ADC chuyển đổi một điện ỏp tương tự lối vào thành một giỏ trị 10 bit bằng phương phỏp xấp xỉ liờn tiếp. Giỏ trị nhỏ nhất là GND và giỏ trị lớn nhất là giỏ trị điện ỏp trờn chõn AREF trừ đi 1 LSB. Điện ỏp trờn AREF cú thể là AVCC hoặc điện ỏp tham chiếu trong 2,56V bằng cỏch đặt cỏc bit REFSn trong thanh ghi ADMUX.
Kờnh vào tương tự và khuếch đại vi sai được chọn bằng cỏch thiết lập cỏc bit MUX trong ADMUX. Bất kỳ một chõn ADC nào, kể cả chõn đất và dải điện
ỏp tham chiếu cố định, đều cú thể được chọn như một kờnh đơn tới ADC. Cỏc lối vào của ADC cú thể là cỏc lối vào dương và õm của bộ khuếch đại vi sai.
Kớch hoạt ADC bằng cỏch đặt bit ADEN trong ADCSRA. Điện ỏp tham chiếu và chọn kờnh lối vào sẽ khụng cú tỏc dụng nếu ADEN khụng được đặt. ADC khụng tiờu tốn năng lượng khi ADEN bị xúa, vỡ vậy cần tắt ADC trước khi đưa vi điều khiển vào trạng thỏi tiết kiệm điện.
Kết quả ADC 10 bit được lưu trong thanh ghi dữ liệu ADC là ADCH và ADCL. Khi hoàn thành quỏ trỡnh chuyển đổi, ADC sẽ tự tạo ra xung ngắt, thậm chớ ngay cả khi mất kết quả.
Quỏ trỡnh chuyển đổi được bắt đầu bằng cỏch ghi mức logic "1" vào bit khởi động chuyển đổi ADSC. Bit này giữ ở mức cao trong suốt quỏ trỡnh chuyển đổi và tự động xúa khi quỏ trỡnh chuyển đổi kết thỳc. Nếu một kờnh dữ liệu khỏc được chọn trong khi một quỏ trỡnh chuyển đổi đang thực hiện, ADC sẽ hoàn thành quỏ trỡnh chuyển đổi đang thực hiện, sau đú mới thực hiện chuyển đổi kờnh.
Ngoài ra, một quỏ trỡnh chuyển đổi cú thể được bắt đầu tự động bởi nhiều nguồn khỏc nhau. Quỏ trỡnh chuyển đổi tự động được kớch hoạt khi đặt bit tự động kớch hoạt ADATE trong thanh ghi ADCSRA. Nguồn kớch được chọn thụng qua bit chọn nguồn kớch ADTS trong thanh ghi SFIOR. Khi một sườn xung dương xuất hiện trong nguồn tớn hiệu kớch được chọn, bộ chia tần ADC sẽ được reset và quỏ trỡnh chuyển đổi bắt đầu. Điều này giỳp ta cú thể thực hiện quỏ trỡnh chuyển đổi trong cỏc khoảng thời gian cố định nào đú. Nếu tớn hiệu kớch vẫn được đặt khi quỏ trỡnh chuyển đổi hoàn thành, thỡ tớn hiệu đú khụng được dựng để kớch cho một quỏ trỡnh chuyển đổi mới. Nếu một sườn xung dương xuất hiện trong khi quỏ trỡnh chuyển đổi đang diễn ra, tớn hiệu đú sẽ bị bỏ qua. Cờ ngắt vẫn được đặt ngay cả khi ngắt riờng bị tắt hoặc bit kớch hoạt ngắt trong SREG bị xúa. Vỡ vậy, quỏ trỡnh ngắt cú thể được kớch mà khụng tạo ra ngắt. Tuy nhiờn cần xúa cờ ngắt để cú thể bắt đầu một quỏ trỡnh chuyển đổi ở ngắt tiếp theo.