一、难题：数字输入只能看到"两档"

7-3 的按钮，读到的是"高 or 低"。这是数字输入的全部能力。

但如果我接一个电位器（可调电阻），想知道"旋钮转到哪个位置"呢？

旋钮从一头转到另一头，中间要经过无数个位置，每个位置对应一个中间的电压。这不是"两档"，是一条连续的线。

旋钮位置：  最左 ────────────────────────→ 最右
电压：     0V ─── 0.8V ── 1.6V ── 2.4V ── 3.3V
数字针看到：低?  低?  低?  低?  高?      ← 几乎全是"低"，最后才是"高"
             ↑ 中间这一大段，数字输入完全分不出来

一根数字针套上去，只能告诉你"电压有没有超过门槛"——转了大半圈都读作"低"，最后一下才变"高"。它把连续的世界压扁成了两档。

二、硬事实：树莓派没有 ADC

要读连续的电压，需要一个叫 ADC 的部件。

ADC ＝ Analog-to-Digital Converter，模数转换器。它做的事就是：把"几点几伏"这个连续量，变成一个数字。

顺带钉一个容易混的点：树莓派 Pico 是有 ADC 的（Pico 是微控制器，不是电脑——1-2 讲过"Pico 不是电脑"）。别把"树莓派"和"树莓派 Pico"搞混，它们的定位完全不同。

三、解法：买一颗 ADC 芯片

最常用的两颗，选一颗就行：

"位"是什么意思？它决定能分多少档：

• 10 位 = 2¹⁰ = 1024 档（MCP3008）→ 从 0V 到 3.3V 之间，每档约 3.2mV
• 16 位 = 2¹⁶ = 65536 档（ADS1115）→ 每档只有约 0.05mV，细了 64 倍

"精度差 64 倍"听起来很夸张，但对你的第一个项目毫无影响——测电位器、测光敏电阻，10 位完全够看。MCP3008 更便宜、通道更多、教程更多，所以入门选它。

四、接线：MCP3008（本章最复杂的一张表）

4.1 先做一件事：打开 SPI

接之前必须先在系统里把 SPI 打开（7-1 第四节说过"复用功能要先打开"）：

sudo raspi-config

进 Interface Options → SPI → 选 Yes，然后重启。

怎么验证打开了：

ls /dev/spidev*

看到什么算成功：出现 /dev/spidev0.0 和 /dev/spidev0.1 两行。

没打开的话：这个命令什么都看不到（提示 No such file or directory）。这就是"接好了但读不到数"最常见的原因。

4.2 MCP3008 的 16 个脚

MCP3008 是块 16 脚的小芯片，脚位是固定的：

从左上角开始往下数（有凹口的一端朝上、对着自己）：1 = CH0，2 = CH1，3 = CH2，4 = CH3，5 = CH4，6 = CH5，7 = CH6，8 = CH7； 从右下角开始往上数：9 = DGND，10 = CS，11 = DIN，12 = DOUT，13 = CLK，14 = AGND，15 = VREF，16 = VDD。

4.3 接线表

4.4 电位器怎么接（这一步很容易接错）

电位器有三个脚：两端的两个，加中间那个（叫"滑臂"）。

转动旋钮时，中间脚的电压就在 0V 和 3.3V 之间连续变化——它本质上是一个"分压器"。

接线前断电；接完用眼睛检查一遍再上电。

五、用 gpiozero 读它：简单得让人不太敢信

gpiozero 内置了 MCP3008 支持，所以你不用装任何新库（这也是本节选它的理由之一）：

from gpiozero import MCP3008

pot = MCP3008(channel=0)     # 第 0 号通道

print(pot.raw_value)         # 0 ~ 1023 的整数（芯片给出的原始值）
print(pot.value)             # 0 ~ 1 的小数（换算好的比例）
print(pot.value * 3.3)       # 换算成"伏"

两个属性，一个公式，就是全部：

对照表（这张表值得记）：

看最后一行：raw_value 最大是 1023，不是 1024——因为从 0 开始数，1024 档就是 0~1023（计数从 0 起，这是编程的通用规矩，6-6 下标从 0 起是同一个道理）。

六、动手 Demo：让旋钮说话（两版）

接线（先断电）：按上一节的接线表接好 MCP3008 ＋ 电位器，另外保留 7-3 那颗 LED（BCM 17 → 220Ω → GND）。

第 1 步 · 读出来，还画个小柱子

nano adc_read.py

from gpiozero import MCP3008
import time

pot = MCP3008(channel=0)

print("转动电位器，看读数变化。Ctrl+C 退出。")
try:
    while True:
        raw = pot.raw_value
        ratio = pot.value
        volt = ratio * 3.3
        bar = "#" * int(ratio * 40)          # 用 40 个字符表示位置
        print(f"raw={raw:4d}  value={ratio:.3f}  {volt:5.2f}V  |{bar:<40}|")
        time.sleep(0.2)
except KeyboardInterrupt:
    print("\n已结束")
finally:
    pot.close()

