การทดลองที่ 4.6 การวัดแรงดันอินพุต-แอนะล็อกและการแสดงค่าโดยใช้ 7-Segment

การทดลองที่ 4.6 การวัดแรงดันอินพุต-แอนะล็อกและการแสดงค่าโดยใช้ 7-Segment

วัตถุประสงค์ 

• ฝึกต่อวงจรและเขียนโปรแกรมสําหรับบอร์ด Arduino เพื่อวัดแรงดันอินพุต-แอนะล็อกและแสดงค่าที่ ได้ผ่านทาง 7-Segment Display  

รายการอุปกรณ์ 

1. แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                        1 อัน 
2. บอร์ด Arduino (ใช้แรงดัน +5V)                                              1 บอร์ด
3. ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา 10kΩ หรือ 20kΩ                1 ตัว 
4. 7-Segment Display แบบ 2 ตัวเลข (Common-Cathode)         1 ตัว 
5. ทรานซิสเตอร์ NPN (เช่น PN2222A)                                      2 ตัว 
6. ตัวต้านทาน 1kΩ                                                                     2 ตัว 
7. ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω                                                  8 ตัว
8. สายไฟสําหรับต่อวงจร                                                             1 ชุด
9. มัลติมิเตอร์                                                                               1 เครื่อง  

ขั้นตอนการทดลอง 

1. ออกแบบวงจร วาดผังวงจร และต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ร่วมกับบอร์ด Arduino เพื่อวัดแรงดันที่ได้ จากวงจรแบ่งแรงดันที่ใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ (แรงดันอยู่ในช่วง 0V ถึง 5V) เช่น ป้อนเข้าที่ขา A0 ของบอร์ด Arduino แล้วนำค่าไปแสดงผลโดยใช้ 7-Segment Display จํานวน 2 หลัก และ ให้มีทศนิยมเพียงหนึ่งตำแหน่ง เช่น ถ้าวัดแรงดันได้ 2.365V จะแสดงผลเป็น “2.4” ถ้าวัดได้ 2.539V  ให้แสดงผลเป็น “2.5” เป็นต้น และให้ใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd จากบอร์ด Arduino เท่านั้น [ทุกกลุ่มจะต้องวาดวงจรสําหรับการทดลองมาให้แล้วเสร็จ (ให้เตรียมตัวมาก่อนเข้าเรียน วิชาปฏิบัติ]

2. เขียนโค้ดสําหรับ Arduino เพื่ออ่านค่าจากแรงดันอินพุต-แอนะล็อก แล้วนำไปแสดงผลโดยใช้  7-Segment Display ตามที่กล่าวไป (และให้แสดงค่าที่อ่านได้ออกทาง Serial Monitor ด้วย)  และในการเขยีนโค้ด ห้ามใช้ตัวแปรหรือตัวเลขแบบ float 

3. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน เบรดบอร์ด โค้ด Arduino ที่ได้ทดลองจริงพร้อมคำอธิบายโค้ด/การทำงานของโปรแกรม และตัวอย่างผลที่แสดงบน Serial Monitor (Screen Capture)

ผลการทดลอง

ออกแบบวงจร Arduino ด้วยโปรแกรม Frizing

วงจร Arduino Schematic View

 วงจร Arduino Breadboard View

ภาพวงจรที่ต่อตามวงจรที่ออกแบบ

โค้ดสำหรับโปรแกรม Arduino Sketch

const byte DIGIT_7SEG[] ={ //Digitสถาณะของ 7 Segment แต่ละช่องเรียงดังนี้ hgfedcba B00111111, //0 B00000110, //1 B01011011, //2 B01001111, //3 B01100110, //4 B01101101, //5 B01111100, //6 B00000111, //7 B01111111, //8 B01101111 //9 }; const byte SEVEN_SEG_1[7] = {2,3,4,5,6,7,8}; //7 Segment ทั้ง7ช่อง ต่อเข้าที่ pin 0-6 const byte VREF_PIN = A0; // อ่านค่าแรกดัน Vref จาก Trimpot ทางpin A0 const byte D1_control = 12; // ปล่อยแรงดันควบคุมทรานซิสเตอร์ของdigitแรกทางpin 12 const byte D2_control = 13; // ปล่อยแรงดันควบคุมทรานซิสเตอร์ของdigitหลังทางpin 13 void setup() { for (int i=0; i < 7; i++) { pinMode( SEVEN_SEG_1[i], OUTPUT ); //วนloopกำหนดโหมดของpinที่ต่อกับ7segmentเป็นเอาต์พุต } analogReference( DEFAULT ); //กำหนดแรงดันสำหรับpinอนาล๊อกเป็นแบบdefault (5V) pinMode( D1_control, OUTPUT ); //กำหนดโหมดของpinที่ต่อกับทรานซิสเตอร์เป็นเอาต์พุต pinMode( D2_control, OUTPUT ); //กำหนดโหมดของpinที่ต่อกับทรานซิสเตอร์เป็นเอาต์พุต Serial.begin( 9600 ); //กำหนดอัตราการสื่อสารข้อมูลระหว่างบอร์ดArduinoกับคอมพิวเตอร์ } void loop() { long int value = analogRead(VREF_PIN); //อ่านค่าVrefจากTrimpot ได้ค่าอยู่ในช่วง 0-1023 Serial.print("READ = "); Serial.print(value,DEC); Serial.print(" : VOLTAGE = "); Serial.print((5*value)/(1023), 1); Serial.print("."); Serial.print((((500*value)/(1023))%100)/10, 1); Serial.println(); //สั่งให้แสดงผลทางdigitแรก digitalWrite( D1_control,HIGH); digitalWrite( D2_control,LOW); displayDigit((((50*value)/(1023))%100)/10); //เรียกใช้ฟังก์ชันที่จะแสดงตัวเลขบน 7 Segmentโดยใส่เลขที่จะแสดงในหลักหน่วย delay(5); //หน่วง 5 มิลลิวินาที //สั่งให้แสดงผลทางdigitหลัง digitalWrite( D1_control,LOW); digitalWrite( D2_control,HIGH); displayDigit((((500*value)/(1023))%100)/10); //เรียกใช้ฟังก์ชันที่จะแสดงตัวเลขบน 7 Segmentโดยใส่เลขที่จะแสดงในหลักทศนิยม delay(5); //หน่วง 5 มิลลิวินาที } void displayDigit(long int value) { //ฟังก์ชันที่จะแสดงตัวเลขบน 7 Segment if(value>=0 && value<10){ byte v = DIGIT_7SEG[ value ]; //แปลงตัวเลขให้เป็นdigitสถาณะของ 7 Segment for (int i=0; i<8; i++) { //วนloopกำหนดสถาณะ 7 Segmentทั้ง7ช่อง digitalWrite(SEVEN_SEG_1[i], (v & 1) ); //สั่งให้pinไฟติด/ดับ v>>= 1; //ขยับpinถัดไป } } }

ผลจากโค้ด Arduino ทดลองหมุน Trimpot

อ้างอิง: การทดลองที่ 4.6 การวัดแรงดันอินพุต-แอนะล็อกและการแสดงค่าโดยใช้ 7-Segment
โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์ ห้องปฏิบัติการระบบสมองกลฝังตัว(ESL.) มจพ.