Pada mikrokontroler AVR, terdapat dua mode operasi, yaitu mode Single Conversion dan mode Free Running.

Single Conversion Mode

Pada mode single conversion, kita harus menginisiasi setiap proses konversi. Ketika konversi telah selesai dilakukan, maka hasil akan disimpan di ADCH dan ADCL, dan selanjutnya proses selesai (tidak terdapat proses konversi lagi). Proses ini diinisiasi dengan menulis nilai 1 (set) pada bit ADSC (ADC Start Conversion) pada ADCSRA (ADC Control and Status Register A). ADSC akan tetap bernilai 1 ketika konversi masih dalam proses, dan secara otomatis akan bernilai 0 (clear) ketika konversi telah selesai. Pada single conversion, channel (pin) harus dipilih terlebih dahulu sebelum proses konversi dilakukan. Pemilihan channel dapat dilakukan menggunakan register ADMUX.

Konversi normal membutuhkan waktu selama 13 detak ADC. Konversi pertama setelah ADC di-ON-kan (bit ADEN pada register ADCSRA diset) membutuhkan waktu 25 detak ADC untuk menginisialisasi sirkuit analog yang terlibat.

Free Running Mode

Pada mode ini, segera setelah konversi pertama selesai dilakukan, maka konversi berikutnya segera dilakukan. Kita harus menentukan channel mana yang diinginkan untuk dikonversi dengan mengatur register ADMUX.

Tipe konversi ini sangat berguna ketika kita melakukan sampling pada kecepatan tinggi dan memerlukan kontinuitas. Misalnya, ketika kita ingin mencuplik sinyal suara secara kontinu selama beberapa waktu. Jika dipilih mode single conversion, maka setiap akan melakukan konversi harus didahului dengan inisialisasi. Saat proses inisialisasi ini, beberapa sampel suara akan terbuang, dan data yag diperoleh menjadi tidak akurat.