第一次接触单片机ADC 都会有这些问题

如何利用单片机的ADC模块（或者独立的ADC芯片）得到接入ADC管脚上的实际电压值？

这个问题，是第一次接触ADC时候，大家都会遇到的问题。

单片机会读到什么值？需要看一个特性，就是几位的ADC，在手册上就会给出，例如，STM32的ADC是12位的。另外，还有8位，10位，16位，24位等。

我先告诉你答案： STM32读到的ADC值，是从0到4095，当你把ADC引脚接了GND，读到的就是0，当你把ADC引脚接了VDD，读到的就是4095。

接下来告诉你为什么： 前面提到，STM32的ADC是12位的，我们知道，8位的值是从0~255；16位的值，是从0~65535。这两个位的最大值，是我们最为熟悉的。

（怎么算出来的？这问题就又降低到另一个层面了，这里我们说的几位的值，每个位只能是0或者1，比如2位的值，可以表示为00 01 10 11四种不同的值，这是以2进制表示的，转换成十进制就是0 1 2 3，所以得出结论，2位的值可以表示从0~3。同理，3位的值，可以表示十进制的0~9，你可以展开计算一下。4位的值，可以表示0~16，5位的值，可以表示从0~31，同理，你可以得出任意位的值可以表示的范围。）

所以，12位的值，可以表示从0~4095，这就是先在感性上，认识了为什么12位的ADC的值，是从0~4095.

读到的值怎么换算成实际的电压值

前面提到了，我们输入GND，读到的值是0，输入VDD，得到的值是4095，那么，当你读到2035的时候，你知道输入电压多少V吗？这个问题，归根接地，就到了数学XY坐标，已知两点坐标值（0,0）（3.3,4095），给出任意X坐标值，求Y值的问题了吧？简单不简单？

参考电压是什么

讨论这个问题之前，你先拿万用表量一下你的VDDA的实际电压是多大？是不是标准的3.300V？应该不是吧？或许是2.296V，或许是3.312V。然后你把VDD连接到ADC引脚之后，得到的是4095，也就是，实际上，当你读出4095这个数据的时候，实际的电压值不是你想象中的3.300V。有些初学者，觉得几毫伏的电压差无所谓，但实际应用中，几毫伏就可能代表很大的实际工况，例如，在一个量程为50克的电子称上。

所以，这时候，芯片厂商就想了一个办法，给ADC模块中引入参考电压，由非常标准的参考电压芯片来接入参考电压引脚。标准的电压芯片，我们一般叫做参考电压芯片，或者叫做基准电压芯片。例如REF3133（输出3.300V） REF3025（输出2.500V）等等。

注意：STM32 的100脚以上（含100脚）有参考电压引脚。在没有参考电压引脚的单片机上，可以把基准电压芯片接入VDDA，但是VDDA和VDD的电压差不能超过0.3V，例如，VDD是3.3V的话，可以给VDDA接入一个3.3V的参考电压芯片或者3.0V的参考电压芯片，但是不能接入2.5V的参考电压芯片，后果就是芯片不能工作。

ADC引脚的输入电压范围是多大

一般情况下，ADC引脚的输入电压，是从0~VDD，如果有REF引脚，一般是0~Vref，也有0~2Vref的情况。

如果被测的电压大于ADC的输入电压，例如，要用STM32测量0~5V的电压的话，可以在输入ADC引脚之前，加入电阻分压和放大器电路。

总结： 看完这篇文章，你是否会觉的，一切都只是基础知识的融合

小5带你飞(8)—AVR(ATmega 328P)单片机片内ADC的原理和使用(1)

ATmega328p内部集成了一个10位的逐次逼近的A/D转换器。该转换器与一个8通道的模拟多路复用器连接。它能够对来自端口A的8路单端输入电压进行采样。

ADC转换模块的原理图

看一下它的基本特性：

10位分辨率

0.5 LSB积分非线性

±2 LSB绝对精度

13 -~260µs转换时间

最高采样速率76.9 kSPS/s

6路可选的单端输入通道

2路额外多路复用单端输入通道(TQFP 、QFN/MLF)

