2026 Make Blocks #3阶段2 - 基于MCP4728的DAC模块设计

内容介绍

任务介绍

本项目设计一款多通道精密DAC电压输出模块，用于提供可编程、高稳定的直流电压信号，可作为校准源、传感器激励源或测试激励信号源使用。模块采用MCP4728等12位及以上DAC芯片，支持I2C数字接口控制，具备至少2路完全独立的电压输出通道，各路可分别设定不同电压值且互不干扰。板载精密基准电压源确保输出精度和长期稳定性，同时提供标准接线端子方便外部连接，并预留MCU控制接口便于系统集成。整体设计目标是输出误差小、温漂低、操作简便，满足实验室及工业场景中对可控电压源的基本需求。

方案介绍

板卡资源推荐如下：主控DAC选用MCP4728T（MSOP-10封装），板载一颗0.1μF陶瓷去耦电容紧贴芯片VDD引脚，I2C总线上加上拉电阻，4Pin排针作为MCU控制接口（含VCC、GND、SDA、SCL），另外在电源输入端加入一颗LED作为电源指示灯，一眼即可判断板子是否正常上电。由于MCP4728自带基准，本设计优先使用内基准以简化电路。主要硬件部分包括如下：

模块介绍

芯片选用Microchip的MCP4728，这是一颗4通道12位I2C接口的电压输出型DAC，内置2.048V高精度基准源，供电范围2.7V至5.5V，每路输出可独立编程为0至VREF之间的任意电压，分辨率达4096级，建立时间典型值仅6μs，完全满足精密可控输出的需求。

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

我们通过插针接口将芯片的重要引脚都引出来了。

3D效果图

实物图

实测效果

我们需要通过一个主控进行4路DAC出口的配置，这里我们使用arduino R4进行快速配置，见4路DAC配置成不同的输出状态，然后进行测试，基本连接如下：

测试代码我们通过arduino IDE可以直接搜到有关MCP4728的驱动库，然后基于库进行测试代码的编写，如下：


#include <Adafruit_MCP4728.h>
#include <Wire.h>

Adafruit_MCP4728 mcp;

void setup(void) {
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial)
    delay(10); // will pause Zero, Leonardo, etc until serial console opens

  Serial.println("Adafruit MCP4728 test!");

  // Try to initialize!
  if (!mcp.begin()) {
    Serial.println("Failed to find MCP4728 chip");
    while (1) {
      delay(10);
    }
  }

  mcp.setChannelValue(MCP4728_CHANNEL_A, 4095);
  mcp.setChannelValue(MCP4728_CHANNEL_B, 2048);
  mcp.setChannelValue(MCP4728_CHANNEL_C, 1024);
  mcp.setChannelValue(MCP4728_CHANNEL_D, 0);
}

void loop() { delay(1000); }

接下来我们进行对应的接口的测量就可以了：

A口：

B口：

C口：

D口：

心得体会

本次的任务是四通道DAC输出模块，这个封装选择还是很常见的，外围也比较简单，对于布线来说难度不大，版型参考了经典模块，又在系列模块里面添加了一个，感谢论坛的这次活动，简直是硬件工程师的福音，不仅可以锻炼自己的上手设计的能力，还是丰富自己的模块库。