【正文】 個ADC時鐘的上升沿開始。當ADC設(shè)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(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成的結(jié)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(zhuǎn)換。這就保證了使ADC每隔一定的時間間隔進行一次轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模式下，一次轉(zhuǎn)換完畢后馬上開始一次新的轉(zhuǎn)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REFSREFS0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(jié)構(gòu)，保證了ADC輸入通道和參考電源只能在ADC轉(zhuǎn)換過程中的安全點被改變。在ADC轉(zhuǎn)換開始前，通道和參考電源可以不斷被更新，一旦轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的正常進行。在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)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125181。s的穩(wěn)定時間。所以在選擇了新的差分輸入通道后的125181。s內(nèi)不要啟動A/D轉(zhuǎn)換，或?qū)⑦@段時間內(nèi)轉(zhuǎn)換結(jié)果丟棄。通過改變ADMUX中的REFSREFS0來更改參考電源后，第一次差分轉(zhuǎn)換同樣要遵循以上的時間處理過程。l 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(zhuǎn)換模式下，總是在開始轉(zhuǎn)換前改變通道設(shè)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(nèi)，然而，最簡單的方法是等到轉(zhuǎn)換完成后，再改變通道選擇。在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，總是在啟動ADC開始第一次轉(zhuǎn)換前改變通道設(shè)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(nèi)，然而，最簡單的方法是等到第一次轉(zhuǎn)換完成后再改變通道的設(shè)置。然而由于此時新一次的轉(zhuǎn)換已經(jīng)自動開始，所以，當前這次的轉(zhuǎn)換結(jié)果仍反映前一通道的轉(zhuǎn)換值，而下一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果將為新設(shè)置通道的值。l ADC電壓參考源ADC的參考電壓（VREF）決定了A/D轉(zhuǎn)換的范圍。如果單端通道的輸入電壓超過VREF，將導致轉(zhuǎn)換結(jié)果接近于0x3FF。，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(guān)連接到ADC。（VBC）通過內(nèi)部的放大器產(chǎn)生的。注意，無論選用什么內(nèi)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(nèi)部參考電源更加穩(wěn)定和抗噪?？梢酝ㄟ^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(nèi)部參考電源，否則就會使外部電壓源短路。參考電源改變后的第一次ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果可能不太準確，建議拋棄該次轉(zhuǎn)換結(jié)果。3．ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后（ADIF = 1），在ADC數(shù)據(jù)寄存器（ADCL和ADCH）中可以取得轉(zhuǎn)換的結(jié)果。對于單端輸入的A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換結(jié)果為：ADC =（VIN1024）/ VREF其中VIN表示選定的輸入引腳上的電壓，VREF表示選定的參考電源的電壓。0x000表示輸入引腳的電壓為模擬地，0x3FF表示輸入引腳的電壓為參考電壓值減去一個LSB。對于差分轉(zhuǎn)換，其結(jié)果為：ADC=(VPOSVNEG) GAIN512/VREF例：若差分輸入通道選擇為ADC3ADC2，10倍增益，左端對齊（ADMUX=0xED），ADC3引腳上電壓300mV，ADC2引腳上電壓500mV。則ADCR =（300500）10512 / 2560 = 400 = 0x270ADCL=0x00，ADCH=0x9C。