温度传感器输入通道

ADC读取的结果可设置为左端对其

0~Vcc ADC输入电压范围

可选择1.1v ADC参考电压

自由连续转换模式和单次转换模式

在ADC转换完成时中断

睡眠模式噪音消除

ADC的供电和参考电压：

ADC由独立的专用的模拟电压引脚AVCC供电，AVCC和VCC的电压差别不能大于±0.3V。

ADC的参考电源可以是芯片内部的1.1v的参考电源，也可以是AVCC，也可以采用外部参考电源，使用外部参考电源的时候，外部参考电源可由引脚AREF接入，使用内部参考电压源的时候，可以通过在AREF引脚外部并接一个电容来提高ADC的抗噪性能。这个电容一般可为0.1uF

与ADC有关的寄存器：

ADMUX:多路复用选择寄存器

bit6、bit7 ：ADC参考电压选择。如果在转换过程中改变了设置，则只有等待当前转换结束后才起作用。如果在 AREF引脚上施加了外部参考电压，则内部参考电压将不能被选择。这个参考电压的选择见下图：

还是解释一下：

00 ：AREF，内部基准源关闭

01 ：AVCC，AREF外接滤波电容

10 ： 保留

11 ：1.1v内部基准电压源，AREF外接滤波电容

bit5：转换结果对齐位。置位左对齐，清位右对齐

bit4：一个保留位

bit3~bit0：模拟通道选择位

就是选择连接到哪个通道上，这个没啥说的。看表就好了，如下：

2. ADCSRA：ADC控制和状态寄存器A

bit7：ADC使能位。置位则启动ADC功能，清位ADC功能关闭

bit6：ADC开始转换。

在单次转换模式下，该位置位将启动一次ADC转换，在连续转换模式下，该位置位，将启动首次转换

bit5：ADC自动触发使能位。

该位置位，则启动ADC自动触发功能。

bit4：ADC中断标志位

ADC转换结束且数据寄存器被更新后该位置位，如果ADIE及SREG寄存器中的全局中断使能位I被置位，

则ADC转换结束中断服务程序被执行，同时该位被硬件清零，也可以通过软件写1清零。

bit3：ADC中断使能位。如果该位及SREG寄存器中的全局中断使能位I被置位，则ADC转换结束中断将被使能。

bit2~bit0：ADC预分频器的选择。这三位决定ADC输入时钟与CPU时钟之间的分频系数，如下表：

3. ADCL 、 ADCH ：ADC数据寄存器

分别是左对齐的和右对齐的数据

ADC转换结束后，转换结果将存在这两个寄存器当中。首先ADMUX寄存器当中的ADLAR和MUXn影响转换结果在寄存器中的存放形式。当ADCL被读取时，ADC数据寄存器在读取ADCH之前不会更新，如果转换结果为左对齐且只需要8位的精度，那么仅需要读取ADCH就可以了，否则需先读取ADCL然后读取ADCH。

4.ADCSRB ：ADC控制和状态寄存器B

bit2~bit0：ADC自动触发源的选择

说明一下吧：

000：连续转换模式

001：模拟比较器

010：外部中断请求0

011：定时器/计数器0比较匹配A

100：定时器/计数器0溢出

101: 定时器/计数器0比较匹配B

110：定时器DIDR0数器1溢出

111：定时器/计数器1捕捉事件

5. DIDR0：数字输入禁用寄存器0

说明一下：

bit5~bit0 ：当这些位置位，相应的ADC引脚的数字输入缓存区被禁止，相应的PIN寄存器读取的时候都为0，

模拟信号运用于ADC5~ADC0,是不需要这么做的，ADC6和ADC7是没有缓存区的。

下面来看看ADC的基本使用步骤：

ADC输入端口初始化

基准电压的设置，数据对齐方式的设置，通道的选择。（ADMUX寄存器的配置）

AD使能，启动装换，中断的设置（ADCSRA寄存器的设置）

触发源的选择（ADCSRB寄存器的设置）

选择中断号，编写中断服务程序，读取ADC的数据（ADCL 、 ADCH ）

好的，关于ADC的寄存器就写这么多了，下一篇我们来写ADC的驱动程序。

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