АЦП може працювати в двох режимах – одиночного і постійного перетворення. У режимі одиночного перетворення кожне перетворення повинно бути запущене користувачем. У режимі постійного перетворення АЦП постійно робить перетворення і модифікує регістр даних АЦП. ADFR біт у ADCSR дозволяє зробити вибір між двома доступними режимами.
АЦП включається шляхом запису логічної одиниці в біт дозволу АЦП - ADEN у ADCSR. Першому перетворенню, що буде почато після дозволу АЦП, буде передувати фіктивне перетворення, щоб ініціалізувати АЦП. Єдина різниця для користувача буде в тому, що це перетворення буде займати на 12 тактів генератора АЦП більше звичайного.
Перетворення починається шляхом запису логічної одиниці в біт початку перетворення АЦП - ADSC. Цей біт залишиться одиницею протягом перетворення й онулюється мікроконтролером при завершенні перетворення. Якщо під час перетворення був обраний інший канал даних, то АЦП закінчить поточне перетворення перед зміною каналу.
Оскільки АЦП генерує 10-розрядний результат, то щоб одержати результат перетворення, повинні читатися два регістри даних – ADCH і ADCL. При читанні даних спочатку повинен читатися ADCL.
Після зчитування ADCL доступ до регістрів даних блокується. Це означає, що якщо був зчитаний ADCL і перетворення завершується до читання ADCH, жоден з регістрів не модифікується, і результат перетворення зберігається. Коли зчитується ADCH, доступ до регістрів ADCL і ADCH дозволяється.
АЦП має власне переривання - ADIF, що може бути викликане при завершенні перетворення. Коли доступ до регістрів даних заборонений між читанням ADCL і ADCH, переривання буде викликатися, навіть якщо це приведе до втрати результату перетворення.
