AVR开发 Arduino方法（五） 模数转换子系统

　　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： 

// ReadAnalogVoltage.ino
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(A0);
  float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
  Serial.println(voltage);
}

 　　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：

// ReadAnalogVoltage_reg.ino
void setup() {
  ADMUX = 0x00;
  ADCSRA |= (1 << ADEN);

  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  ADCSRA |= (1 << ADSC);
  while (!(ADCSRA & (1 << ADIF)));

  int sensorValue = (ADCH << 8) | ADCL;
  float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
  Serial.println(voltage);
  ADCSRA |= (1 << ADIF);
}