การทดลองที่ 3.1 การต่อวงจรปุ่มกดและไดโอดเปล่งแสงสําหรับ Arduino

การทดลองที่ 3.1 การต่อวงจรปุ่มกดและไดโอดเปล่งแสงสําหรับ Arduino

วัตถุประสงค์
1. ฝึกต่อวงจรปุ่มกดและไดโอดเปล่งแสง (LED) และเชื่อมต่อกับขาอินพุต/เอาต์พุต-ดิจิทัลของบอร์ด Arduino
2. ฝึกเขียนโปรแกรมภาษา C/C++ เพื่อกําหนดพฤติกรรมการทํางานของบอร์ด Arduino ตามโจทย์ที่กำหนดให้

รายการอุปกรณ์
1.แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                         1 อัน
2. บอร์ด Arduino (ใช้แรงดันลอจิก +5V)    1 บอร์ด
3. ปุ่มกดแบบสี่ขา                                        2 ตัว
4. ไดโอดเปล่งแสงขนาด 5 มม.                   4 ตัว
5. ตัวต้านทาน 10kΩ                                  2 ตัว
6. ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω               4 ตัว
7. สายไฟสําหรับต่อวงจร                             1 ชุด

ขั้นตอนการทดลอง

1. ยังไม่ต้องเชื่อมต่อ +5V และ Gnd จากบอร์ด Arduino ไปยังเบรดบอร์ดเพื่อจ่ายเป็นแรงดันไฟเลี้ยง VCC และ GND  

2. ต่อวงจรปุ่มกดพร้อมตัวต้านทานแบบ Pull-up 10kΩ จํานวนสองชุด (PB1 และ PB2) บนเบรดบอร์ด แล้วนําไปต่อกับขา D2 และ D3 ของบอร์ด Arduino ตามลําดับ โดยใช้ลวดสายไฟสําหรับต่อวงจร  (ดูตามผังวงจรในรูปที่ 3.1.1) 

3. ต่อวงจรโดยใช้ไดโอดเปล่งแสง (LED) พร้อมตัวต้านทานแบบอนุกรม 330Ω หรือ 470Ω จํานวน  4 ชุด (LED1, LED2, LED3, LED4) บนเบรดบอร์ด แล้วนําไปต่อกับขา D4, D5, D6, D7, D8 ของ บอร์ด Arduino ตามลําดับ โดยใช้ลวดสายไฟสําหรับต่อวงจร (ดูตามผังวงจรในรูปที่ 3.1.1) 

4. เขียนโค้ดตามตัวอย่างโดยใช้ Arduino IDE แล้วทําขั้นตอนคอมไพล์และอัพโหลดโปรแกรมไปยังบอร์ด Arduino 

5. ตรวจสอบความถูกต้องของวงจรบนเบรดบอร์ดอีกครั้ง จากนั้นจึงเชื่อมต่อ +5V และ Gnd จากบอร์ด Arduino ไปยังเบรดบอร์ดเพื่อใช้เป็นแรงดันไฟเลี้ยง (VCC และ GND) ให้ระวังการต่อสลับขั้วสายไฟ และ ระวังการต่อถึงกันทางไฟฟ้าของสายไฟทั้งสองเส้น 

6. แก้ไขโค้ดใหแ้สดงพฤติกรรมการทํางานตามข้อกําหนดต่อไปนี้ ตรวจสอบและสาธิตความถูกต้องใน การทํางาน โดยใช้ฮาร์ดแวรจ์ริง 

• 6.1 เมื่อเริ่มต้นทํางาน จะมี LED เพียงตัวเดียวที่อยู่ในสถานะ “ติด” (LED1) และที่เหลืออีก 3 ตัว (LED2, LED3, LED4) อยู่ในสถานะ “ดับ”   
• 6.2 ถ้ากดปุ่ม PB1 แล้วปล่อยในแต่ละครั้ง จะทําให้ตําแหน่งของ LED ที่ “ติดเลื่อนไปทางขวาทีละ หนึ่งตําแหน่ง หรือวนกลับมาเริ่มต้นใหม่ทางซ้ายสุด 

( LED1 -> LED2 -> LED3 -> LED4 -> … ) 

• 6.3 ถ้ากดปุ่ม PB2 แล้วปล่อยในแต่ละครั้ง จะทําให้ตําแหน่งของ LED ที่ “ติด” เลื่อนไปทางซ้ายทีละ หนึ่งตําแหน่ง หรือวนกลับมาเริ่มต้นใหม่ทางขวาสุด

