC 正參考電壓（通常為VCC）

最小數(shù)字值等于ADC 負(fù)參考（通常為GND）

ADC需要時(shí)間來轉(zhuǎn)換信號

在ATmega168中，ADC具有以下特性：

10位分辨率（+ Vref和-Vref之間的1024個(gè)離散電壓電平）

精度為2LSB（高8位精度保證）

高達(dá)15，000個(gè)樣本/秒

6個(gè)多路復(fù)用輸入源

1.1V 帶隙參考

配置ADC

我們可以使用之前ADC，需要配置用于ADC測量的外設(shè)和I/O引腳。

左對齊還是右對齊？

當(dāng)ADC完成轉(zhuǎn)換操作后，結(jié)果存儲在一對中8位寄存器（10位結(jié)果不適合單個(gè)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位結(jié)果更有意義，但這會降低結(jié)果的分辨率。但是，必須正確讀取10位數(shù)的8位結(jié)果，否則結(jié)果將不正確。為此，我們需要讀取前8位（位9-2），而不是后8位。使用ADLAR位很容易實(shí)現(xiàn)，當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，將使ADC結(jié)果保持正確。這意味著我們不需要讀取結(jié)果寄存器（ADCH和ADCL）并進(jìn)行一些操作，而是直接讀取ADCH并忘記ADCL。

配置I/O端口

現(xiàn)在我們可以直接讀取ADCH以獲得8位結(jié)果，而不必?fù)?dān)心位操作（在分辨率的成本），我們現(xiàn)在需要配置我們的模擬引腳。默認(rèn)情況下，ATmega168上的I/O引腳配置為數(shù)字引腳，這意味著它們只能處理1和0。因此，要將輸入配置為模擬引腳，我們使用DIDR0寄存器，它代表數(shù)字輸入禁用寄存器。不幸的是，并非每個(gè)引腳都具有模擬輸入的能力，因此請務(wù)必注意帶有標(biāo)簽ADCx的引腳。例如，引腳23至28是ATmega168上的模擬輸入引腳。

配置ADC模塊

配置ADC的最后階段包括打開ADC，設(shè)置預(yù)縮放器時(shí)間以及確定ADC的參考值。

通過將ADCSRA寄存器中的ADEN位置1來打開ADC模塊。

在大多數(shù)情況下，預(yù)縮放器不是太重要了，為了簡單起見，我們將預(yù)縮放器設(shè)置為其最大值（設(shè)置ADCSRA寄存器中的所有ADPSx位）。

ATmega168上的ADC可以介于0V和某個(gè)參考電壓之間，通常設(shè)置為VCC。由于大多數(shù)電路都是這種情況，我們需要將Aref引腳連接到也接地的電容，我們還需要將REFSx位設(shè)置為使用AVCC作為參考。

使用ADC

使用ADC非常簡單。選擇將從中取出模擬讀數(shù)的通道，然后，為了開始轉(zhuǎn)換，ADSC位（在ADCSRA中找到）將打開。轉(zhuǎn)換完成后，ADC硬件會自動清零ADSC位。

通過設(shè)置ADMUX寄存器中的相應(yīng)多路復(fù)用器位MUX3-MUX0來選擇要讀取的模擬引腳。

軟件示例

此示例從ADC0（PC0，引腳23）讀取模擬值并進(jìn)行比較他們到一個(gè)特定的價(jià)值。如果模擬讀數(shù)超出指定值（定義為TRIGPOINT），LED（連接到PD0，引腳2）將打開。一旦ADC讀數(shù)低于指定值，LED就會關(guān)閉！

/*

* 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）;

}

}

}

結(jié)論

本文僅介紹ADC背后的基礎(chǔ)知識，但我們已經(jīng)開始從現(xiàn)實(shí)世界中進(jìn)行模擬測量。當(dāng)然，您可以閱讀數(shù)據(jù)表并了解其他更高級的功能，包括觸發(fā)和其他電壓參考。但就目前而言，這應(yīng)該為您提供足夠的知識，開始制作需要讀取模擬值的AVR項(xiàng)目！