Bộ chuyển đổi ADC có chức năng chuyển đổi tín hiệu tương tự (analog signal) có giá trị thay đổi trong một dải biết trước thành tín hiệu số (digital signal). ATxmega128a1 có 2 bộ ADC với độ phân giải 12 bit, có thể biến đổi trên 2 triệu mẫu trên một giây.
Bộ ADC được thiết kế cho các mức mẫu cao ở tốc độ xung thấp, và di chuyển hạn chế các mẫu ở độ trễ thích hợp. Điều này có nghĩa là một điện áp tương tự mới có thể được lấy mẫu và một kết quả chuyển đổi ADC được bắt đầu trong khi các mẫu ADC khác tiếp tục được thực hiện. Bộ đo ADC có thể được chuyển đổi bởi ứng dụng phần mềm hoặc từ ngõ vào bởi thiết bị ngoại vi. Bốn thanh ghi kết quả khác nhau với lựa chọn ngõ vào riêng biệt (MUX) được cung cấp để việc chuyển đổi được dễ dàng hơn cho ứng dụng lưu trữ dữ liệu chuyển đổi. Một thanh ghi kết quả và ngõ lựa chọn MUX được tham chiếu như một kênh ADC. Điều này có thể sử dụng DMA để chuyển trực tiếp kết quả ADC vào dữ liệu hoặc các ngoại vi khi giao tiếp được thực hiện. Cả hai điện áp tham chiếu trong và ngồi đều có thể được sử dụng. Vì vậy một điện áp tham chiếu ngõ vào 1v là có thể. Bộ chuyển đổi ADC cịn tích hợp một cảm biến nhiệt độ ở bên trong được kích hoạt và từ ngõ ra nên có thể đo được cho bộ ADC. Ngoài ra bộ DAC, Vcc/10 và điện áp Bandgap cịn có thể đo bởi bộ ADC.
Bộ ADC có thể được cấu hình là 8 hoặc 12 bit, thời gian tối thiểu cho 12 bit là 3,5 μs và 8 bit là 2,5 μs.
PORTA và PORTB mỗi port chứa một bộ ADC và ký hiệu là ADCA và ADCB.