ATmega16 ADC简单实验

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这篇博客的主要内容是讲解常用的 AVR 单片机的 ADC 功能，知识比较基础，代码也很简单，适合新手快速掌握单片机 ADC 的操作，本篇使用的单片机是 ATmega16。

最近由于课程需要，学习了一段时间的 AVR 单片机，对于一些简单的端口操作、控制 LED 灯之类的就不另做篇幅去讲解了，因为就跟 Hello, world 一样简单，对于我来说，单片机控制得最多的是各种各样的传感器，而传感器是模拟器件，传到单片机的数据时模拟信号，但是单片机等芯片是数字芯片呀，数字芯片只能处理数字信号，也就是高电平和低电平，所以就需要一个模块来将这两种信号进行转换，就是今天要讲到的 AD 转换，中文是模数转换，作用就是讲模拟信号转化成数字信号，在大部分文档中也会称为 ADC (Analog/Digital Convert)，今天就以一个实例来展示 AVR 的 ADC。

新手入门单片机大都是学习的 51 单片机，用的最多的芯片是 STC89C52 （或 C51），但是 51 单片机片上资源很少，只有少数够用的功能，其他的一些高级模块都没有，而 AVR 虽然跟 51 单片机都是 8 位的微控制器，但是 AVR 单片机的片上资源多很多，诸如 ADC, I2C 等等，有了这些外设，使用起来就简单很多了，不用自己重新编写复杂的程序，也不用花钱给电路增加额外的硬件。

先来看看本次实验的电路图：

其中图片左上角部分连接着 RESET, XTAL1, XTAL2 引脚的那一部分电路是组成单片机最小系统的电路，也是使单片机正常工作的必要条件。我们在 PA0 脚上连接一个电位器，给单片机提供模拟信号的就是这个电位器了，电位器通过改变阻值来改变输入到单片机的电压。右下角有两个引脚 AREF 和 AVCC，其中 AREF 是单片机基准电压外部输入引脚，AVCC 是模拟电源，要使用 ADC 功能这两个引脚就必不可少了。还有最后一部分是连接到 PD 口的 8 个 LED 灯，用来显示单片机 AD 转换后的结果，虽然用 LED 来表示结果不直观，但是是操作最简单的方法了。

代码比电路更简单，直接贴上代码：

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#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

/*ADC Conversion Complete Interrupt Service Routine (ISR)*/
ISR(ADC_vect)
{

	PORTD = ADCH;			// Output ADCH to PortD
	ADCSRA |= 1<<ADSC;		// Start Conversion
}

int main(void)
{
	DDRD = 0xFF;			// Configure PortD as output
	DDRA = 0x00;			// Configure PortA as input
					// PA0 is ADC0 input

	ADCSRA = 0x8F;			// Enable the ADC and its interrupt feature
					// and set the ACD clock pre-scalar to clk/128
	ADMUX = 0xE0;			// Select internal 2.56V as Vref, left justify 
					// data registers and select ADC0 as input channel 
	 
	sei();				// Enable Global Interrupts
	ADCSRA |= 1<<ADSC;		// Start Conversion
	 
	while(1);			// Wait forever
}

每一句的作用在代码中的注释都已经很清晰了，要特别讲解的是 ADCSRA 寄存器，事实上关于这个寄存器的操作以及每一位的作用都不需要特别讲解，因为在官方文档都已经说得很清楚了，我就只贴出文档的截图吧


以上的代码在 ATmel Studio 7.0 中已经验证通过，在 AT Studio 中编译生成 hex 文件之后，电路按照第一张图片的接法，然后将程序写入单片机中运行就能看到接 LED 灯的结果了，AD 转换的结果是 8 位的，每次转换的结果都会存在 ADCH 寄存器中，所以代码中就直接将 ADCH 的值写入 PD 口中，当你改变电位器阻值的时候你就会看到 LED 灯也在变化。

YouTube 上的演示视频：