Как соединить автономный многоканальный adc с последовательным?

Я хочу получить показания метеодатчиков и превратить 16-мегагерцевую ардуину на базе avr (у меня mega, но, похоже, это не имеет большого значения по сравнению с uno) в многоканальный осциллограф.

Сведения о задаче. Желаемая скорость передачи данных составляет от 8 (uno) до 16 (мега) аналоговых каналов, разделенных на 4–16 операций чтения в секунду. Дополнительный ацп "скоростной потенциал" надо тратить на подведение на ардуино. Предварительная шкала почти не нужна. Каждое чтение 32-битное, младший бит всегда обнуляется. Кроме того, между пакетами есть 0xffffffff (самый простой бинарный прототип, я действительно ненавижу эти низкокачественные медленные ascii, но это личное и оффтоп). Итак, теперь у вас есть установка и цель, чтобы не переходить к моему простому наброску

// определяет для установки и очистки битов регистра
#ifndef cbi
#define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))
#endif
#ifndef sbi
#define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))
#endif


// пакет начинается после индикатора и идет до следующего такого индикатора.
const long packetStartIndicator = 0xFFFFFFFFl;

// значения представляют собой целые числа с фиксированной точкой 0..65534 (с младшим битом всегда очищается)
// такое решение принято потому, что младший бит почти всегда == шум;
// также это самая простая схема разбиения пакетов
const long packetValueMask = 0xFFFFFFFEl;

const int numPins = 8;

long sensorValues[numPins+1];

// TODO: настроить это с хоста через последовательный порт (внутри установки)
int pinNumbers[] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8};
//int pinNumbers[] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15};


// 1 чтение — это 10 бит. мы можем сделать 2 ^ 6 == 64 чтения и суммировать их (дополнить до полных 16 бит, чтобы сделать цифровую экспозицию)
// обд. 1 чтение считается как 16 бит, для удобства хоста (независимо от реального АЦП)
// суммируем как 256 16-битных показаний, чтобы получить 24-битное значение. отправить как 32-битную переменную.
const int adcOrder = 10;
const int readingsOrder = 8;
const int targetOrder = 24;
const int numReadings = 1 << readingsOrder; //64;


void setup() {
  // TODO: сбросить ADCSRA, иначе это не сработает. Также: получить подсказку о режиме свободного запуска
// частота дискретизации [тактовая частота АЦП] / [предварительный делитель] / [тактовая частота преобразования]
// для Arduino Uno тактовая частота АЦП составляет 16 МГц, а преобразование занимает 13 тактовых циклов
//ADCSRA |= (1 << ADPS2) | (1<<ADPS0); // 32 предделителя для 38,5 кГц
//ADCSRA |= (1 << ADPS2); // 16 предделителей для 76,9 кГц
//ADCSRA |= (1 << ADPS1) | (1<<ADPS0); // 8 предделителей для 153,8 кГц


//sbi(ADCSRA,ADPS2); cbi(ADCSRA,ADPS1); sbi(ADCSRA,ADPS0); // установите предварительную шкалу на 32 для 38,5 кГц
//sbi(ADCSRA,ADPS2); cbi(ADCSRA,ADPS1); cbi(ADCSRA,ADPS0); // установите предварительную шкалу на 16 для 76,9 кГц
//cbi(ADCSRA,ADPS2); sbi(ADCSRA,ADPS1); sbi(ADCSRA,ADPS0); // установите предварительную шкалу на 8 для 153,8 кГц


  sensorValues[numPins] = packetStartIndicator;
  //аналоговое разрешение чтения (10);
  Serial.begin(115200, SERIAL_8N1);
  //Serial.begin(250000, SERIAL_8N1);
  //Serial.begin(500000, SERIAL_8N1);
}


void zero_values() {
  int i;
  for(i=0; i<numPins; i++) {
    sensorValues[i] = 0;
  }
}

void clear_lsb() {
  int i;
  int shiftOrder = targetOrder - (adcOrder + readingsOrder);
  for(i=0; i<numPins; i++) {
    sensorValues[i] <<= shiftOrder;
    sensorValues[i] &= packetValueMask;
  }
}

void serial_write() {
  Serial.write( (uint8_t*)sensorValues, sizeof(long)*(numPins+1) );
}

void loop() {
  int i, j; 
  zero_values();
  for(i=0; i<numPins; i++) {
    for (j=0;j<numReadings; j++) {
      sensorValues[i] += analogRead(pinNumbers[i]);
    }
  }
  clear_lsb();
  serial_write();
}

Я не умею читать спецификации avr и не разбираюсь во внутреннем устройстве. Мой вопрос связан с моим желанием перевести его в режим фрирана. Мне очень не нравится AnalogRead, кажется, его писали настоящие джуниоры, и он очень медленный. Режим свободного запуска AFAIK - это то, когда у вас есть функция прерывания, когда выполняется преобразование. Я чувствую (не знаю, но действительно чувствую), что работа с последовательным внутренним прерыванием - плохая идея. Как, говоря простыми словами, это можно переработать в ISR на основе событий с отправкой по последовательному каналу, когда вы встретите в своем прерывании следующее: currentPin == lastPin && currentReading == numReading означает, что вы суммировали желаемое количество показаний, и это последний вывод, поэтому пришло время опубликовать его по серийному номеру.