AVR M16 ADC應用設計要點

在通常情況下，ADC的逐次比較轉換電路要達到最大精度時，需要50kHz~200kHz之間的采樣時鐘。在要求轉換精度低于10位的情況下，ADC的采樣時鐘可以高于200kHz，以獲得更高的采樣率。

ADC模塊中包含一個預分頻器的ADC時鐘源，它可以對大于100KHz的系統(tǒng)時鐘進行分頻，以獲得合適的ADC時鐘提供ADC使用。預分頻器的分頻系數由ADCSRA寄存器中的ADPS位設置的。一旦寄存器ADCSRA中的ADEN位置“1”（ADC開始工作），預分頻器就啟動開始計數。ADEN位為“1”時，預分頻器將一直工作；ADEN位為“0”時，預分頻器一直處在復位狀態(tài)。

AVR的ADC完成一次轉換的時間見表6.2.5。從表中可以看出，完成一次ADC轉換通常需要13-14個ADC時鐘。而啟動ADC開始第一次轉換到完成的時間需要25個ADC時鐘，這是因為要對ADC單元的模擬電路部分進行初始化。

當ADCSRA寄存器中的ADSC位置位，啟動ADC轉換時，A/D轉換將在隨后ADC時鐘的上升沿開始。一次正常的A/D轉換開始時，需要1.5個ADC時鐘周期的采樣保持時間（ADC首次啟動后需要13.5個ADC時鐘周期的采樣保持時間）。當一次A/D轉換完成后，轉換結果寫入ADC數據寄存器，ADIF（ADC中斷標志位）將被置位。在單次轉換模式下，ADSC也同時被清零。用戶程序可以再次置位ADSC位，新的一次轉換將在下一個ADC時鐘的上升沿開始。

當ADC設置為自動觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號的上升沿將啟動一次ADC轉換。轉換完成的結果將一直保持到下一次觸發(fā)信號的上升沿出現(xiàn)，然后開始新的一次ADC轉換。這就保證了使ADC每隔一定的時間間隔進行一次轉換。在這種方式下，ADC需要2個ADC時鐘周期的采樣保持時間。

在自由連續(xù)轉換模式下，一次轉換完畢后馬上開始一次新的轉換，此時，ADSC位一直保持為“1”。

2、ADC輸入通道和參考電源的選擇

寄存器ADMUX中的MUXn和REFS1、REFS0位實際上是一個緩沖器，該緩沖器與一個MCU可以隨機讀取的臨時寄存器相連通。采用這種結構，保證了ADC輸入通道和參考電源只能在ADC轉換過程中的安全點被改變。在ADC轉換開始前，通道和參考電源可以不斷被更新，一旦轉換開始，通道和參考電源將被鎖定，并保持足夠時間，以確保ADC轉換的正常進行。在轉換完成前的最后一個ADC時鐘周期（ADCSRA的ADIF位置“1”時），通道和參考電源又開始重新更新。

注意：由于A/D轉換開始于置位ADSC后的第一個ADC時鐘的上升沿，因此，在置位ADSC后的一個ADC時鐘周期內不要將一個新的通道或參考電源寫入到ADMUX寄存器中。

改變差分輸入通道時需特別當心。一旦確定了差分輸入通道，增益放大器需要125µs的穩(wěn)定時間。所以在選擇了新的差分輸入通道后的125µs內不要啟動A/D轉換，或將這段時間內轉換結果丟棄。通過改變ADMUX中的REFS1、REFS0來更改參考電源后，第一次差分轉換同樣要遵循以上的時間處理過程。

1）當要改變ADC輸入通道時，應該遵守以下方式，以保證能夠選擇到正確的通道：

在單次轉換模式下，總是在開始轉換前改變通道設置。盡管輸入通道改變發(fā)生在ADSC位被寫入“1”后的1個ADC時鐘周期內，然而，最簡單的方法是等到轉換完成后，再改變通道選擇。

在連續(xù)轉換模式下，總是在啟動ADC開始第一次轉換前改變通道設置。盡管輸入通道改變發(fā)生在ADSC位被寫入“1”后的1個ADC時鐘周期內，然而，最簡單的方法是等到第一次轉換完成后再改變通道的設置。然而由于此時新一次的轉換已經自動開始，所以，當前這次的轉換結果仍反映前一通道的轉換值，而下一次的轉換結果將為新設置通道的值。

2）ADC電壓參考源

ADC的參考電壓（VREF）決定了A/D轉換的范圍。如果單端通道的輸入電壓超過VREF，將導致轉換結果接近于0x3FF(1023)。ADC的參考電壓VREF可以選擇為AVCC或芯片內部的2.56V參考源，或者為外接在AREF引腳上的參考電壓源。

AVCC通過一個無源開關連接到ADC。內部2.56V參考源是由內部能隙參考源（VBC）通過內部的放大器產生的。注意，無論選用什么內部參考電源，外部AREF引腳都是直接與ADC相連的，因此，可以通過外部在AREF引腳和地之間并接一個電容，使內部參考電源更加穩(wěn)定和抗噪。可以通過使用高阻電壓表測量AREF引腳，來獲得參考電源VREF的電壓值。由于VREF是一個高阻源，因此，只有容性負載可以連接到該引腳。

如果將一個外部固定的電壓源連接到AREF引腳，那就不能使用任何的內部參考電源，否則就會使外部電壓源短路。外部參考電源的范圍應在2.0V到AVCC-0.2V之間。參考電源改變后的第一次ADC轉換結果可能不太準確，建議拋棄該次轉換結果。