Arduino Mega 2560能够读取0 ~ 5V的电压，并转换为10bit即0~1023级的数字信号。这怎么理解呢？

如上图，若分辨率为2bit(即2²) ，意味着将5V分为0~3级的数字信号，每级精度是5V /4 = 1250mV。如果分辨率为10bit，即0~1023，每级是5V / 1024 = 4.88mV；如果是12bit，即0~4096，每级是5V / 4096 = 1.22mV。分辨率越高，每级分得越小，精度就越高。

得到0~1023级测量结果后，在程序内简单转化一下(没有复杂函数，只用乘除法)，就能直观读出电压。接线图如下：

问题来了，怎样显示电压呢？这里使用最简单的IDE串口监视器，连着开发板，直接在电脑屏幕上显示，但我们先要使用Serial.begin()启动串口通信，然后通过Serial.print()将电压在屏幕打印出来：

/*

作者：Ardui.Co

效果：串口显示模拟端口的电压值

版本：1.0

更新时间：2017年1月8日

*/

void setup()

{

Serial.begin(9600); //指定串口通讯比特率为9600

}

void loop()

{

int v = analogRead(A0); //从A0口读取电压，模拟端口电压测量范围为0-5V，返回的值为0-1024

float volt = v * (5.0 / 1024.0); //将返回值换算成电压

Serial.print(volt); //串口输出电压值

Serial.println(" V"); //输出单位，并且换行

delay(1000); //输出后等待1s，降低刷新速度

}

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/*

作者：Ardui.Co

效果：串口显示模拟端口的电压值

版本：1.0

更新时间：2017年1月8日

*/

voidsetup()

{

Serial.begin(9600);//指定串口通讯比特率为9600

}

voidloop()

{

intv=analogRead(A0);//从A0口读取电压，模拟端口电压测量范围为0-5V，返回的值为0-1024

floatvolt=v*(5.0/1024.0);//将返回值换算成电压

Serial.print(volt);//串口输出电压值

Serial.println(" V");//输出单位，并且换行

delay(1000);//输出后等待1s，降低刷新速度

}

通过A0读取电压范围不能超过5V，否则会损坏开发板，但要测量更高的电压怎么办？其实，我们可以通过分压电路来实现：

根据欧姆定律，Va0 = V *  R1/(R1+R2) = V * 10/20 = 1/2 V

即： V =  2 Va0

因此调整一下换算语句就能得出实际电压：

float volt = v * (5.0 / 1024.0) * 2

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floatvolt=v*(5.0/1024.0)*2

但经过分压电路的测量会降低分辨率(R1+R2)/ R1倍(上述电路为2倍)，如果分压式电阻R1 = 10K，R2 = 20K，可以测量0 ~ 15V，但分辨率降低3倍。换句话说，分压测量越高的电压，分辨率就越底。

我们会用温度传感器实验，来介绍ADC的分辨率，同时会学到怎样利用Arduino内部参考电压提高测量精度。

LM35是美国国家半导体(现被TI收购)推出的精密温度传感，其信号输出为模拟量：电压值与温度(摄氏)呈正比。不仅体积非常小(常见TO-92封装)，而且不需额外的校正，就能获得较高的精度。

其主要特性：

供电电压：4~35V

工作范围：与芯片有关，LM35A为-55~150°C 常见LM35D为0~100°C

测量范围：与封装和电路有关，常用TO-92为2 ~150°C

测量精度：与芯片有关，LM35A性能最优，这次实验用的LM35D最差，其典型值为±0.8°C，最大值±2°C

电压与温度的关系： Vout = Temperature × 10mV/°C

想了解更多，可以参考官方 DataSheet。接线方式如下：

电压转换方式：

Vin为输入(被测量)电压；Vref是参考电压，若不设置就是供电电压，Arduino Mega 2560为5V；resolution是模拟端口的ADC bit，Arduino Mega 2560模拟端口为10bit，Result为模拟端口的测量结果，数值为0~1023。程序如下：

/*

作者：Ardui.Co

效果：LM35 简单温度测量

版本：1.0

更新时间：2017年1月9日

*/

int LM35 = A0; //指定A0端口读取LM35

float Vin; //存储传感器电压

float temperature; //存储温度测量结果

void setup()

{

Serial.begin(9600); //初始化串口连接

}

void loop()

{

Vin = analogRead(LM35) * 5.0 / 1024; //计算出A0的电压，单位为V

temperature = Vin * 1000.0 / 10.0; //将A0电压要转换成mV，根据LM35转换系数10mV/°C，除以10，得出温度

Serial.print("Temperature: "); //在串口监视器输出结果

Serial.print(temperature);

Serial.println(" *C");

delay(500); //延时0.5s

}

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/*

作者：Ardui.Co

效果：LM35 简单温度测量

版本：1.0

更新时间：2017年1月9日

*/

intLM35=A0;//指定A0端口读取LM35

floatVin;//存储传感器电压

floattemperature;//存储温度测量结果

voidsetup()

{

Serial.begin(9600);//初始化串口连接

}

voidloop()

{

Vin=analogRead(LM35)*5.0/1024;//计算出A0的电压，单位为V

temperature=Vin*1000.0/10.0;//将A0电压要转换成mV，根据LM35转换系数10mV/°C，除以10，得出温度

Serial.print("Temperature: ");//在串口监视器输出结果

Serial.print(temperature);

