ATmega16开发板教程（8）——ADC

9、ADC

在将ADC之前，先聊聊其前因后果——由于计算机在自动控制、检测以及其他领域广泛应用数字电子技术，而大自然的信号全是模拟信号，如果通过计算机保存自然信号呢？那么就需要ADC（模数转换器Analog-Digital Converter）来讲模拟信号转换为数字信号，这样才能存储到计算机中。

那么ADC是如何转换的呢？

l首先对选定一个瞬间对模拟信号进行采样；

l然后将值转换为数字量；

l最后按照一定编码格式转换。

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一个模拟信号肯定是不能采样一个点的，而是许多点集合而成。当长方形又窄又长时几乎接近竖线时，就可以很好的还原之前的波形了。

用官方的话说：抽样定理——若原图的最大频率是fmax，那么采样频率要比原图的最大频率2倍还要大，这样才能准备无误的还原原来的波形。

如图，0-1V是连续的电压量，而0-0.125V被当做0△，那么就会存在最小误差△；接着通过一定的编码方式转换，如二进制、八进制、十六进制等。

至于ADC的转换过程如何，可以通过网上的介绍来深入了解。现在我们来看看AVR的ADC特点以及如何操作。

ATmega16单片机内部自带ADC，不需要外部ADC芯片来转换。其主要特点是：

l10位精度的逐次逼近型ADC，±2LSB的绝对精度

l65-260us的转换时间

l最高分辨率时采样率高达15kSPS

l8路复用的单端输入通道

l0-AVcc的ADC输入电压范围，包括内部2.56V参考电压

l支持连续转换或单词转换模式

l可触发ADC中断

再来看看ADC时序图——连续转换

可以发现前面13个时钟周期是没有采集的，主要是为了初始化模拟电路。ADC的转换结果为——ADC=Vin*1024/Vref，Vin是ADC通道的输入电压，Vref是参考电压。

下面开始介绍ADC的主要寄存器：

ADMUX（多工选择寄存器）：

6-7位：用来设置参考电压是内部、外部还是都要，具体如下图

第5位：ADC转换结果左对齐，主要影响ADC值在寄存器中存放形式；

0-4位：用来选择ADC通道

本案例使用的是外部AVcc参考电压，以及通道0，右对齐，所以ADMUX = 0x00。

ADCSRA（控制和状态寄存器）：

7位：ADC使能位；

6位：ADC开始转换位；

5位：ADC自动触发使能，启动自动触发，触发信号的上升沿驱动转换；

4位：ADC中断标志，在ADC转换结束后，ADIF置位，需要软件清零；

0-2位：ADC预分频器选择。

最后还有一个老朋友——SFIOR寄存器（设置过IO是否上拉）

5-7位：这3位的设置是当ADCSRA中的ADATE位置1才有效，被选中的中断在上升沿时触发ADC转换（本案例例程不做该功能，了解一下）。

现开始代码讲解：

初始化ADC，选择通道，分频128，并使能即可。

采集ADC值，开启转换，等待转换完毕，清零标志位，得到ADC值。

最后将采集的值通过公式转换为电压即可。

仿真视频

/**

******************************************************************************

*   @file      main.c

*   @author    Alex——小白

*   @version   V1.0

*   @date      2021.1.20

*   @brief     头文件调用，类型重定义

*   @store     Proteus仿真店子——公众号

*   @Link      https://shop484534014.taobao.com/

*   @Email     844545015@qq.com

******************************************************************************

*   @attention  All Rights Reserved  

**/

#include

/*

Touch Pad的步进值为0.5V，即10档

这里将电压放大100倍，便于数据处理

*/

void main(void)

{  

    uint16_t adcValue = 0;

    uint16_t vol = 0;

    uint8_t cnt = 0;

    DDRB_DDB3 = 1;    

    AD.ADC_Init(0);                     //ADC通道0

    LCD.LCD1602_Init();    

    LCD.LCD1602_WriteStr(0,2,"ADC:");  

    LCD.LCD1602_WriteStr(1,2,"Vol:");

    Delay.Delay_ms(1000);

    while(1)

    { 

        adcValue = AD.ADC_GetValue();   //ADC数据采集

        vol = (uint16_t)(adcValue * 5.0 * 100 / 1024);  //放大100倍        

        LCD.LCD1602_WriteChar(0,8,adcValue/1000 + '0');

        LCD.LCD1602_WriteChar(0,9,adcValue%1000/100 + '0');

        LCD.LCD1602_WriteChar(0,10,adcValue%1000%100/10 + '0');

        LCD.LCD1602_WriteChar(0,11,adcValue%1000%100%10 + '0');

        LCD.LCD1602_WriteChar(1,8,vol/100 + '0');

        LCD.LCD1602_WriteChar(1,9,'.');

        LCD.LCD1602_WriteChar(1,10,vol%100/10 + '0');

        LCD.LCD1602_WriteChar(1,11,vol%100%10 + '0'); 

        if(vol > 250)        //实际电压值>2.5V时，蜂鸣器报警

        {

            for(cnt = 0;cnt < 80;cnt++)

            {

                PORTB_PORTB3 = 0;

                Delay.Delay_us(2);

                PORTB_PORTB3 = 1;

                Delay.Delay_us(2);

            }

        }

    }

}

/********************************************************

  End Of File

********************************************************/