AVR M16 ADC应用设计要点

结果可能不太准确，建议抛弃该次转换结果。

3、ADC转换结果

A/D转换结束后（ADIF=1），在ADC数据寄存器（ADCL和ADCH）中可以取得转换的结果。对于单端输入的A/D转换，其转换结果为：

ADC=（VIN×1024）/VREF

其中VIN表示选定的输入引脚上的电压，VREF表示选定的参考电源的电压。0x000表示输入引脚的电压为模拟地，0x3FF表示输入引脚的电压为参考电压值减去一个LSB。

对于差分转换，其结果为：

ADC=(VPOS-VNEG)×GAIN×512/VREF

例：若差分输入通道选择为ADC3-ADC2，10倍增益，参考电压2.56V，左端对齐（ADMUX=0xED），ADC3引脚上电压300mV，ADC2引脚上电压500mV。

则ADCR=（300-500）×10×512/2560=-400=0x270,ADCL=0x00，ADCH=0x9C。

若结果为右端对齐时（ADLAR=“0”），则ADCL=0x70，ADCH=0x02。

附录2、ADC应用设计的深入讨论

尽管AVR内部集成了10位的ADC，但是在实际应用中，要想真正实现10位精度，比较稳定的ADC的话，并不象上一节中的例子那么简单。需要进一步从硬件、软件等方面进行综合的、细致的考虑。下面介绍一些在ADC设计应用中应该考虑的几个要点。

1、AVcc的稳定性。

AVcc是提供给ADC工作的电源，如果AVcc不稳定，就会影响ADC的转换精度。在图10-5中，系统电源通过一个LC滤波后接入AVcc，这样就能很好的抑制掉系统电源中的高频躁声，提高了AVcc的稳定性。另外在要求比较高的场合使用ADC时，PA口上的那些没被用做ADC输入的端口尽量不要作为数字I/O口使用。因为PA口的工作电源是由AVcc提供的，如果PA口上有比较大的电流波动，也会影响AVcc的稳定。

2、参考电压VREF的选择确定

在实际应用中，要根据输入测量电压的范围选择正确的参考电压VREF，以求得到比较好的转换精度。ADC的参考电压VREF还决定了A/D转换的范围。如果单端通道的输入电压超过VREF，将导致转换结果全部接近于0x3FF，因此ADC的参考电压应稍大于模拟输入电压的最高值。

ADC的参考电压VREF可以选择为AVCC，或芯片内部的2.56V参考源，或者为外接在AREF引脚上的参考电压源。外接参考电压应该稳定，并大于2.0V（芯片的工作电压为1.8V时，外接参考电压应大于1.0V）。要求比较高的场合，建议在AREF引脚外接标准参考电压源来作为ADC的参考电源。

3、ADC通道带宽和输入阻抗

不管使用单端输入转换还是差分输入转换方式，所有模拟输入口的输入电压应在AVcc-GND之间。

在单端ADC转换方式时，ADC通道的输入频率带宽取决于ADC转换时钟频率。一次常规的ADC转换需要13个ADC时钟，当ADC转换时钟为1MHz时，一秒种内ADC采样转换的次数约77K。根据采样定理，此时ADC通道的带宽为38.5KHz。

差分方式ADC转换的带宽是由芯片内部的差分放大器的带宽决定，为4KHz。

AVR的ADC输入阻抗典型值为100MΩ，为保证测量的准确，被测信号源的输出阻抗要尽可能的低，应在10K以下。

4、ADC采样时钟的选择

通常条件下，AVR的ADC逐次比较电路要达到转换的最大精度，需要一个50K～200KHz的采样时钟。一次正常的ADC转换过程需要13个采样时钟，假定ADC采样时钟为200KHz，那么最高的采样速率为200K/13=15.384K。因此根据采样定理，理论上被测模拟信号的最高频率为7.7K！

尽管可以设置ADC的采样时钟为1M，但并不能提高ADC转换精度，反而会降低转换精度（受逐次比较硬件电路的限制），因此AVR的ADC不能完成高速ADC的任务。如果所需的转换精度低于10位，那么采样时钟可以高于200KHz，以达到更高的采样频率。

ADC采样时钟的选择方式为：给出或估计被测模拟信号的最高频率fs，取采样频率为fs的4-10倍，再乘上13为ADC采样时钟频率，该频率应在50K～200KHz之间。如果该频率大于200KHz，则ADC的10位精度不能保证。如果该频率小于50Khz，则可选择50K～200KHz之间的数值。

5、模拟噪声的抑制

器件外部和内部的数字电路会产生电磁干扰，并会影响模拟测量的精度。如果ADC转换精度要求很高，可以采用以下的技术来降低噪声的影响：

（1）使模拟信号的通路尽可能的短。模拟信号连线应从模拟地的布线盘上通过，并使它们尽可能远离高速开关数字信号线。

（2）AVR的AVcc引脚应该通过LC网络与数字端电源Vcc相连。

（3）采用ADC噪声抑制器功能来降低来自MCU内部的噪声。

（4）如果某些ADC引脚是作为通用数字输出口使用，那么在ADC转换过程中，不要改变这些引脚的状态。

6、ADC的校正

由于AVR内部ADC部分的放大器非线性等客观原因，ADC的转换结果会有误差的。如果要获得高精度的ADC转换，还需要对ADC结果进行校正。具体的方法请参考AVR应用笔记