 ( LED1 -> LED4 -> LED3 -> LED2 -> … ) 

7. แก้ไขโค้ดใหแ้สดงพฤติกรรมการทํางานตามข้อกําหนดต่อไปนี้ ตรวจสอบและสาธิตความถูกต้องใน การทํางาน 

• 7.1 ใช้ LED ทั้ง 4 ตัว แสดงเลขในฐานสอง จํานวน 4 หลัก (4-bit binary number) ซึ่งรับสัญญาณ เอาต์พุตมาจากบอร์ด Arduino และกําหนดให้บิตที่มีค่า 0 หมายถึง LED “ดับ” และ บิตที่มีค่า เป็น 1 หมายถึง LED “ติด”และเมื่อเริ่มต้นทํางาน ให้แสดงค่าเป็น 0  
• 7.2 เมื่อกดปุ่ม PB1 แล้วปล่อยแต่ละครั้ง จะทําให้ค่าเพิ่มขึ้นทีละหนึ่ง จาก 0000, 0001, 0010, …, 1111 ตามลําดับ แล้ววนกลับไปเริ่มต้นที่ 0000 ใหม่ได้ 
• 7.3 แต่ถ้ากดปุ่ม PB2 จะทําให้ได้ค่าเป็น 0000 ทันที (หมายถงึ การรีเซตค่าเป็นศูนย์) 

ผลการทดลอง
ผังวงจรสำหรับเชื่อมต่อ Arduino

ภาพอ้างอิงจากการทดลองที่ 3.1 การต่อวงจรปุ่มกดและไดโอดเปล่งแสงสําหรับ Arduino

โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์ ห้องปฏิบัติการระบบสมองกลฝังตัว(ESL.) มจพ.

ต่อวงจรตามผังวงจร

โค้ดตัวอย่างสำหรับ Arduino Sketch
const byte PB_1 = 2; const byte PB_2 = 3; const byte LEDS[4] = {4,5,6,7}; void setup() { pinMode( PB_1, INPUT ); pinMode( PB_2, INPUT ); for (int i=0; i < 4; i++) { pinMode( LEDS[i], OUTPUT ); digitalWrite( LEDS[i], (i==0) ? HIGH : LOW ); //กำหนดให้ LEDS[0] หรือ pin 4 ไฟติด ที่เหลือดับ } } void loop() { // Write your code below }

ผลจากโค้ดตัวอย่าง

แบบที่ 1 ถ้ากด PB1 LED จะติดไล่จาก LED1->LED2->LED3->LED4->....
              ถ้ากด PB2 LED จะติดไล่จาก LED1->LED4->LED3->LED2->....
โค้ดสำหรับ Arduino Sketch
const byte PB_1 = 2; //สวิตซ์ PB1 ต่อเข้าที่ pin 2 const byte PB_2 = 3; //สวิตซ์ PB2 ต่อเข้าที่ pin 3 const byte LEDS[4] = {4,5,6,7}; //LED ทั้ง4ดวง ต่อเข้าที่ pin 4 5 6 7 byte count = 0; //ประกาศตัวแปรสำหรับกำหนด LED ดวงที่จะสว่าง void setup() { pinMode( PB_1, INPUT ); //ให้ pin 2 ทำหน้าที่รับค่า input pinMode( PB_2, INPUT ); //ให้ pin 3 ทำหน้าที่รับค่า input for (int i=0; i < 4; i++) { pinMode( LEDS[i], OUTPUT ); //ให้ pin 4 5 6 7 ทำหน้าที่ output digitalWrite( LEDS[i], (i==0) ? HIGH : LOW ); //กำหนดให้ LEDS[0] หรือ pin 4 ไฟติด ที่เหลือดับ } } void loop() { if(digitalRead(PB_1) == LOW){ //เมื่อกดสวิตซ์ PB1 VccจะไหลลงGND ทำให้แรงดันเป็น low delay(500); //หน่วงเวลา 500 มิลลิวินาที if(count < 3){ count = count + 1; //เพิ่มค่า count ไปที่ละ 1 ทำให้ดวงไฟขยับไปเรื่อยๆ }else{ count = 0; //เมื่อไปที่ดวงสุดท้ายให้กลับมาเริ่มใหม่ที่ดวงแรก (index=0) } for (int i=0; i < 4; i++) { //วนloopกำหนดค่า LED แต่ละดวง digitalWrite( LEDS[i], (i==count) ? HIGH : LOW ); //ดวงที่เท่ากับค่าcount ไฟจะติด } }else{ if(digitalRead(PB_2) == LOW){ //เมื่อกดสวิตซ์ PB2 VccจะไหลลงGND ทำให้แรงดันเป็น low delay(500); //หน่วงเวลา 500 มิลลิวินาที if(count > 0){ count = count - 1; //ลดค่า count ลงที่ละ 1 ทำให้ดวงไฟขยับกลับด้านกับสวิตซ์ PB1 }else{ count = 3; //เมื่อไฟถึงดวงแรกก็ให้กลับไปที่ดวงสุดท้าย (index=3) } for (int i=0; i < 4; i++) { //วนloopกำหนดค่า LED แต่ละดวง digitalWrite( LEDS[i], (i==count) ? HIGH : LOW ); //ดวงที่เท่ากับค่าcount ไฟจะติด } } } }

