ชุด kids สำหรับการเรียนรู้ไมโครคอนโทรลเลอร์ในช่วงการแพร่ระบาดโควิด-19

          เนื่องใน ปัจจุบันสถานการณ์การแพร่ระบาดโควิด-19 ยังมีการแพร่ระบาดอยู่เรื่อยๆ ในหลายๆประเทศ รวมถึงประเทศไทยด้วย  ทำให้ทางรัฐบาลนั้นได้ออกมาตรการต่างๆ มาสกัดกั้น เจ้าเชื้อไวรัสโควิด-19 ไม่ว่าจะเป็น เว้นระยะห่างทางสังคม รวมถึงรูปแบบการทำงานที่เปลี่ยนไปจากการเข้าออฟฟิศ หรือ สำนักงาน ก็กลายเป็นการทำงานจากที่บ้าน หรือที่เรารู้จักกันดีในชื่อว่า working form home รวมถึง ออกมาตรการเรียนรู้สื่อออนไลน์ หรือ เรียนออนไลน์ เป็นต้น ทำให้รูปแบบการใช้ชีวิตในการทำงาน หรือ การเรียนได้เปลี่ยนรูปแบบไปอย่างสิ้นเชิง


          จากการแพร่ระบาดของไวรัสโควิด-19นั้น ทำให้เกิดการปรับตัวไม่ว่าจะเป็นการทำงาน หรือ การเรียนนั้นเปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง ในบทความนี้จะขอยกตัวอย่างการปรับเปลี่ยนการเรียนรู้ ปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ จากห้องแลป สู่ ที่บ้าน การปฎิบัติการทดลองไมโครคอนโทรเลอร์นั้นโดยให้ทางนักเรียน ได้รู้จักคอนโทรลเลอร์ รวมถึงการเกิดสัญญาณไฟปรากฏที่หน้าจอ LED ที่เราเรียกว่า 7-Segment LED ก่อนเราจะไปสู่การทดลองทำชุด kids สำหรับการทดลองไมโครคอนโทรลเลอร์นี้ เรามาทำความรู้จักก่อนว่า อะไรคือ คอนโทรลเลอร์คืออะไร มีหน้าตาเป็นยังไง


          ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) โดยมักจะย่อว่า MCU เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็ก ซึ่งบรรจุความสามารถนาๆนับประการคล้ายคลึงกับระบบความคิดและตรรกะคล้ายคลึงกับคอมพิวเตอร์ โดยเจ้าตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวเล็กๆแค่นี้ นั้นได้รวบรวมเอาซีพียู หน่วยความจำ และพอร์ต เข้าไว้ด้วยกันเป็นชิพเซ็ทตัวเล็กๆอันนึง           โดยที่ส่วนประกอบของ ไมโครคอนโทรลเลอร์ 1.หน่วยประมวลผลกลางหรือซีพียู (CPU:Central processing unit) ทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ 2. หน่วยความจำ(Memory) จะแบ่งออกเป็น2ส่วน คือ 1.หน่วยความจำที่มีไว้สำหรับเก็บโปรแกรมหลัก (Program Memory) เปรียบเสมือนคล้ายๆฮาร์ดดิสก์ของคอมพิวเตอร์ทั่วไป และอีกส่วนนึงคือ หน่วยความจำ(Data Memory) คล้ายๆกับกระดาษทดในการประมวลผลการทำงานของซีพียู และเป็นที่พักชั่วคราวของข้อมูลขณะการทำงาน 3. พอร์ต จะมีทั้ง พอร์ตอินพุต(input port) และ พอร์ตเอ้าพุท(output port) จะใช้ในการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ภายนอก เพื่อใช้ในการรับสัญญาณ และประมวลผลข้อมูล จากพอร์ตอินพุต ไปยัง พอร์ตเอ้าพุท เพื่อใช้ในการแสดงผลให้หลอดไฟติดเป็นต้น 4.ช่องทางเดินสัญญาณ หรือ บัส(BUS) คือ เส้นทางในการแลกเปลี่ยนสัญญาณข้อมูลระหว่าง ซีพียู หน่วยความจำและพอร์ต เป็นลักษณะของสายสัญญาณเกิดขึ้น โดยสามารถแบ่งเป็นข้อมูล บัสข้อมูล (Data Bus) บัสแอดเดรส (Address Bus) และ บัสควบคุม (Control Bus) และ 5.วงจรกำเนิดสัญญาณนาฬิกา คือ การกำหนดจังหวะสัญญาณนาฬิกา ความถี่สูง-น้อย จังหวะการทำงานของคอนโทรลเลอร์จะสามารถทำงานได้เป็นปกติไหม ขึ้นอยู่กับจังหวะสัญญาณนาฬิกาอันนี้


