树莓派无原生 ADC 读取模拟传感器：阶跃响应法实战

背景知识

树莓派缺乏内置模拟输入，但这不妨碍读取模拟传感器。通过几个电阻和一个电容，即可采用简单的 阶跃响应 技术测定电阻值——适用于电位器、光敏电阻、热敏电阻等。

这种方法由 Adafruit 教程推广，并收录于《Raspberry Pi Cookbook》，其原理是测量电容充电超过阈值所需的时间。树莓派 GPIO 引脚可检测电压超过约 1.65 V 的时刻，从而推断连接的可变电阻阻值。

所需材料

标准面包板和跳线
10 kΩ 微调电位器
2 × 1 kΩ 电阻
220 nF 电容

Python 代码

import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# 引脚分配
A_PIN = 18  # 电容充放电控制
B_PIN = 23  # 电压阈值检测

def discharge():
    GPIO.setup(A_PIN, GPIO.IN)
    GPIO.setup(B_PIN, GPIO.OUT)
    GPIO.output(B_PIN, False)
    time.sleep(0.005)

def charge_time():
    GPIO.setup(B_PIN, GPIO.IN)
    GPIO.setup(A_PIN, GPIO.OUT)
    count = 0
    GPIO.output(A_PIN, True)
    while not GPIO.input(B_PIN):
        count += 1
    return count

def analog_read():
    discharge()
    return charge_time()

try:
    while True:
        print(analog_read())
        time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

运行脚本产生类似输出：

$ sudo python pot_step.py
101
210
101
623
435
367
728
610
512
314
317
0

拨动电位器旋钮时，读数在 10 到 170 之间波动，反映了可变电阻的变化。

工作原理

该技术依赖 RC 充电曲线。当电容连接到可变电阻时，其电压呈指数上升。GPIO 引脚在电容电压超过输入阈值（约 1.65 V）时判为逻辑高。循环迭代计数的耗时直接与电阻相关：电阻越小，充电越快，计数越小。

由于树莓派没有模数转换器，这种计时方法绕过了该限制，提供了一种低成本、可靠的方式来读取各类模拟传感器。

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