วิดีโอผลการทดลอง

แบบที่ 2 ถ้ากด PB1 LED จะติดเรียงกันเป็นเลขฐานสอง
              ถ้ากด PB2 เป็นการรีเซต
โค้ดสำหรับ Arduino Sketch
const byte PB_1 = 2; //สวิตซ์ PB1 ต่อเข้าที่ pin 2 const byte PB_2 = 3; //สวิตซ์ PB2 ต่อเข้าที่ pin 3 const byte LEDS[4] = {4,5,6,7}; //LED ทั้ง4ดวง ต่อเข้าที่ pin 4 5 6 7 byte count = 0; //ประกาศตัวแปรสำหรับนับเลขฐานสองทั้งหมด4หลัก (0-15) void setup() { pinMode( PB_1, INPUT ); //ให้ pin 2 ทำหน้าที่รับค่า input pinMode( PB_2, INPUT ); //ให้ pin 3 ทำหน้าที่รับค่า input for (int i=0; i < 4; i++) { pinMode( LEDS[i], OUTPUT ); //ให้ pin 4 5 6 7 ทำหน้าที่ output digitalWrite( LEDS[i], (i==0) ? HIGH : LOW ); //กำหนดให้ LEDS[0] หรือ pin 4 ไฟติด ที่เหลือดับ } } void loop(){ if((digitalRead(PB_1) == LOW)){ //เมื่อกดสวิตซ์ PB1 VccจะไหลลงGND ทำให้แรงดันเป็น low delay(500); //หน่วง500มิลลิวินาที count = count +1; //เมื่อกดสวิตซ์ PB1 จะเป็นการนับเลขฐานสองเพิ่งขึ้นไปเรื่อยๆ } if((digitalRead(PB_2) == LOW)){ //เมื่อกดสวิตซ์ PB2 VccจะไหลลงGND ทำให้แรงดันเป็น low delay(500); //หน่วง500มิลลิวินาที count = 0; //เมื่อกดสวิตซ์ PB2 จะเป็นการรีเซตค่าที่นับให้เริ่มใหม่ที่ 0 } displayBinary(count); //เรียกใช้ฟังก์ชันที่จะทำให้ LED ติดตามเลขที่นับ } void displayBinary(byte count){ //ฟังก์ชันที่จะทำให้ LED ติดตามเลขที่นับ for (int i =0;i<4;i++){ //วนloopเพื่อกำหนดสถาณะของ LED แต่ละดวง if (bitRead(count, i)==1){ /*ฟังก์ชันbitReadรับค่าจำนวนที่ต้องการแปลงเป็นเลขฐานสองและและหลักที่ต้องการทราบ(เริ่มจากทางขวามือสุดเป็นindexที่0) ถ้าฟังก์ชันbitRead returnมาว่าหลักนั้นเป็น 1 ก็จะให้ไฟติด ถ้าหลักนั้นเป็น 0 ก็จะให้ไฟดับ*/ digitalWrite(LEDS[i], HIGH); //ให้ LED หลักที่มีค่า 1 ไฟติด }else{ digitalWrite(LEDS[i], LOW); //ให้ LED หลักที่มีค่าเป็น 0 ไฟดับ } } }

วิดีโอผลการทดลอง

อ้างอิง: เอกสารการทดลองที่ 3.1 การต่อวงจรปุ่มกดและไดโอดเปล่งแสงสําหรับ Arduino
โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์ ห้องปฏิบัติการระบบสมองกลฝังตัว(ESL.) มจพ.