Arduino Due DAC 输出范围校正：差分放大电路实现 0–3.3V 全量程
元件清单
| 元件 | 规格 | 数量 |
|---|---|---|
| Arduino Due | – | 1 |
| 电容 C1, C2 | 100 nF，陶瓷或聚酯 | 各 1 |
| 电阻 R1, R2 | 100 kΩ、150 kΩ，±1%，¼ W | 各 2 |
| 电阻 R3 | 1.3 kΩ，±1%，¼ W | 1 |
| 电阻 R4 | 6.8 kΩ，±1%，¼ W | 1 |
| 多圈电位器 Rp | 200 Ω | 1 |
| 运放 U1 | LM358（单电源轨至轨更佳，如 TLC2272） | 1 |
问题背景
Arduino Due 的两路 12 位 DAC（DAC0/DAC1）输出范围并非 0–Vref，而是 1/6 Vref 至 5/6 Vref。在 Vref = 3.3V 时，输出为 0.55V–2.75V，幅度仅 2.2V，分辨率约 0.537 mV/步。许多应用需要 0–3.3V 全量程输出，需外接电路校正。
电路原理
采用单电源差分放大电路：
- 基准电压 Vp：由 R3、R4、Rp 分压产生 0.55V，Rp 用于微调，使 DAC 输出 0 码时电路输出接近 0V（实测约 8 mV）。
- 差分放大：增益
G = R2/R1 = 150k/100k = 1.5。输出Vo = G × (Vi - Vp)。当 Vi 从 0.55V 变至 2.75V 时，Vo 从 0V 变至 3.3V，实现全量程映射。 - 电容 C1、C2 用于电源去耦与稳定。
设计要点
- 四只增益电阻（R1、R2）务必用 ±1% 或更高精度，否则增益误差直接影响量程。
- 运放必须支持单电源工作，LM358 可用但输出无法达满轨；若需输出 >3.3V 或更接近轨，请选轨至轨运放（如 TLC2272）。
- Rp 为多圈电位器，便于精细调节零点。
- 原理图见下图（GIF 动图展示连接）。
原理图
验证方法
- 上传代码让 DAC 输出 0 和 4095，用万用表测量电路输出，调节 Rp 使 0 码输出 ≈ 0V。
- 输出 4095 码，检查是否达 3.3V，若偏差大微调 R1/R2 或 Rp。
- 中间码值线性度测试，确认映射准确。
适用场景
需 0–3.3V 模拟输出的传感器激励、音频波形生成、PID 控制输出、外设驱动等。
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