若結(jié)果為右端對齊時（ADLAR=“0”），則ADCL=0x70，ADCH=0x02。附錄ADC應用設(shè)計的深入討論盡管AVR內(nèi)部集成了10位的ADC，但是在實際應用中，要想真正實現(xiàn)10位精度，比較穩(wěn)定的ADC的話，并不象上一節(jié)中的例子那么簡單。需要進一步從硬件、軟件等方面進行綜合的、細致的考慮。下面介紹一些在ADC設(shè)計應用中應該考慮的幾個要點。1．AVcc的穩(wěn)定性。AVcc是提供給ADC工作的電源，如果AVcc不穩(wěn)定，就會影響ADC的轉(zhuǎn)換精度。在圖105中，系統(tǒng)電源通過一個LC濾波后接入AVcc，這樣就能很好的抑制掉系統(tǒng)電源中的高頻躁聲，提高了AVcc的穩(wěn)定性。另外在要求比較高的場合使用ADC時，PA口上的那些沒被用做ADC輸入的端口盡量不要作為數(shù)字I/O口使用。因為PA口的工作電源是由AVcc提供的，如果PA口上有比較大的電流波動，也會影響AVcc的穩(wěn)定。2．參考電壓VREF的選擇確定 在實際應用中，要根據(jù)輸入測量電壓的范圍選擇正確的參考電壓VREF，以求得到比較好的轉(zhuǎn)換精度。ADC的參考電壓VREF還決定了A/D轉(zhuǎn)換的范圍。如果單端通道的輸入電壓超過VREF，將導致轉(zhuǎn)換結(jié)果全部接近于0x3FF，因此ADC的參考電壓應稍大于模擬輸入電壓的最高值。ADC的參考電壓VREF可以選擇為AVCC，或者為外接在AREF引腳上的參考電壓源。外接參考電壓應該穩(wěn)定，（，）。要求比較高的場合，建議在AREF引腳外接標準參考電壓源來作為ADC的參考電源。3. ADC通道帶寬和輸入阻抗不管使用單端輸入轉(zhuǎn)換還是差分輸入轉(zhuǎn)換方式，所有模擬輸入口的輸入電壓應在AVccGNG之間。 在單端ADC轉(zhuǎn)換方式時，ADC通道的輸入頻率帶寬取決于ADC轉(zhuǎn)換時鐘頻率。一次常規(guī)的ADC轉(zhuǎn)換需要13個ADC時鐘，當ADC轉(zhuǎn)換時鐘為1MHz時，一秒種內(nèi)ADC采樣轉(zhuǎn)換的次數(shù)約77K。根據(jù)采樣定理。 差分方式ADC轉(zhuǎn)換的帶寬是由芯片內(nèi)部的差分放大器的帶寬決定，為4KHz。 AVR的ADC輸入阻抗典型值為100MΩ，為保證測量的準確，被測信號源的輸出阻抗要盡可能的低，應在10K以下。4. ADC采樣時鐘的選擇通常條件下，AVR的ADC逐次比較電路要達到轉(zhuǎn)換的最大精度，需要一個50K～200KHz的采樣時鐘。一次正常的ADC轉(zhuǎn)換過程需要13個采樣時鐘，假定ADC采樣時鐘為200KHz，那么最高的采樣速率為200K/13=。因此根據(jù)采樣定理，！盡管可以設(shè)置ADC的采樣時鐘為1M，但并不能提高ADC轉(zhuǎn)換精度，反而會降低轉(zhuǎn)換精度（受逐次比較硬件電路的限制），因此AVR的ADC不能完成高速ADC的任務(wù)。如果所需的轉(zhuǎn)換精度低于10位，那么采樣時鐘可以高于200KHz，以達到更高的采樣頻率。ADC采樣時鐘的選擇方式為：給出或估計被測模擬信號的最高頻率fs，取采樣頻率為fs的410倍，再乘上13為ADC采樣時鐘頻率，該頻率應在50K～200KHz之間。 如果該頻率大于200KHz，則ADC的10位精度不能保證。如果該頻率小于50Khz，則可選擇50K～200KHz之間的數(shù)值。5．模擬噪聲的抑制器件外部和內(nèi)部的數(shù)字電路會產(chǎn)生電磁干擾，并會影響模擬測量的精度。如果ADC轉(zhuǎn)換精度要求很高，可以采用以下的技術(shù)來降低噪聲的影響：（1）使模擬信號的通路盡可能的短。模擬信號連線應從模擬地的布線盤上通過，并使它們盡可能遠離高速開關(guān)數(shù)字信號線。（2）AVR的AVcc引腳應該通過LC網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字端電源Vcc相連。（3）采用ADC噪聲抑制器功能來降低來自MCU內(nèi)部的噪聲。（4）如果某些ADC引腳是作為通用數(shù)字輸出口使用，那么在ADC轉(zhuǎn)換過程中，不要改變這些引腳的狀態(tài)。6．ADC的校正由于AVD內(nèi)部ADC部分的放大器非線性等客觀原因，ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果會有誤差的。如果要獲得高精度的ADC轉(zhuǎn)換，還需要對ADC結(jié)果進行校正。具體的方法請參考AVR應用筆記AVR120（），在這篇應用設(shè)計參考中詳細介紹了誤差的種類，以及校正方案。7．ADC精度的提高在有了上述幾點的保證后，通過軟件的手段也能適當?shù)奶岣逜DC的精度。如采用多次測量取平均，軟件濾波算法等。在AVR應用筆記AVR121（）中介紹了一種使用過采樣算法的軟件實現(xiàn)，可以將ADC的精度提高到11位或更高，當然這是在花費更多的時間基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。17 / 17