AVR M16 ADC应用设计要点

在通常情况下，ADC的逐次比较转换电路要达到最大精度时，需要50kHz~200kHz之间的采样时钟。在要求转换精度低于10位的情况下，ADC的采样时钟可以高于200kHz，以获得更高的采样率。

ADC模块中包含一个预分频器的ADC时钟源，它可以对大于100KHz的系统时钟进行分频，以获得合适的ADC时钟提供ADC使用。预分频器的分频系数由ADCSRA寄存器中的ADPS位设置的。一旦寄存器ADCSRA中的ADEN位置“1”（ADC开始工作），预分频器就启动开始计数。ADEN位为“1”时，预分频器将一直工作；ADEN位为“0”时，预分频器一直处在复位状态。

AVR的ADC完成一次转换的时间见表6.2.5。从表中可以看出，完成一次ADC转换通常需要13-14个ADC时钟。而启动ADC开始第一次转换到完成的时间需要25个ADC时钟，这是因为要对ADC单元的模拟电路部分进行初始化。

当ADCSRA寄存器中的ADSC位置位，启动ADC转换时，A/D转换将在随后ADC时钟的上升沿开始。一次正常的A/D转换开始时，需要1.5个ADC时钟周期的采样保持时间（ADC首次启动后需要13.5个ADC时钟周期的采样保持时间）。当一次A/D转换完成后，转换结果写入ADC数据寄存器，ADIF（ADC中断标志位）将被置位。在单次转换模式下，ADSC也同时被清零。用户程序可以再次置位ADSC位，新的一次转换将在下一个ADC时钟的上升沿开始。

当ADC设置为自动触发方式时，触发信号的上升沿将启动一次ADC转换。转换完成的结果将一直保持到下一次触发信号的上升沿出现，然后开始新的一次ADC转换。这就保证了使ADC每隔一定的时间间隔进行一次转换。在这种方式下，ADC需要2个ADC时钟周期的采样保持时间。

在自由连续转换模式下，一次转换完毕后马上开始一次新的转换，此时，ADSC位一直保持为“1”。

2、ADC输入通道和参考电源的选择

寄存器ADMUX中的MUXn和REFS1、REFS0位实际上是一个缓冲器，该缓冲器与一个MCU可以随机读取的临时寄存器相连通。采用这种结构，保证了ADC输入通道和参考电源只能在ADC转换过程中的安全点被改变。在ADC转换开始前，通道和参考电源可以不断被更新，一旦转换开始，通道和参考电源将被锁定，并保持足够时间，以确保ADC转换的正常进行。在转换完成前的最后一个ADC时钟周期（ADCSRA的ADIF位置“1”时），通道和参考电源又开始重新更新。

注意：由于A/D转换开始于置位ADSC后的第一个ADC时钟的上升沿，因此，在置位ADSC后的一个ADC时钟周期内不要将一个新的通道或参考电源写入到ADMUX寄存器中。

改变差分输入通道时需特别当心。一旦确定了差分输入通道，增益放大器需要125µs的稳定时间。所以在选择了新的差分输入通道后的125µs内不要启动A/D转换，或将这段时间内转换结果丢弃。通过改变ADMUX中的REFS1、REFS0来更改参考电源后，第一次差分转换同样要遵循以上的时间处理过程。

1）当要改变ADC输入通道时，应该遵守以下方式，以保证能够选择到正确的通道：

在单次转换模式下，总是在开始转换前改变通道设置。尽管输入通道改变发生在ADSC位被写入“1”后的1个ADC时钟周期内，然而，最简单的方法是等到转换完成后，再改变通道选择。

在连续转换模式下，总是在启动ADC开始第一次转换前改变通道设置。尽管输入通道改变发生在ADSC位被写入“1”后的1个ADC时钟周期内，然而，最简单的方法是等到第一次转换完成后再改变通道的设置。然而由于此时新一次的转换已经自动开始，所以，当前这次的转换结果仍反映前一通道的转换值，而下一次的转换结果将为新设置通道的值。

2）ADC电压参考源

ADC的参考电压（VREF）决定了A/D转换的范围。如果单端通道的输入电压超过VREF，将导致转换结果接近于0x3FF(1023)。ADC的参考电压VREF可以选择为AVCC或芯片内部的2.56V参考源，或者为外接在AREF引脚上的参考电压源。

AVCC通过一个无源开关连接到ADC。内部2.56V参考源是由内部能隙参考源（VBC）通过内部的放大器产生的。注意，无论选用什么内部参考电源，外部AREF引脚都是直接与ADC相连的，因此，可以通过外部在AREF引脚和地之间并接一个电容，使内部参考电源更加稳定和抗噪。可以通过使用高阻电压表测量AREF引脚，来获得参考电源VREF的电压值。由于VREF是一个高阻源，因此，只有容性负载可以连接到该引脚。

如果将一个外部固定的电压源连接到AREF引脚，那就不能使用任何的内部参考电源，否则就会使外部电压源短路。外部参考电源的范围应在2.0V到AVCC-0.2V之间。参考电源改变后的第一次ADC转换结果可能不太准确，建议抛弃该次转换结果。