ATMEGA328p 将模拟值转换为电压

Question

这是官方 ATMEGA328p data sheet 第 261 页的摘录：

如文档所述

      Vin * 1024
ADC = ----------
         Vref

我不明白的是模拟引脚可以为我们提供 10 位。这意味着 0x0 和 0x3ff (1023)

之间的值

所以我不明白为什么文档说 Vin * 1024 而不是 1023。因为对我来说 0v = 0 和 5v = 1023？

Answer 1

0 算作有效读数。 1..1023 是 1023 步加上 0 得到 1024。0x000 代表模拟接地，0x3FF 代表所选参考电压减去 1 LSB。实际上，ADC 并不完美，因为结果可能有 1 个以上的错误计数，使用 1023 或 1024 真的无关紧要。理论上使用 1024 更准确。

Answer 2

是的，这是一个常见的错误。人们认为 10 位 = 2^10 = 1024 因此会有 1024 步，对吗？不，10 位 ADC 最多只能提供 1023 (3FFh) 的输出，因为这是 10 位可以容纳的最大数字。

因此，如果您对 1024 而不是 1023 进行算术运算，则会在计算中引入非常轻微的误差。我自己解决了这个错误，它在生产代码中存在了 10 多年而没有任何人注意到，当我修复这个错误时，也没有人注意到有什么不同 :) 但自然地，我们应该始终努力确保程序的正确性。

Answer 3

5v = 1024，是的，但是你不能用5V参考测量5V，你可以测量的最大值是Vref的1023/1024，即如果Vref=5V，那么最大值是4.995V。这个和所有高于这个的电压将读作 1023 (0x3FF)。

所以，你是对的，Vref 电压需要值 1024，这需要 11 位来存储，但你永远无法使用 ADC 测量该电压。

但是根据the datasheet（第 265 页的 28.9 ADC 特性）ATmega328P 中 ADC 的绝对精度通常为 2.2 LSB，因此您不必担心如果使用 1023 而不是 1LSB 会出现 1LSB 错误1024 作为除数。

但是，使用1024不仅在测量意义上更正确，而且在整数数学上也可以优化，因此不需要复杂的操作，例如除法:

   // convert ADC value into millivolts (assuming Vref is 5000 mV)
   uint16_t result_in_mv = ((uint32_t)adc_result * 5000UL) >> 10;

ATMEGA328p convert analog value to voltage