树莓派ADC，Raspberry Pi如何使用模数转换器MCP3008

在本教程中，记录下用树莓派控制模数转换器(ADC)的详细步骤，让树莓派更方便操作模拟信号的传感器。

树莓派的GPIO没有模拟引脚，模拟引脚的缺乏使得连接模拟传感器变得更加复杂。

有几种解决模拟引脚缺失的方法，比如我在树莓派LDR教程中做的，使用电容测量LDR的电阻。

更好的解决方法是使用模拟数字转换器（MCP3008）。

我还会对MCP3008与MyDevices Cayenne进行配置，这比从头开始写代码要简单得多，但有时乐趣的一半是在学习如何编码。

设备清单

需要以下设备来完成本Raspberry Pi ADC教程。可以使用不同版本的模数转换器，如MCP3004，但让它工作的步骤可能与本教程有些微的不同。

建议

• ? 树莓派
• ? 高速SD卡
• ? 以太网线或无线网 (Raspberry Pi 3和4有内置WiFi)
• ? 电源
• ? MCP3008或类似
• ? 面包板
• ? 面包板跳线

可选

• ? 树莓派外壳
• ? USB鼠标
• ? USB键盘
• ? GPIO扩展套件
• ? 光敏电阻LDR
• ? 10k电阻

树莓派ADC电路

连接MCP3008和Pi的电路看起来很复杂，但只要把线正确连接起来就可以了。

MCP3008是我在这个树莓派ADC教程中要用到的芯片。这款芯片上有很多技术信息，但我只涉及到最基本的内容。

对于任何一个刚接触微芯片的人来说，你会发现芯片的一端会有一个凹槽。这个凹槽代表引脚1所在的一端。它通常是左手边的第一个引脚，凹口朝向你（见下图）。一号引脚上面有时也会有一个小圆点。

这款特殊的芯片使用了SPI（串行外设接口总线），因此与它通信只需要4个引脚，并且可以由于Python的SPIDev库交互。

CH0->CH7引脚（1-8引脚）是MCP3008的模拟输入。在另一边，有一系列不同的引脚。

• DGND（引脚9）芯片的数字地脚。
• CS（引脚10）芯片选择。
• DIN(引脚11)从Raspberry Pi本身输入的数据。
• DOUT（引脚12）数据输出引脚。
• CLK（引脚13）时钟引脚。
• AGND(14脚)模拟地，连接到地。
• VREF（引脚15）模拟参考电压。如果想改变电压，你可以改变它。你可能想保持它不变，所以将其保持为3v3。
• VDD（16脚）芯片的正电源引脚。

如果你想了解更多关于该芯片的信息，可以在Adafruit找到完整的数据表。

把电路组装起来非常简单。由于我用了相当多的电线，所以电路很可能看起来有点凌乱。如果你想让它成为一个永久性的项目，可以在以后整理下电路。

在这个例子中，我已经包含了一个LDR，以展示如何使用模数转换器(ADC)将LDR的值反馈给Pi。

首先，将3v3引脚与面包板上的正极轨连接，将地线引脚与面包板上的地线连接。同时，将MCP3008芯片放到面包板的中间。

• VDD（引脚16）将此线接入3.3V。
• VREF(15脚)将此线接至3.3V。
• AGND(14号针)将此线连接到地。
• CLK（引脚13）将此线连接到GPIO11（引脚23/SCLK）。
• DOUT (引脚12)将此线连接到GPIO9 (引脚21/MISO)。
• DIN（引脚11）将此线连接到GPIO10（引脚19/MOSI）。
• CS(引脚10)将此线连接到GPIO8(引脚24/CE0)。
• DGND(9号脚)将此线接至地线。

现在，完成了这些工作，把LDR连接到MCP3008上。

首先，将LDR放到面包板上。接着，将10k电阻接到LDR的一端，另一端接到正极。从LDR和正极线之间有一条线走到MCP3008的1号引脚（CH0）。最后，有一根线从LDR的另一端到面包板的地线。

