ATmega328 - АЦП

АЦП позволяет считывать аналоговый сигнал и переводить его в цифровой, благодаря этому можно аналоговым сигналом, например от потенциометра, управлять работой микроконтроллера.

Выбор канала для считывания сигнала;
Запуск преобразования (считывания сигнала);
Ожидание пока преобразование закончится;
Запись считанного значения в переменную.

ATmega328 имеет 6 каналов для считывания аналогового сигнала ADC5 (28) - ADC0 (23). А также еще два вывода: на AREF (21) подается опорное напряжение, а на AVCC (20) питание для аналоговой части. Если нужны точные измерения, то к AVCC можно подвести отдельное питание без помех, если точность не критична, то можно подключить к питанию микроконтроллера.

Регистры АЦП

ADMUX - регистр настройки мультиплексора;
ADCSRA - управляющий и статусный регистр;
ADCSRB - управляющий регистр;
ADCH и ADCL - регистры в которых записывается значение АЦП.

Регистр ADMUX

Включает в себя следующее
Номер бита	7	6	5	4	3	2	1	0
Название	REFS1	REFS0	ADLAR	-	MUX3	MUX2	MUX1	MUX0

**REFS1**, **REFS0** - выбор опорного напряжения
REFS1	REFS0	Описание
0	0	Внешний источник питания на AREF (21), внутренний отключен
0	1	Внешний источник питания на AVCC (20), с внешним конденсатором на AREF (21)
1	0	-
1	1	Внутренний источник опорного напряжения 1,1 В с внешним конденсатором на AREF (21)

ADLAR - коррекция представления в регистре данных. Так как АЦП имеет разрядность 10 бит, то входящее 10-битное значение разбивается на два регистра ADCH и ADCL и в зависимости от значения ADLAR сдвигается. Если в ADLAR записать 1, 8 бит будет в ADCH и 2 в ADCL, если 0 - то 8 бит будет в ADCL и 2 в ADCH. Если не нужна высока точность (больше 8 бит), то можно сделать ADLAR = 1 и взять старшие 8 бит из регистра ADCH.

ADLAR = 1
ADCH	9	8	7	6	5	4	3	2
ADCL	1	0	-	-	-	-	-	-

ADLAR = 0
ADCH	-	-	-	-	-	-	9	8
ADCL	7	6	5	4	3	2	1	0

**MUX3**, **MUX2**, **MUX1**, **MUX0** - выбор аналогового канала. Значение этих битов определяет, какие аналоговые входы подключены к АЦП
MUX3	MUX2	MUX1	MUX0	Описание
0	0	0	0	ADC0
0	0	0	1	ADC1
0	0	1	0	ADC2
0	0	1	1	ADC3
0	1	0	0	ADC4
0	1	0	1	ADC5
1	0	0	0	Temperature sensor

Регистр ADCSRA

Включает в себя следующее
Номер бита	7	6	5	4	3	2	1	0
Название	ADEN	ADSC	ADATE	ADIF	ADIE	ADPS2	ADPS1	ADPS0

ADEN - включение/выключение АЦП.

ADSC - запуск преобразования АЦП. В режиме одиночного преобразования нужно записать единицу в этот бит, чтобы начать преобразование. В режиме свободного запуска нужно записать единицу в этот бит, чтобы начать первое преобразование.

ADATE - включение автоматического запуска АЦП. Когда этот бит записывается в единицу, включается автоматическая работа АЦП, то есть значения будут считываться постоянно.

ADIF - флаг прерывания АЦП. Этот бит устанавливается, когда преобразование АЦП завершается и регистры данных обновляются.

ADIE - активация прерывания АЦП.

**ADPS2**, **ADPS1**, **ADPS0** - выбор предделителя АЦП
ADPS2	ADPS1	ADPS0	Описание
0	0	0	Предделитель 2
0	0	1	Предделитель 2
0	1	0	Предделитель 4
0	1	1	Предделитель 8
1	0	0	Предделитель 16
1	0	1	Предделитель 32
1	1	0	Предделитель 64
1	1	1	Предделитель 128

Регистр ADCSRB

Включает в себя следующее
Номер бита	7	6	5	4	3	2	1	0
Название	-	ACME	-	-	-	ADTS2	ADTS1	ADTS0

**ADTS2**, **ADTS1**, **ADTS0** - источник автоматического запуска преобразования. Действует, когда в **ADATE** записана единица.
ADTS2	ADTS1	ADTS0	Описание
0	0	0	Режим свободного запуска
0	0	1	Совпадение по аналоговому компаратору
0	1	0	Внешнее прерывание 0
0	1	1	При совпадении с регистром сравнения A таймера 0
1	0	0	При переполнении таймера 0
1	0	1	При совпадении с регистром сравнения B таймера 1
1	1	0	При переполнении таймера 1
1	1	1	При событии захвата таймера 1

Примеры

Минимальный код для работы АЦП. Опорное напряжение с AREF, аналоговый сигнал считывается с ADC0.

