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2019年12月06日 | AVR开发 Arduino方法（五） 模数转换子系统
2019-12-06 来源：eefocus
模数转换子系统用于将传感器采集的模拟信号转换为数字信号。Arduino UNO R3主处理器ATMega328P的模数转换子系统采用逐次逼近的方式完成模数转换。
使用Arduino库函数进行模数转换十分简单，下面的示例可以将A0引脚上的模拟信号转换为数字信号，并将转换结果打印到串口0上：
1 // ReadAnalogVoltage.ino
2 void setup() {
3 Serial.begin(9600);
4 }
5
6 void loop() {
7 int sensorValue = analogRead(A0);
8 float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
9 Serial.println(voltage);
10 }
与模数转换相关的Arduino库函数有：
analogRead(pin)：将指定引脚上的模拟信号转换为数字信号
pin：指定模拟引脚
函数返回转换结果，是一个无符号整数，取值为0~1023
ATMega328P的模数转换子系统由2个相关寄存器控制。模数转换多路选择寄存器ADMUX的结构如下图所示：
REFS1 | REFS0 | ADLAR | MUX3 | MUX2 | MUX1 | MUX0 |
输入通道选择MUX[3:0]位用于指定模拟信号输入的引脚，Arduino UNO R3开发板上有6个模拟信号输入引脚，它们分别是A0～A5，在ANALOG IN组中。
模数转换控制和状态寄存器ADCSRA的结构如下图所示：
ADEN | ADSC | ADATE | ADIF | ADIE | ADPS2 | ADPS1 | ADPS0 |
向模数转换使能位ADEN写入1则启用模数转换，写入0则禁用；向模数转换启动转换位ADSC写入1则启动模数转换，写入0则不启动；模数转换中断标志位ADIF在被置1时模数转换完成，可以向它写1清0；模数转换预分频选择位ADPS[2:0]用于设置模数转换的时钟源，它的设置如下表所示：
ADPS[2:0] | 时钟源 |
000 | 系统时钟2分频 |
001 | 系统时钟2分频 |
010 | 系统时钟4分频 |
011 | 系统时钟8分频 |
100 | 系统时钟16分频 |
101 | 系统时钟32分频 |
110 | 系统时钟64分频 |
111 | 系统时钟128分频 |
模数转换的结果保存在模数转换数据寄存器ADCH和ADCL中。通过直接访问寄存器改写以上程序为：
1 // ReadAnalogVoltage_reg.ino
2 void setup() {
3 ADMUX = 0x00;
4 ADCSRA |= (1 << ADEN);
5
6 Serial.begin(9600);
7 }
8
9 void loop() {
10 ADCSRA |= (1 << ADSC);
11 while (!(ADCSRA & (1 << ADIF)));
12
13 int sensorValue = (ADCH << 8) | ADCL;
14 float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
15 Serial.println(voltage);
16 ADCSRA |= (1 << ADIF);
17 }
史海拾趣
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