ใบงานรายวิชาไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ สัปดาห์ที่ 14 (ปวส. ม.6)
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 analogRead(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 เข้ากับ led จำนวนทั้งหมด 4 ดวง(ต่อในตำแหน่งขา PWM หรือ หรือสัญลักษณ ~) และทำการเขียน code เพื่อควบคุม led อย่างน้อย 1 ดวงให้หรี่ไฟตั้งแต่ดับไปจนถึงสว่างที่สุด
- 2. กำหนดให้นักเรียนนักศึกษาทำการเชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์เข้ากับ ปุ่ม button 1 ปุ่มแล้วทำการเขียนโปรแกรมเพื่ออ่านค่าจากปุ่มกดโดยมีเงื่อนไขคือ เมื่อมีการกดปุ่ม 1 ครั้งแล้วให้แสดงคำว่า "button press" ที่ Seraial monitor (ต้องกดปุ่มก่อนเท่านั้น ข้อความจะแสดงผล)
- 3 (ต่อ) จากข้อย่อยที่ 2 ให้ทำการปรับปรุงโปรแกรมเพิ่มเติม เมื่อกดปุ่ม 1 ครั้งให้ led ทั้ง 4 ดวงค่อยๆหรี่ติดขึ้นแล้วค้างไว้สามวินาทีแล้วหายไป (ต้องมีการกดปุ่มก่อนเท่านั้น)
- 4 (ต่อ) จากข้อย่อยที่ 2 ให้ทำการปรับปรุงโปรแกรม เมื่อมีการกดปุ่ม 1 ครั้งแล้ว led ดวงที่ 1 หรี่ติดขึ้นจนถึงความสว่างสูงสุด แล้วเมื่อมีการกดอีกครั้งให้ led ดวงถัดไปแสดงผลเหมือนดวงแรก เมื่อนักเรียนนักศึกษาทำการกดปุ่มครบ 4 ครั้ง led ทั้ง 4 ดวงต้องติดค้างไว้
- 5 (ต่อ) จากข้อย่อยที่ 2 ให้ทำการปรับปรุงโปรแกรมเพิ่มเติม เมื่อกดปุ่ม 1 ครั้งให้ led ทั้ง 4 ดวงค่อยๆหรี่ติดขึ้นแล้วค้างไว้ และเมื่อกดปุ่มอีกครั้งจะเป็นการสั่งให้ led ทั้ง 4 ดวงค่อยๆหรี่ดับลง
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น