AVR单片机模数转换的ADC实验ATmega16.doc

AVR单片机模数转换的ADC实验 ATmega16 6.2 模数转换的ADC实验 6.2.1、实例功能 AVR的模数转换器ADC具有下列特点： 10位精度； 0.5LSB积分非线形误差 ±2LSB的绝对精度； 13μs~260μs的转换时间； 在最大精度下可达到每秒15kSPS的采样速率； 8路可选的单端输入通道； 7路差分输入通道； 2路差分输入通道带有可选的10×和200×增益； ADC转换结果的读取可设置为左端对齐（LEFT ADJUSTMENT）； ADC的电压输入范围0～Vcc； 可选择的内部2.56V的ADC参考电压源； 自由连续转换模式和单次转换模式； ADC自动转换触发模式选择； ADC转换完成中断； 休眠模式下的噪声抑制器（NOISE CANCELER）。 在本实例中，我们将编写程序实现将模数转换后获得的电压值通过单片机的串口发送到计算机，然后通过计算机上的串口助手显示测量的电压值。 本实例共有3个功能模块，分别描述如下： ● 单片机系统：使用单片机的串口实现将模数转换后获得的电压值通过串口发送到计算机。 ● 外围电路：RS232电平转换电路，DB9串行接口插座，模拟电压输入采集电路。● 软件程序：进一步熟悉单片机的串行通信，并掌握单片机的模数转换的方法。6.2.2、器件和原理 关于串行接口的原理已接单片机与计算机的串口的连接在上一实例中进行了描述，在本实例中不再重复。本实例只介绍ATmega16单片机如何通过内置的模数转换模块采集外界输入的模拟电压。1、ATmega16单片机的模数转换器ADC介绍 由于单片机只能处理数字信号，所以外部的模拟信号量需要转变成数字量才能进一步的由单片机进行处理。ATmega16内部集成有一个10位逐次比较（successive approximation）ADC电路。因此使用AVR可以非常方便的处理输入的模拟信号量。 ATmega16的ADC与一个8通道的模拟多路选择器连接，能够对以PORTA作为ADC输入引脚的8路单端模拟输入电压进行采样，单端电压输入以0V（GND）为参考。另外还支持16种差分电压输入组合，其中2种差分输入方式（ADC1，ADC0和ACD3，ADC2）带有可编程增益放大器，能在A/D转换前对差分输入电压进行0dB（1×），20dB（10×）或46dB（200×）的放大。还有七种差分输入方式的模拟输入通道共用一个负极（ADC1），此时其它任意一个ADC引脚都可作为相应的正极。若增益为1×或10×，则可获得8位的精度。如果增益为200×，那么转换精度为7位。 AVR的ADC功能单元由独立的专用模拟电源引脚AVcc供电。AVcc和Vcc的电压差别不能大于±0.3V。ADC转换的参考电源可采用芯片内部的2.56V参考电源，或采用AVcc，也可使用外部参考电源。使用外部参考电源时，外部参考电源由引脚ARFE接入。使用内部电压参考源时，可以通过在AREF引脚外部并接一个电容来提高ADC的抗噪性能。 ADC功能单元包括采样保持电路，以确保输入电压在ADC转换过程中保持恒定。ADC通过逐次比较（successive approximation）方式，将输入端的模拟电压转换成10位的数字量。最小值代表地，最大值为AREF引脚上的电压值减1个LSB。可以通过ADMUX寄存器中REFSn位的设置，选择将芯片内部参考电源（2.56V）或AVcc连接到AREF，作为A/D转换的参考电压。这时，内部电压参考源可以通过外接于AREF引脚的电容来稳定，以改进抗噪特性。 模拟输入通道和差分增益的选择是通过ADMUX寄存器中的MUX位设定的。任何一个ADC的输入引脚，包括地（GND）以及内部的恒定能隙（fixed bandgap）电压参考源，都可以被选择用来作为ADC的单端输入信号。而ADC的某些输入引脚则可选择作为差分增益放大器的正、负极输入端。当选定了差分输入通道后，差分增益放大器将两输入通道上的电压差按选定增益系数放大，然后输入到ADC中。若选定使用单端输入通道，则增益放大器无效。 通过设置ADCSRA寄存器中的ADC使能位ADEN来使能ADC。在ADEN没有置“1”前，参考电压源和输入通道的选定将不起作用。当ADEN位清“0”后，ADC将不消耗能量，因此建议在进入节电休眠模式前将ADC关掉。 ADC将10位的转换结果放在ADC数据寄存器中（ADCH和ADCL）。默认情况下，转换结果为右端对齐（RIGHT ADJUSTED）的。但可以通过设置ADMUX寄存器中ADLAR位，调整为左端对齐（LEFT ADJUSTED）。如果转换结果是左端对齐，并且只需要8位的精度，那么只需读取ADCH寄存器的数据作为转换结果就达到要求了。否