#define F_CPU 16000000UL //частота работы микроконтроллера
#include <util/delay.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

void adc_init(){
  ADMUX = 0;
  ADCSRA = 0;
  ADCSRB = 0;
  
  ADMUX|= (1 << ADLAR); //значение в ADCH
  ADCSRA|=(1 << ADEN);  //включение АЦП
}

int main(void){
  adc_init();

  while (1){
    ADCSRA |= (1 << ADSC);        //запуск преобразования
    while(ADCSRA & (1 << ADSC));  //проверка, закончилось ли аналого-цифровое преобразование
    value_adc = ADCH;                   //считывание значения в переменную
  }
}

Считывание аналогового сигнала с нескольких каналов и с усреднением значений

#define F_CPU 16000000UL //частота работы микроконтроллера
#include <util/delay.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

uint8_t adc_in_0 = 0;
uint8_t adc_average_0 = 0;
uint8_t adc_out_0 = 0;

uint8_t adc_in_1 = 0;
uint8_t adc_average_1 = 0;
uint8_t adc_out_1 = 0;

uint8_t adc_in_2 = 0;
uint8_t adc_average_2 = 0;
uint8_t adc_out_2 = 0;
  
float coef =0.5;
  
  
void adc_init(){
  ADMUX = 0;
  ADCSRA = 0;
  ADCSRB = 0;
  
  ADMUX|= (1 << ADLAR); //значение в ADCH
  ADCSRA|=(1 << ADEN);  //включение АЦП
}

int main(void){
  adc_init();

  while (1){
    //выбор канала ADC0
    ADMUX &= ~(1 << MUX0);
    ADMUX &= ~(1 << MUX1);
    ADMUX &= ~(1 << MUX2);
    ADMUX &= ~(1 << MUX3);
    
    ADCSRA |= (1 << ADSC);        //запуск преобразования
    while(ADCSRA & (1 << ADSC));  //проверка, закончилось ли аналого-цифровое преобразование
    adc_in_0 = ADCH;
    adc_average_0 += (adc_in_0 - adc_average_0) * coef;
    adc_out_0 = adc_average_0;

    //выбор канала ADC1
    ADMUX |= (1 << MUX0);
    ADMUX &= ~(1 << MUX1);
    ADMUX &= ~(1 << MUX2);
    ADMUX &= ~(1 << MUX3);
    
    ADCSRA |= (1 << ADSC);          //запуск преобразования
    while((ADCSRA & (1 << ADSC)));  //проверка, закончилось ли аналого-цифровое преобразование
    adc_in_1 = ADCH;
    adc_average_1 += (adc_in_1 - adc_average_1) * coef;
    adc_out_1 = adc_average_1;

    //выбор канала ADC2
    ADMUX &= ~(1 << MUX0);
    ADMUX |= (1 << MUX1);
    ADMUX &= ~(1 << MUX2);
    ADMUX &= ~(1 << MUX3);
    
    ADCSRA |= (1 << ADSC);        //запуск преобразования
    while(ADCSRA & (1 << ADSC));  //проверка, закончилось ли аналого-цифровое преобразование
    adc_in_2 = ADCH;
    adc_average_2 += (adc_in_2 - adc_average_2) * coef;
    adc_out_2 = adc_average_2;
  }
}

Управление скважностью ШИМ сигнала с помощью потенциометра

#define F_CPU 16000000UL //частота работы микроконтроллера
#include <util/delay.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

int ctrl = 0;

uint8_t adc_in_0 = 0;
uint8_t adc_average_0 = 0;
uint8_t adc_out_0 = 0;

uint8_t adc_in_1 = 0;
uint8_t adc_average_1 = 0;
uint8_t adc_out_1 = 0;

uint8_t adc_in_2 = 0;
uint8_t adc_average_2 = 0;
uint8_t adc_out_2 = 0;
  
float coef =0.5;
  
  
void adc_init(){
  ADMUX = 0;
  ADCSRA = 0;
  ADCSRB = 0;
  
