ใบงานไมโครคอนโทรลเลอร์ ประจำสัปดาห์ที่ 14
ใบงานประจำสัปดาห์ รายวิชาไมโครคอนโทรลเลอร์และไมโครโปรเซสเซอร์
จงเขียนไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยกำหนดให้เชื่อมต่อกับ led โดยใช้งานคำสั่งที่ส่ง output สัญญาณ analog เพื่อควบคุม led ให้ได้ตามโจทย์ที่กำหนด. โดยใช้ความรู้ในการเขียนโปรแกรมพื้นฐานที่เรียนในสัปดาห์ที่ผ่านมา นำมาประยุกต์ใช้งาน if , if else , while ,for , switch case ให้นักเรียนนักศึกษาทำไปทีละข้อย่อย จนครบโจทย์ที่สมบูรณ์
เนื้อหา arduino analog เบื้องต้นต้องมีความรู้ความเข้าใจอะไรบ้าง ?
หากย้อนกลับไปเนื้อหาก่อนหน้านี้จะเป็นการใช้งานสัญญาณ digital โดยปกติแล้ว การใช้งานการอ่านสัญญาณ digital จะมีค่า 2 สถานะ คือ 0 และ 1 เท่านั้นและสถานะที่เป็นอยู่คือ 1 หรือไม่ก็ 0 ไม่มีนอกเหนือจากนี้ ด้วยการอ่านค่าเพียงแค่สองสถานะทำให้ ง่ายต่อการทำงาน และการประยุกต์ใช้ แต่การนำสัญญาณ analog มาใช้งานนั้นเราจะต้องรู้อะไรบ้างการเขียนสั่งการทำงานให้ microcontroller อ่านค่าที่เป็น analog มีองค์ประกอบอยู่ 2 อย่างคือ
- การรับค่า input ในแรงดันตั้งแต่ต้นถึงค่าสูงสุด 0 -> nmax กล่าวคือ ค่าโวลสู้สุดที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ นั้นๆรับได้
- การอ่านค่า analog ค่าที่อ่านได้จะถูกเรียกเป็นระดับ bit คือค่าความละเอียดที่ microcontroller อ่านได้ ว่ามีกี่ระดับ สามารถทำการตรวจเช็คโดยเปิดข้อมูลของไมโครคอนโทรลเลอร์เบอร์นั้นๆ ว่ารองรับการอ่านข้อมูลที่กี่บิต โดยยิ่งระดับ bit ยิ่งเยอะค่าความละเอียดก็จะมากขึ้น หรือละเอียดขึ้นนั้นเอง ดังแสดงตารางต่อไปนี้
| bit | จำนวน | ขอบเขต |
|---|---|---|
| 2 bit | 4 | 0 ถึง 3 |
| 4 bit | 16 | 0 ถึง 15 |
| 8 bit | 256 | 0 ถึง 255 |
| 10 bit | 1024 | 0 ถึง 1023 |
| 12 bit | 4096 | 0 ถึง 4095 |
- กำหนดให้นักเรียนนักศึกษาเชื่อมต่อ ไมโครคอนโทรลเลอร์ กับ led จำนวนทั้งหมด 4 ดวงและมีการเขียนคำสั่งเพื่อควบคุมสัญญาณ analog ขอควรระวังการต่อใช้งาน analog output โดยนักเรียนนักศึกษาจะต้องทำการศึกษาว่าไมโครคอนโทรลเลอร์เบอร์นั้นๆ มีการร้องรับการใช้งาน analog output ที่ตำแหน่งขาใดบ้าง การต่อสายผิดจะทำให้ค่าที่ผลลัพท์ที่ออกมาผิดพลาด
- จากรูปด้านบนแสดงตำแหน่งขา pinout ของ arduino uno r3 โดยการใช้งาน analog output ให้เราเลือกขาที่เป็น PWM (Pulse Width Modulation) เป็นเทคนิคที่ทำให้เราสามารถอ่าน/เขียนข้อมูลแบบ analog ด้วยสัญญาณ digital ได้ โดยตัวควบคุมการสร้างสัญญาณดิจิตอล (Digital control) จะสร้างสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมออกมา โดยสัญญาณที่สร้างออกมาจะสลับกันระหว่าง เปิด(HIGH) กับ ปิด(LOW) รูปแบบสัญญาณเปิด-ปิดนี้สามารถจำลองเป็นแรงดันไฟฟ้าระหว่าง เปิด (5 Volts) กับ ปิด (0 Volts) หรือสังเกตตำแหน่งขาโดยจะมีการใส่สัญลักษณ ~ ที่บริเวณบอร์ด arduino uno r3
