如何在AVR中使用模数转换器

利用LM35传感器和Atmega32 ADC进行温度测量

模拟数字转换每当我们处理产生模拟输出的传感器时，通常需要（例如：LM35温度传感器），这是各种传感器的情况。在处理此类传感器时，我们必须将其中的模拟信号转换为出来的数字词和零的数字词，以便我们的微控制器可以处理它并根据它做出决定。为此，我们需要一个名为ADC的设备（模拟到数字转换器）幸运的是，许多控制器现在拥有此设备内置。

在本文中，我们将学习如何使用Atmega32的ADC将模拟信号转换为数字信号。作为模拟信号的示例，我们将使用LM35温度传感器的输出信号。在本文结束时，我们将能够简单的火灾报警当温度超过某个极限（60℃）时，会触发蜂鸣器摄氏度（例如）。

ADC参考电压

参考电压是您期望从ADC输入通道上的传感器接收到的最大电压。在Atmega32中，您可以使用三种源之一作为参考电压:

来自Atmega32 MCU的内部电压。该电压设置为2.56V，无法更改。
AVCC引脚可以是您的参考电压，但该引脚必须连接到VCC，在这种情况下，您的参考电压是VCC
最后，您可以使用您自己定制的参考电压，通过连接与您想要的参考电压相同的电压源到引脚AREF (pin32)。

在配置时，在这三个参考电压之间进行选择ADMUX注册，我们将在本文后面解释。我们将使用内部电压选项。

硬件要求：

在使用Atmeg32的ADC之前，电路中需要一些硬件连接，以便获得最佳结果：

你应该确保引脚(10和30)是连接的(VCC和AVCC)。这是因为ADC从AVCC引脚获得电源。
如果转换精度始终至关重要，最好在2个引脚之间连接一个线圈，在AVCC和GND之间连接一个电容器。这两种连接使ADC的电源电压更加稳定，并且不容易因噪声而波动。
此外，在AREF和GND之间连接一个电容是更好的，这样ADC的参考电压更稳定，不受噪声的影响。(即使您选择使用内部电压或AVCC)
如果您要使用外部参考电压，那么您应该将其连接到ISF引脚。在本文中，我们将使用内部参考电压，因此我们不需要此步骤。

ADC输入通道

Atmega32的ADC最多可以接受八个通道的输入。这意味着您可以将多达8个模拟输入信号连接到Atmega32 ADC，但在每次转换时，只有一个通道输入被转换。因此，在每次转换时，您应该在开始转换之前首先选择要转换的输入通道。这也是在ADMUX登记。

输入通道通过ATmega32端口A的引脚进行多路复用。这些是销（33至40）

lm35dz.

LM35D是一种温度传感器LM35温度传感器系列的一部分。如下图所示，它有3个管脚。其中Vs连接到高压（VCC），GND连接到GND，Vout连接到Atmega32 ADC的输入通道

重要的提示：上面的引脚图(与数据表相同)显示了底部视图中的传感器引脚。因此，注意不要以反向的引脚顺序连接传感器。

LM35输出电压与温度线性成比例。它将每个1摄氏度的程度代表10 mV，因此如果温度为20摄氏度，则LM35的输出电压将是（20 * 10mV = 200mV）。

当LM35如上所述连接时，它可以检测2到150摄氏度之间的温度，这意味着最大输出电压为（150*10mV=1500mV=1.5V）。这意味着我们应该使用1.5V的参考电压以获得最佳精度。但是，为了简单起见，我们可以使用内部电压（2.56V）这就是我们在本文中要做的。

温度计算

这个Atmega32模数转换器具有10位的分辨率，这意味着ADC的输出将是10位二进制字。这也意味着ADC的最大输出将是二进制1111.1111.11，对应于十进制1023的值。

现在，由于ADC的最大输出为1023，最大输入为2.56（参考电压），因此我们可以使用以下等式计算对应的ADC输出到10mV的输入：

因此，每10mV会使ADC输出一个值为4，由于10mV对应1摄氏度，那么每摄氏度会使ADC输出一个值为4。因此，如果温度是20摄氏度，ADC的输出将是(20*4=80)，在二进制中是(0001.0100.00)。我们将从ADCH和ADCL寄存器读取这个值，我们将对此进行解释。
因此，作为我们案例中的结论，我们可以使用以下等式计算ADC输出的温度值：

软件要求

现在，让我们来了解Atmega32上的ADC软件配置

要在Atmeg32上启用模拟数字转换器，我们需要做以下步骤:

