AVR開發 Arduino方法（五） 模數轉換子系統

　　模數轉換子系統用於將傳感器采集的模擬信號轉換為數字信號。Arduino UNO R3主處理器ATMega328P的模數轉換子系統采用逐次逼近的方式完成模數轉換。

　　使用Arduino庫函數進行模數轉換十分簡單，下面的示例可以將A0引腳上的模擬信號轉換為數字信號，並將轉換結果打印到串口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);
}

 　　與模數轉換相關的Arduino庫函數有：

 

　　analogRead(pin)：將指定引腳上的模擬信號轉換為數字信號

　　pin：指定模擬引腳

　　函數返回轉換結果，是一個無符號整數，取值為0~1023

 

　　ATMega328P的模數轉換子系統由2個相關寄存器控制。模數轉換多路選擇寄存器ADMUX的結構如下圖所示：

REFS1

REFS0

ADLAR

MUX3

MUX2

MUX1

MUX0

輸入通道選擇MUX[3:0]位用於指定模擬信號輸入的引腳，Arduino UNO R3開發板上有6個模擬信號輸入引腳，它們分別是A0～A5，在ANALOG IN組中。

　　模數轉換控制和狀態寄存器ADCSRA的結構如下圖所示：

ADEN

ADSC

ADATE

ADIF

ADIE

ADPS2

ADPS1

ADPS0

向模數轉換使能位ADEN寫入1則啟用模數轉換，寫入0則禁用；向模數轉換啟動轉換位ADSC寫入1則啟動模數轉換，寫入0則不啟動；模數轉換中斷標志位ADIF在被置1時模數轉換完成，可以向它寫1清0；模數轉換預分頻選擇位ADPS[2:0]用於設置模數轉換的時鍾源，它的設置如下表所示：

ADPS[2:0]	時鍾源
000	系統時鍾2分頻
001	系統時鍾2分頻
010	系統時鍾4分頻
011	系統時鍾8分頻
100	系統時鍾16分頻
101	系統時鍾32分頻
110	系統時鍾64分頻
111	系統時鍾128分頻

　　模數轉換的結果保存在模數轉換數據寄存器ADCH和ADCL中。通過直接訪問寄存器改寫以上程序為：

// 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);
}