Para obter uma resolução completa do Arduino ADC ao usar sensores de 3.3V, você deve fazer duas coisas.
Mas e se eu precisar misturar sensores de saída de 3.3V e 5V. Quais são as minhas opções?
Uma solução simples é usar um divisor de resistor (taxa aproximada de 1: 1,94) e reduzir o sinal de 5v para um pico de 3,3v. Dessa forma, você manteria a resolução total sem precisar trocar de referência. O divisor adequado seria usar um 18k do sensor para a entrada analógica e um 33k da entrada analógica para o terra. Isso converteria a entrada 5v em uma entrada 3,23v. O uso de resistores de alta precisão aproximaria os 3.3v, se necessário. Você precisa garantir que o sensor possa fornecer a corrente necessária para um determinado valor - neste caso, cerca de 0,1mA. A resistência de entrada das entradas analógicas do ATMega é de cerca de 100M ohms, para que você possa aumentar esses valores (reduzindo a carga no sensor) significativamente antes de se preocupar com o efeito da resistência de entrada.
Duas coisas, viva com a resolução reduzida dos sensores de 3.3v e mantenha sua referência em 5V. Isso é o que eu costumo fazer e é bom o suficiente.
Você também pode alternar sua referência analógica em tempo real ao ler cada sensor respectivo. Lembro-me de ler sobre como misturar referências externas e referências internas e ter um resistor limitador de série em seu AREF, então leia essa parte da referência do Arduino com cuidado.
Você também pode considerar procurar versões mais recentes de seus sensores. Você poderá adquirir sensores que funcionam com os mesmos limites de tensão ou descobrir que estão disponíveis versões mais recentes dos sensores, que fornecerão saídas digitais e poderão ser pesquisadas com I2C ou outros protocolos simples de comunicação serial. Isso exigiria a compra de um novo chip, é claro, mas eles não são muito caros e não apenas você eliminaria o problema, mas provavelmente forneceria ao seu projeto um maior nível de precisão, já que não precisa se preocupar com ruído. no seu circuito.
Com a falta de redesenhar todo o seu projeto para encaixar novos chips, John C e o presunto fornecem excelentes soluções simples. Na minha experiência, eu tenho um sensor 3v3 com fonte e referência de 5v e tive problemas maiores com ruído do que com perda de resolução em projetos casuais. Esta é a saída mais fácil, mas requer que você faça algumas contas, e eu votei na postagem de ka1kjz de acordo (verifique as folhas de referência).
No que diz respeito à solução do divisor de tensão, desde que você use resistores de alta precisão, você obtém a vantagem de ter todas as suas medições na mesma faixa de tensão e o benefício da correção ratiométrica do uso do AREF para acompanhar qualquer ondulação de tensão. Na prática, no entanto, descobri que o ruído e a falta de técnicas de calibração nos meus projetos contribuíram com mais erros do que uma pequena ondulação de tensão ou 10% dos resistores poderiam causar razoavelmente. Por esse motivo, votei também na solução de JohnC, já que ele cobre tudo isso com mais detalhes.