在ADMUX寄存器(ADC多路复用器选择寄存器):
1. 将两个位（refs1＆refs0）设置为一个。这告诉Atmega32使用2.56的内部电压作为参考电压。
2. 将Adlar位清除为零。这将留下调整ADC输出（将在稍后解释读取ADC输出)
3. 通过设置5位(MUX0…MUX4)的值来选择ADC输入通道。在本文中，我们将把它们全部清除为零，以选择第一个输入通道。这个通道是端口A的第一个引脚，是Atmega32 IC的引脚40，如果你想使用另一个通道，请查看下表，以知道这些位的正确值。

MUX0…MUX4	ADC输入通道
00000	ADC0.
00001	ADC1.
00010	ADC2.
00011	ADC3.
00100	ADC4.
00101	ADC5.
00110	ADC6.
00111	ADC7.

ADMUX寄存器
REFS1	REFS0	达尔	MUX4	MUX3	MUX2	MUX1	MUX0
1.	1.	0	0	0	0	0	0

在ADCSRA寄存器（ADC状态寄存器A）中：
1. 将位ADEN设置为1。这将启用ADC。
2. ADC模块需要一个时钟来工作，它从MCU时钟中获取这个时钟。然而，MCU时钟在被馈送到ADC之前被除以一个因子。这个因子是由ADCSRA寄存器中的位(ADPS2, ADPS1, ADPS0)决定的。在本文中，我们将把这三位设为1，使除法因子为128。如果您想使用另一个除法因子，请检查下表中这些位的正确值。

ADPS2	ADPS1	ADPS0	划分因子
0	0	0	2.
0	0	1.	2.
0	1.	0	4.
0	1.	1.	8.
1.	0	0	16
1.	0	1.	32
1.	1.	0	64
1.	1.	1.	128

ADCSRA寄存器
亚丁	Adsc.	ADATE	阿迪夫	艾迪	ADPS2	ADPS1	ADPS0
1.	0	0	0	0	1.	1.	1.

开始转换并读取ADC输出

要启动模拟到数字信号转换，我们将^thADCSRA中的位（ADSC位）为1。ADC立即开始从输入通道读取模拟信号（如上所述，在ADMUX中指定），并将其转换为数字10位字。完成转换后，ADSC位再次清零，ADC模块将转换输出（10位）写入两个名为ADCH和ADCL的寄存器。位的组织如下图所示。

注意ADLAR=0和ADLAR=1之间的区别。在本文中，我们在ADMUX寄存器中设置ADLAR=0。

如果ADLAR=0：

–	–	–	–	–	–	ADC9.	ADC8.	ad
ADC7.	ADC6.	ADC5.	ADC4.	ADC3.	ADC2.	ADC1.	ADC0.	ADCL.

如果ADLAR=1：

ADC9.	ADC8.	ADC7.	ADC6.	ADC5.	ADC4.	ADC3.	ADC2.	ad
ADC1.	ADC0.	–	–	–	–	–	–	ADCL.

在读取ADC输出时，我们应该先读取ADCL，然后再读取ADCH。这是因为读取ADCL会通知ADC模块读取过程正在进行，因此在读取ADCH之前不会发生转换。

在我们的程序中，我们将使用第一个ADC通道将LM35的输出从模拟转换为数字，当温度超过60摄氏度时，我们将打开连接在D端口引脚5的蜂鸣器。

以下是用于演示的电路的原理图，程序代码，电路图片和视频。

线路图

程序/代码

#define get_bit(reg,bitnum) ((reg & (1<>bitnum) #include  int main(void) {int ADCOut=0;char温度;DDRD = 0 b00010000;//设置端口D的引脚4作为输出来控制蜂鸣器DDRA&=~(1<<0);ADMUX = 0 b11000000;ADCSRA = 0 b10000111;而(1){ADCSRA | = (1 < < 6);//设置位6 n ADCSRA开始转换，同时(get_bit(ADCSRA,6)==1) //轮询位6 n ADCSRA直到它再次归零{}ADCOut=ADCL|(ADCH<<8);//将ADC读取保存为整型变量ADCOut。必须像这里写的那样首先读取ADCL。 Temperature=ADCOut/4; // Calculate Temperature if (Temperature>=60) // Check if temperature is above 60 Celsius degrees { PORTD|=(1<<4); //turn on the buzzer } else { PORTD&=~(1<<4); //turn off the buzzer } } }

输出照片

我在我的AVR开发板上实现了这个电路。如果您有任何疑问，请随时在评论部分提问。

演示视频

我希望你们都喜欢我的教程!

如何在AVR中使用ADC（模拟到数字转换器） - ATMEGA32

3.注释