  ADMUX|= (1 << ADLAR); //значение в ADCH
  ADCSRA|=(1 << ADEN);  //включение АЦП
}

void timer0_init() {
  TCCR0A = 0;
  TCCR0B = 0;
  TCNT0 = 0;
  
  // Не инверсный режим работы OC0A и OC0B 
  TCCR0A |= (1 << COM0A1);  
  TCCR0A |= (1 << COM0B1);

  TCCR0A |= (1 << WGM00) | (1 << WGM01);  //Режим 3: Быстрый ШИМ, скважность регулируется OCR0A и OCR0B
  TCCR0B |= (1 << CS01) | (1 << CS00);    //64 - 976 ГЦ
  
  OCR0A = 0;
  OCR0B = 0;
}

void timer2_init() {
  
  TCCR2A = 0;
  TCCR2B = 0;
  TCNT2 = 0;
  
  // Не инверсный режим работы OC0B
  TCCR2A |= (1 << COM2B1);
  
  TCCR2A |= (1 << WGM20) | (1 << WGM21);  //Режим 3: Быстрый ШИМ, скважность регулируется OCR2A и OCR2B
  TCCR2B |= (1 << CS22);                  //64 - 976 ГЦ
  
  OCR2B = 0;
}

int main(void)
{
  DDRD |= (1 << PORTD3);
  DDRD |= (1 << PORTD5);
  DDRD |= (1 << PORTD6);
  
  cli();
  adc_init();
  timer0_init();
  timer2_init();
  sei();
  
  while (1){
  ctrl++;
    if (ctrl > 10){
      ctrl = 0;
      
      ADMUX &= ~(1 << MUX0);
      ADMUX &= ~(1 << MUX1);
      ADMUX &= ~(1 << MUX2);
      ADMUX &= ~(1 << MUX3);
      
      ADCSRA |= (1 << ADSC);        //запуск преобразования
      while(ADCSRA & (1 << ADSC));  //проверка, закончилось ли аналого-цифровое преобразование
      potenciometr_in_0 = ADCH;
      potenciometr_average_0 += (potenciometr_in_0 - potenciometr_average_0) * coef;
      if (potenciometr_average_0 < 10 ){
        potenciometr_out_0 = 0;
        DDRD &= ~(1 << PORTD6);
      }
      else{
        DDRD |= (1 << PORTD6);
        potenciometr_out_0 = potenciometr_average_0;
        
      }
      OCR0A = potenciometr_average_0;
      
      
      ADMUX |= (1 << MUX0);
      ADMUX &= ~(1 << MUX1);
      ADMUX &= ~(1 << MUX2);
      ADMUX &= ~(1 << MUX3);
      
      ADCSRA |= (1 << ADSC);          //запуск преобразования
      while((ADCSRA & (1 << ADSC)));  //проверка, закончилось ли аналого-цифровое преобразование
      potenciometr_in_1 = ADCH;
      potenciometr_average_1 += (potenciometr_in_1 - potenciometr_average_1) * coef;
      if (potenciometr_average_1 < 10 ){
        potenciometr_out_1 = 0;
        DDRD &= ~(1 << PORTD5);
      } 
      else{
        DDRD |= (1 << PORTD5);
        potenciometr_out_1 = potenciometr_average_1;
        
      }
      OCR0B = potenciometr_out_1;
      

      ADMUX &= ~(1 << MUX0);
      ADMUX |= (1 << MUX1);
      ADMUX &= ~(1 << MUX2);
      ADMUX &= ~(1 << MUX3);
      
      ADCSRA |= (1 << ADSC);        //запуск преобразования
      while(ADCSRA & (1 << ADSC));  //проверка, закончилось ли аналого-цифровое преобразование
      potenciometr_in_2 = ADCH;
      potenciometr_average_2 += (potenciometr_in_2 - potenciometr_average_2) * coef;
      if (potenciometr_average_2 < 10 ){
        potenciometr_out_2 = 0;
        DDRD &= ~(1 << PORTD3);
      }
      else{
        DDRD |= (1 << PORTD3);
        potenciometr_out_2 = potenciometr_average_2;
              
      }
      OCR2B = potenciometr_average_2;
    }
  }
}