跑：python3 adc_read.py

你会看到什么算成功（转动旋钮时，raw、value、电压和柱子一起变）：

raw=   0  value=0.000   0.00V  |                                        |
raw= 256  value=0.250   0.83V  |##########                              |
raw= 512  value=0.500   1.65V  |####################                    |
raw= 768  value=0.751   2.48V  |##############################          |
raw=1023  value=1.000   3.30V  |########################################|

读结果：注意 raw 最大到 1023 就上不去了——这就是 10 位的天花板。

这个"柱子"值得多看一眼："#" * int(ratio * 40) 的意思是把 0~1 的比例映射到 0~40 个字符。同一套"把连续量变成刻度"的思路，就是所有仪表盘、进度条、音量条的底层逻辑。

第 2 步 · 让旋钮控制灯的亮度（把 7-4 和 7-5 接起来）

nano adc_to_led.py

from gpiozero import MCP3008, PWMLED
import time

pot = MCP3008(channel=0)
led = PWMLED(17)

print("转动电位器 → 灯的亮度跟着变。Ctrl+C 退出。")
try:
    while True:
        led.value = pot.value        # 直接把读到的比例送给灯
        time.sleep(0.01)
finally:
    led.off()
    pot.close()

跑：python3 adc_to_led.py

你会看到什么算成功：转动旋钮，灯的亮度平滑跟着变。

读结果：注意中间那行 led.value = pot.value —— 一边是"读进来的模拟量"，一边是"送出去的模拟量"，这一行就是"闭环控制"的雏形。

这一行也解释了本课的一个大主题：树莓派真正擅长的不是"处理模拟信号"，而是"做决定"——读一个值、算一算、再输出一个值。模拟量的采集和输出可以交给专门的芯片，中间的"判断与计算"归它。

七、30 秒实验：算一算"10 位"和"16 位"差多少

python3 -c "
print('MCP3008  （10 位）：%.2f mV 一档' % (3.3/1024*1000))
print('ADS1115  （16 位）：%.3f mV 一档' % (3.3/65536*1000))
print('相差倍数：%.0f 倍' % (65536/1024))
"

你会看到什么：

MCP3008  （10 位）：3.22 mV 一档
ADS1115  （16 位）：0.050 mV 一档
相差倍数：64 倍

读结果："位数"就是"能分多细"。

• 3.22mV 是什么概念——3.3V 被切成 1024 段，每一段只有 3 毫伏多一点。测量"旋钮转到哪儿""屋里亮不亮"这类东西，这个精度绰绰有余。
• 那什么时候需要 16 位？当你要测的变化本身很小时——比如称重传感器（受力时电压只变几毫伏），这时 3.22mV 一档的分辨率就"看不见"那个变化了，必须用高精度的芯片。

一句话：先问"我要测的变化有多大"，再决定"需要几位"。——这比"哪个芯片更好"这种问法有用得多。

八、常见误区

1. "树莓派有 analogRead 可以直接读模拟量" —— 没有。这是 Arduino 的写法。树莓派没有任何内置 ADC，读模拟电压必须外接芯片（MCP3008／ADS1115）。记住"树莓派 Pico 有 ADC、树莓派没有"这个区别。
2. "把芯片的 VREF 接 5V 量程更大更好" —— 绝对不能。接 5V 会让芯片用 5V 电平往 GPIO 送信号，有烧板子的风险（7-1 的铁律）。和树莓派相连的芯片一律 3.3V。
3. "电位器接中间脚就够了" —— 不行。两端必须分别接 3.3V 和 GND，否则中间脚浮空、读数乱跳。
4. "接好了代码也抄对了，但读到的永远是 0" —— 十有八九是 SPI 没打开。先跑 ls /dev/spidev* 确认；没有就回 raspi-config 打开并重启。
5. "raw_value 最大是 1024" —— 是 1023。因为从 0 开始数，1024 档是 0~1023（和"列表下标从 0 开始"同一个道理）。
6. "10 位太差了，必须上 16 位" —— 先看你要测什么。电位器、光敏、土壤湿度这类，10 位完全够；只有"变化极其微小"的信号（称重、精密传感器）才需要 16 位。
7. "MCP3008 有 8 个通道，可以同时读 8 路" —— 它是轮流读的（一次选一个通道），不是同时。对绝大多数项目，轮流读快到看不出来（每秒能读十几万次）。

• ☐ 下一节（7-6 Sense HAT 扩展板） —— 一块直接叠上去的官方扩展板：64 颗彩灯 ＋ 一堆传感器，一装就能玩
• ☑ 本章第五节已读 —— 会用 ADC 读模拟量了，也知道了树莓派"能算不能测"的边界

相关笔记

• 模拟输出 —— 上一节：PWM 与占空比，本节 Demo 第 2 步用了它的 PWMLED
• 数字输出与输入 —— 数字输入与"浮空"的概念，电位器只接中间脚时的乱跳就是浮空
• 认识树莓派的 GPIO 引脚 —— SPI 用哪四根针（BCM 8／9／10／11）与"复用功能要先打开"
• 设置 Raspberry Pi OS —— raspi-config 里那个 SPI 开关（本节第一次真的要用它）
• 树莓派的型号 —— "Pico 是微控制器，不是电脑"：为什么它有 ADC 而树莓派没有
• 🍓 树莓派 · 索引 —— 全课路线图