Serial.println(" *C");

delay(500);//延时0.5s

}

ADC测量精度问题：

对于5V参考电压来说，每级为5V / 1024 = 4.88mV，转化为温度，每级分辨率就是0.488 °C。如果环境温度为T，Arduino Mega 2560的测量结果是0.488 Result，但Result是0 ~ 1023的正整数，误差τ就是

τ = T mod 0.488 (mod为求余运算)

Arduino Mega 2560内置了1.1v参考电压，使用这个参考电压，每级为1.1V / 1024  = 1.07mV，每级分辨率提高到0.107°C。

如果环境温度为10°C，取5V参考电压的分辨率为0.24°C，取1.1V参考电压则为0.049°C；如果环境温度为25°C，取5V参考电压的误差为0.112°C，取1.1V参考电压则为0.069°C。

接线不变，调整一下程序，引入Arduino的内部参考电压：

/*

作者：Ardui.Co

效果：LM35 使用1.1内部参考电压提高分辨率

版本：1.0

更新时间：2017年1月9日

*/

int LM35 = A0; //指定A0端口读取LM35

float Vin; //存储传感器电压

float temperature; //存储温度测量结果

void setup()

{

analogReference(INTERNAL); //使用内部参考电压

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

Vin = analogRead(LM35) * 1.1 / 1024; //计算出A0的电压，单位为V

temperature = Vin * 1000.0 / 10.0; //将A0电压要转换成mV，根据LM35转换系数10mV/°C，除以10，得出温度

Serial.print("Temperature: "); //在串口监视器输出结果

Serial.print(temperature);

Serial.println(" *C");

delay(500);

}

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/*

作者：Ardui.Co

效果：LM35 使用1.1内部参考电压提高分辨率

版本：1.0

更新时间：2017年1月9日

*/

intLM35=A0;//指定A0端口读取LM35

floatVin;//存储传感器电压

floattemperature;//存储温度测量结果

voidsetup()

{

analogReference(INTERNAL);//使用内部参考电压

Serial.begin(9600);

}

voidloop()

{

Vin=analogRead(LM35)*1.1/1024;//计算出A0的电压，单位为V

temperature=Vin*1000.0/10.0;//将A0电压要转换成mV，根据LM35转换系数10mV/°C，除以10，得出温度

Serial.print("Temperature: ");//在串口监视器输出结果

Serial.print(temperature);

Serial.println(" *C");

delay(500);

}

参考电压稳定性：

由于参考电压跟Vin和温度成正比，实际中的电源电压往往十分不稳定，电池电压会随着电量变化(比如：单个锂离子放电电压约为4.25V ~ 2.95V)，开关电源会有50 ~ 200mV纹波，常见的USB电源在不同负载上约有±4%的变化。

但别以为用Arduino Mega 2560内部参考电压就万事大吉，其误差更高达5%。因此，使用内部基准源在提高分辨能力的同时，也引入了额外的测量误差，所以要用稳定性高的参考电压。

其实，也有一个折中的方案。Arduino Mega 2560内部提供了一块LDO(低压差稳压IC)，为3.3V端口供电。LDO一般为德州仪器的 LP2985-33DBVR，其误差小于1.5%，用它来做外部参考电压，相对5V来说分辨率更高，相对1.1V内部参考电压来说，测量误差更小。

要使用外部参考电压，将Aref连接到3.3V端口：

我们将3.3V的端口跟Aref链接，并在内部程序中声明：

/*

作者：Ardui.Co

效果：LM35 使用3.3外部参考电压提高分辨率

版本：1.0

更新时间：2017年1月10日

*/

int LM35 = A0; //指定A0端口读取LM35

float Vin; //存储传感器电压

float temperature; //存储温度测量结果

void setup()

{

analogReference(EXTERNAL); //使用内部参考电压

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

Vin = analogRead(LM35) * 3.3 / 1024; //计算出A0的电压，单位为V

temperature = Vin * 1000.0 / 10.0; //将A0电压要转换成mV，根据LM35转换系数10mV/°C，除以10，得出温度

Serial.print("Temperature: "); //在串口监视器输出结果

Serial.print(temperature);

Serial.println(" *C");

delay(500);

}

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作者：Ardui.Co

效果：LM35 使用3.3外部参考电压提高分辨率

版本：1.0

更新时间：2017年1月10日

*/

intLM35=A0;//指定A0端口读取LM35

floatVin;//存储传感器电压

floattemperature;//存储温度测量结果

voidsetup()

{

analogReference(EXTERNAL);//使用内部参考电压

Serial.begin(9600);

}

voidloop()

{

Vin=analogRead(LM35)*3.3/1024;//计算出A0的电压，单位为V

temperature=Vin*1000.0/10.0;//将A0电压要转换成mV，根据LM35转换系数10mV/°C，除以10，得出温度

Serial.print("Temperature: ");//在串口监视器输出结果

Serial.print(temperature);

Serial.println(" *C");

delay(500);

}

我们还可以Aref连接到Arduino开发板之外的参考源上，以获取更精确的测量结果。

另外，要提高的分辨率，除了改变参考电压，也可以采用高位数的ADC芯片，不少精密ADC可达16bit以上分辨率。

参考链接