在下面找到一个详细的图。如果你仍然有问题，请仔细检查芯片的连接，也要确保所有的引脚都连接正确。

守则

这个代码非常简单，但也只是处理一个输入，即LDR。添加的设备越多，代码可能就越复杂。

本教程所需的所有包都应该默认安装在Raspbian上。

如果你是Python编码新手，希望学习更多的知识，我的Python基础知识指南是非常好的。你应该还是可以在几乎没有Python知识的情况下完成本教程。

如果你遇到任何问题，那么请查看我的树莓GPIO引脚指南。它介绍了如何设置它们并安装必要的软件。

要将代码直接下载到Pi上，只需在终端中运行以下一行。

git clone https://github.com/pimylifeup/Pi-ADC-Example-Code

然后，需要运行以下一行移动到包含脚本的文件夹中。

cd ./Pi-ADC-Example-Code

现在可以运行以下一行来启动它。

sudo python adc-code.py

可以按ctrl+c停止脚本。

现在我简单地解释一下代码。在代码的开始，我定义了Python的安装路径。之后，导入两个需要的包。Time 可以将脚本置于睡眠状态（添加一个延迟）。Spidev与SPI设备通信，在本例中，它是MCP3008。

#!/usr/bin/python
 
import spidev
import time

接下来，定义变量并创建SPIdev对象。首先创建两个变量是以毫秒为单位的延迟。如果想在更新之间有一个更长的时间，可以改变这个变量。接下来是LDR所在的通道，这是通道0/针脚1。

最后，创建SPIdev对象。这个对象可以从连接到SPI启用引脚的设备中获取需要的值。

#Define Variables
delay = 0.5
ldr_channel = 0

#Create SPI
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)

接下来，是readadc函数，在这个函数中做了几件事。首先，检查参数值是否在0和7之间，如果不是，则返回-1。如果是，继续从指定的通道中获取值，然后返回值。

def readadc(adcnum):
    # read SPI data from the MCP3008, 8 channels in total
    if adcnum > 7 or adcnum < 0:
        return -1
    r = spi.xfer2([1, 8 + adcnum << 4, 0])
    data = ((r[1] & 3) << 8) + r[2]
    return data

最后，有一个 while 循环，它一直持续到你按 ctrl + c 强行退出为止。要做的第一件事是调用 readadc 函数，以 ldr_channel 变量作为参数。

一旦得到了值，然后打印它。%d指的是一个十进制值；然后在print语句后有变量。可以通过这样的方式每行打印多个值。 print ‘%s %d’ % (name, number)

在打印数据后，将脚本的延迟时间设置为任何延迟时间，默认情况下，它设置为半秒。默认情况下，它被设置为半秒。

while True:
    ldr_value = readadc(ldr_channel)
    print "---------------------------------------"
    print("LDR Value: ".ldr_value)
    time.sleep(delay)

希望这能帮助你理解一些代码。

如果你确实遇到了任何问题，那么欢迎在下面评论。

在Raspberry Pi Cayenne中使用ADC。

现在我快速地介绍MCP3008与Cayenne的设置步骤。我还将介绍如何设置LDR。

如果你还没有设置Cayenne，那么一定要按照我的指南来安装Raspberry Pi Cayenne。

1. 要开始首先去添加新的，然后从下拉框中选择设备。

2. 然后搜索或选择模拟转换器。

3. 在此列表中选择MCP3008

4. 现在选择Raspberry Pi，然后选择SPI芯片-选择0。

5. 现在，这个选择将弹出一个页面，显示所有通道的数值。

现在要添加LDR，流程也差不多。

1. 回到上面添加新的，然后选择设备。

2. 找到或选择光敏电阻（光度传感器）。

3. 这个选择你的Raspberry Pi，你喜欢的部件（我走的是图形），然后选择MCP3008为模拟转换器，最后选择通道0为通道。

4. 该传感器现在应该没有任何问题地添加。现在它将从模拟转换器得到的数值中产生一个图形。

现在可以按照这个步骤来处理任何模拟设备。

希望本教程对您设置Raspberry Pi ADC有所帮助。如果你遇到任何问题，有反馈或发现错误，请在下面留言讨论。

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