To się uśredni - to nie są przecież krytyczne czasowo pomiary?
W ogóle to ja bym wziął takie Rpi Pico, wgrał któregoś Pythona (skoro ma być Python) i z niego sterował wszystkim i mierzył. Reszta na PC przez USB, też w Pythonie - zgodnie z założeniami. Takie Pico steruje bardzo dobrze PWM-ami, więc można podłączyć stado różnych LED. Początkowo myślałem o fotodiodzie z komparatorem i rozjaśniamy LED aż się przełączy, ale skoro mierzyć lepiej, to jakiś DAC np. ADS 1115 czy coś. Jako że lubię jak coś się rusza i brzęczy, to zrobiłbym karuzelę na próbki sterowaną silnikiem krokowym - można będzie w locie kalibrować się na brak próbki czy na próbkę o znanych parametrach.