- กำหนดให้ต่อไมโครคอนโทรลเลอร์กับ led จำนวน 4 ดวงในตำแหน่ง (PWM หรือสัญลักษณ ~ )ที่ตำแหน่งขาของบอร์ด arduino uno r3 เท่านั้น เพื่อทำการศึกษาใบงานเกี่ยวกับการเรียกใช้งานสัญญาณ analog ในฝั่ง output ซึ่ง analog output ของ arduino uno r3 จะมี Amplitude ที่ความละเอียดที่ 256 ระดับ
การเรียกใช้งาน analog โดยอ้างอิง code ดังต่อไปนี้
analogWrite(3,255);
- การเรียกใช้งานคำสั่ง analogWrite(ตำแหน่งขา analog, ระดับbit) โดยมีระดับการใช้งานตั้งแต่ 0-255 อ้างอิงจาก 0 volt ไปจนถึงค่าสูงสุด 5 volt หากเรากำหนดค่าระดับบิท ที่ 0 แรงดันที่ออกไปยัง led จะเป็น 0 volt และหากกำหนดค่าระดับบิทที่ 255 แรงดันที่ออกไปจะเป็น 5v แทน *การเปรียบเทียบนี้เป็นลักษณะเบื้อนต้นเท่านั้น เพื่อให้นักเรียนนักศึกษาเข้าใจได้ง่าย หากแต่การทำงานจริง จะเป็นการใช้งานสัญญาณ pwm ซึ่งไม่ได้ส่งค่าแรงดันที่ต่างดับกันโดยตรง กล่าวคือการกำหนดความกว้างของสัญญาณ Pulse เป็นค่า % โดยจะแปรผันตรงกับระดับบิทที่เรากำหนดซึ่งเทียบบัญญัติไตรยางค์ต่อกัน
ให้นักเรียนนักศึกษาทำไปทีละข้อย่อย จนครบโจทย์ที่สมบูรณ์
- 1 กำหนดให้นักเรียนนักศึกษาทำการเชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์ เข้ากับled จำนวนทั้งหมด 4 ดวง(ต่อในตำแหน่งขา PWM หรือ หรือสัญลักษณ ~) และทำการเขียน code เพื่อควบคุม led อย่างน้อย 1 ดวงให้หรี่ไฟติดเริ่มจากดับไปจนถึงสว่างที่สุด กำหนดค่าระดับบิท 0 ถึง 255
- 2 (ต่อ) กำหนดให้เขียนโปรแกรมเพื่อสั่งงาน led ทั้ง 4 ดวงด้วยสัญญาณ analog โดยเขียนให้แสดงไฟหรี่ทีละดวงจากการสุ่มตำแหน่งที่ไม่เป็นรูปแบบ และแสดงผลคำด้วย ว่าสุ่มได้เลขใดให้แสดงผ่าน serial monitor ด้วยคำว่า "My random is ?" ค่า ? คือเลขที่สุ่มได้ การเขียนเรียกใช้งานการสุ่มค่าตัวเลขให้ทำการเรียกใช้งาน function: randomSeed ด้วยเพื่อป้องกันการแสดงผลรูปแบบเดิม
- 3 (ต่อ) กำหนดให้เขียนปรับปรุงโปรแกรมจากข้อย่อยที่ 2 ให้มีความสมบูรณ์มากขึ้น *หากนักเรียนนักศึกษาสังเกตเราจะพบว่าการเรียกใช้งานฟังชั่นการสุ่มค่าตัวเลขนั้น มีโอกาสที่เราจะสามารถสุ่มได้ตัวเลขเดิม ฉนั้นจากปัญหาดังกล่าวจึงกำหนดให้นักเรียนนักศึกษาเขียนโปรแกรมเพิ่มความสามารถโดยไม่ให้มีการแสดงผลซ้ำติดต่อกัน กล่าวคือการแสดงผลที่ต่อเนื่องกันจะต้องไม่ซ้ำกัน เช่น ครั้งแรกสุ่มได้เลข 4 ครั้งที่สองสุ่มได้ 4 ติดกันในลักษณะนี้ถือว่าซ้ำซ้อนกัน
- 4 (ต่อ) กำหนดให้เมื่อมีการปรับปรุงโปรแกรมแล้วจงเขียนแสดงผลคำที่ serial monitor ด้วยว่านักเรียนนักศึกษาได้ทำการเปลี่ยนค่าตัวเลขที่ซ้ำจากเลขใดเป็นเลขใด ตัวอย่าง "my change is 4 to 5" เลขที่ซ้ำก่อนหน้าคือ 4 ส่วนเลขที่แก้ไขคือ 5
- ข้อที่ 5 เริ่มเวลา 10.00 น
- ข้อที่ 6 เริ่มเวลา 10.00 น.
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น