ADC模块（模数转换器）是几乎每个嵌入式应用程序中使用的一个常见功能。这些 模数转换器 可以从温度传感器，倾斜传感器，电流传感器，柔性传感器等模拟传感器读取电压。在本教程中，我们将学习 什么是Atmega16中的ADC以及如何使用ADC。本教程包括将一个小电位计连接到Atmega16的ADC引脚，并且8个LED用于显示ADC输出值相对于ADC输入值变化的变化电压。
之前，我们在其他微控制器中介绍了ADC：
- 如何在ARM7 LPC2148中使用ADC-测量模拟电压
- 如何在STM32F103C8中使用ADC-测量模拟电压
- 如何在MSP430G2中使用ADC-测量模拟电压
- 如何在Arduino Uno中使用ADC？
- 将PIC微控制器的ADC模块与MPLAB和XC8一起使用
什么是ADC（模数转换）
ADC代表模数转换器。在电子产品中，ADC是一种将模拟信号（例如电流和电压）转换为数字代码（二进制形式）的设备。在现实世界中，大多数信号都是模拟信号，任何微控制器或微处理器都能理解二进制或数字语言（0或1）。因此，为了使微控制器理解模拟信号，我们必须将这些模拟信号转换为数字形式。 ADC正是为我们做到这一点。有许多类型的ADC可用于不同的应用。很少有流行的ADC是闪存，逐次逼近和sigma-delta。
最便宜的ADC类型是逐次逼近，在本教程中将使用逐次逼近ADC。在逐次逼近型ADC中，依次生成一系列数字代码，每个数字代码对应于固定的模拟电平。内部计数器用于与转换后的模拟信号进行比较。当模拟电平刚好大于模拟信号时，将停止生成。对应于模拟电平的数字代码是所需的模拟信号数字表示。这样就完成了我们对逐次逼近的解释。
如果您想深入探讨ADC，则可以参考我们之前关于ADC的教程。ADC以IC的形式提供，如今，微控制器也都内置了ADC。在本教程中，我们将使用内置的Atmega16 ADC。让我们讨论一下Atmega16的内置ADC。
AVR微控制器Atmega16中的ADC
Atmega16具有内置的10位和8通道ADC。10位对应于如果输入电压为0-5V，则它将分成10位值，即1024个离散模拟值水平（2 10 = 1024）。现在，8通道对应于Atmega16上的专用8个ADC引脚，其中每个引脚都可以读取模拟电压。完整的PortA（GPIO33-GPIO40）专用于ADC操作。默认情况下，PORTA引脚是通用IO引脚，这意味着端口引脚是多路复用的。为了将这些引脚用作ADC引脚，我们将必须配置某些专用于ADC控制的寄存器。这就是为什么寄存器被称为ADC控制寄存器的原因。让我们讨论如何设置这些寄存器以启动内置ADC的功能。
Atmega16中的ADC引脚
所需组件
- Atmega16单片机IC
- 16Mhz晶体振荡器
- 两个100nF电容器
- 两个22pF电容器
- 按钮
- 跳线
- 面包板
- USBASP v2.0
- LED（任何颜色）
电路原理图
在Atmega16中设置ADC控制寄存器
1. ADMUX寄存器（ADC多路复用器选择寄存器）：
ADMUX寄存器用于选择ADC通道和选择参考电压。下图显示了ADMUX寄存器的概述。下面说明该描述。
- 位0-4：通道选择位。
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MUX4 |
MUX3 |
MUX2 |
MUX1 |
MUX0 |
ADC通道已选择 |
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0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
ADC0 |
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0 |
0 |
0 |
0 |
1个 |
ADC1 |
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0 |
0 |
0 |
1个 |
0 |
ADC2 |
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0 |
0 |
0 |
1个 |
1个 |
ADC3 |
|
0 |
0 |
1个 |
0 |
0 |
ADC4 |
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0 |
0 |
1个 |
0 |
1个 |
ADC5 |
|
0 |
0 |
1个 |
1个 |
0 |
ADC6 |
|
0 |
0 |
1个 |
1个 |
1个 |
ADC7 |
- 位5： 用于将结果向右或向左调整。
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阿德拉尔 |
描述 |
|
0 |
正确调整结果 |
|
1个 |
左调整结果 |
- 位6-7：它们用于选择ADC的参考电压。
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REFS1 |
REFS0 |
参考电压选择 |
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0 |
0 |
AREF，内部Vref已关闭 |
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0 |
1个 |
在AREF引脚上带有外部电容器的AVcc |
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1个 |
0 |
已预留 |
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1个 |
1个 |
内部2.56基准电压源，AREF引脚处带有外部电容器 |
现在开始在程序中配置这些寄存器位，这样我们就可以读取内部ADC并将其输出到PORTC的所有引脚。
为ADC编程Atmega16
完整的程序如下。使用JTAG和Atmel studio在Atmega16中刻录程序，然后旋转电位计以改变ADC值。在此，逐行解释代码。
首先提供一个功能来读取ADC转换值。然后在 ADC_read 函数 中将 通道值作为 “ chnl” 传递 。
无符号整数ADC_read（unsigned char chnl ）
通道值必须在0到7之间，因为我们只有8个ADC通道。
chnl = chnl &0b00000111;
通过向ADMUX寄存器写入“ 40”即“ 01000000”，我们选择PORTA0作为ADC0，在该ADC0上将连接模拟输入以进行数字转换。
ADMUX = 0x40；
现在，此步骤涉及ADC转换过程，通过向ADCSRA寄存器的ADSC位写入ONE，我们开始转换。之后，等待ADIF位在转换完成后返回值。我们通过在ADCSRA寄存器的ADIF位写入1来停止转换。转换完成后，返回ADC值。
ADCSRA-=（1 <
这里，通过将REFS0位置1选择内部ADC参考电压。之后，启用ADC并将预分频器选择为128。
ADMUX =（1 <
现在保存ADC值，并将其发送到PORTC。在PORTC中，连接了8个LED，它们将以8位格式显示数字输出。我们显示的示例使用一个1K电位器在0V至5V之间改变电压。
i = ADC_read（0）; PORTC = i;
数字万用表用于显示ADC引脚中的模拟输入电压，并且8个LED用于显示ADC输出的相应8位值。只需旋转电位计，即可在万用表以及发光的LED上看到相应的结果。
完整的代码和工作视频如下。