サンプリング周波数を上げるには？(Raspberry Pi)

Question

Raspberry Pi3B+を用いて以下のプログラムにより電圧測定をしているのですがサンプリング周波数を25000Hz以上にすることができません。(sampling_rate = )の部分がサンプリング周波数を表していますが数字を例えば100000としても25000Hzになってしまいます。(SPI_SPEED = )の値を変えても駄目でした。回路は以下の写真のように組んでいてSPI通信をしています。使用しているADコンバータはmcp3208です。最低でも100kHz，できれば1MHzで計測したいと思っていますがどうすればよいでしょうか？

import wiringpi as pi
import time
import mcp_adc3208
import numpy as np
import openpyxl as excel

SPI_CE = 0
SPI_SPEED = 5000000
READ_CH = 0
VREF = 5.0
Vi = []
i = 0
adc = mcp_adc3208.mcp3208( SPI_CE, SPI_SPEED, VREF )

def do_sampling(i):
    y[i] = time.perf_counter() - time_start


sampling_num = 100000
sampling_rate = 25000
sampling_interval = 1 / sampling_rate

x = np.arange(0, sampling_num / sampling_rate, sampling_interval)
y = np.zeros(sampling_num)

count=0
time_start = time.perf_counter()
time_next = time_start
while count < sampling_num :
    do_sampling(count)
    time_next += sampling_interval
    value = adc.get_value( READ_CH )
    volt = adc.get_volt( value )
    Vi.append(volt)
    while (time.perf_counter() < time_next): # 次の時間まで待つ。
        pass
    count = count + 1

wb=excel.Workbook()
ws=wb.active
        
for i in range(1,sampling_num):
        
    s=y[i]
    T=Vi[i-1]        
    
    ws.cell(row=i,column=1,value=s)
    ws.cell(row=i,column=2,value=T)
        
wb.save("denatsu.xlsx")

モジュールmcp_adc3208は以下の通りです。

import wiringpi as pi
import struct
      
class mcp3208:  
    def __init__( self, ss, speed, vref ):
       self.ss = ss
       self.speed = speed
       self.vref = vref
        
       pi.wiringPiSPISetup( self.ss, self.speed )
        
    def get_value( self, ch ):
        cmd = 0xc0 | ( ch << 3 )
        buffer = cmd << 24
        buffer = buffer.to_bytes( 4, byteorder='big' )
        pi.wiringPiSPIDataRW( self.ss, buffer )
        value = (  buffer[0] << 24 | buffer[1] << 16 | buffer[2] << 8 | buffer[2] )  >> 13
        return value

    def get_volt( self, value ):
        return value * self.vref / float( 4095 )

Answer 1

ADコンバータ mcp3208 のデータシートは読みましたか？

mcp3208 の最大サンプリングレートは、100k sps です。

そんなADコンバータなので、「最低でも100kHz」というのは不可能です。
A/D変換を1秒間に10万回繰り返すことは可能だとしても、そのデータを取り出している時間がありません。

まずは、使おうとしている素子の仕様をデータシートなどで確認しましょう。

Answer 2

その電圧計測のモジュールは、SPI通信を用いて電圧値をラズパイに転送しています
SPIという通信方式がどういうもんかを調べて見ればわかりますが、一種のシリアル通信だと思ってもらえばいいです。

さて、１回の計測ごとに、シリアル通信を介してデータをラズパイに転送しますが、そのシリアル通信のスピードには限界があり、どこまでも上げるというわけには行きません。
今回の場合は、25000Hzというのがそのスピードの限界ということなんでしょう。

これ以上の変換速度が必要であるなら、SPIではなく、他のデータ転送方式のモジュールを使う必要があるということですね