          เราจบไปกันแล้วกับ ที่มาที่ไปของไมโครคอนโทรลเลอร์เราจะมาเข้าสู่การทดลองและเรียนรู้ในการทำ ชุด kids ของไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยเริ่มต้นทำการเตรียมอุปกรณ์ ดังนี้
(1)Seven Segment  (2)Socket 40ขา (3)สวิทซ์5อัน (4)ตัวเก็บประจุ50nf (5)ตัวต้านทาน10k (6)ตัวเก็บประจุ0.1µf3อัน (7)ตัวเก็บประจุ470µf 25V (8)ไดโอด (9) แจ๊คเสียบadaptor (10) R Silp9 (11)R Silp5  จากนั้นขั้นตอนการทำจะเริ่มจาก 


          1. เริ่มจากการวางอุปกรณ์วงจรในส่วนของวงจรภาคการจ่ายไฟโดยเริ่มจากการต่อไดโอดขั้วลบเข้ากับตัวเก็บประจุ(Capacitor)

          2. จากนั้นก็ต่อตัวLM7805 (Regulator) โดยที่ดูจากData sheet บอกตำแหน่งขา Ground out และ In จากนั้นต่อตัวเก็บประจุ0.1µF

          3. จากนั้นทำการบัดกรีลงไปแต่ละจุดและก็Wireสายไฟเข้ากันในแต่ละจุดของDiagramภาพเราจะได้จุดของไฟเข้าVin(5 Volts)และจุดของสายGround

          4. จากนั้นมาวางในส่วนของseven segmentและปุ่มสวิทซ์และก็บัดกรีส่วนต่างๆจากนั้นจั๊พสายจากขาsocketที่39-36ไปที่seven segmentที่ขา1 2 และ 6 กับ 8และบัดกรีปุ่มสวิทซ์ไปที่Key1ถึงKey4ที่ขาsocketคือ ขาที่14-17

          5. จากนั้นนำส่วนของsocketที่ใส่สำหรับ89S52และใส่ตัวR Bull up9ขาและ5ขาและบัดกรีทำการจั๊พสายจากR bull upไปขาsocketที่21ถึง28 จากนั้นขาsocketที่21ถึง28เชื่อมต่อไปถึงขาseven segmentที่14 16 13 3 5 11 15 7.และsocketขาที่40บัดกรีลงตัวเก็บประจุ100nfและนำไปลงสายGroundและขาที่20ก็ลงGroundด้วย

          6. จากนั้นต่อวงจรในส่วนที่เป็นCrystalทำหน้าที่คลื่นสัญญาณต่อเข้ากับsocketที่ขา18และขา19และต่อตัวเก็บประจุ30Pfทั้ง2ตัวเข้ากับCrystalจากนั้นก็ต่อลงGround

          7. มาในส่วนรีเซทนำสวิทซ์มาต่อคร่อมกับตัวเก็บประจุขนาด10µfและตัวต้านทานขนาด10kและไปลงสายGround

          8. เจาะรูที่บอร์ดนำ หัวแจ๊คมาใส่และทำการบัดกรีและลิงค์สายจากไดโอดขั้วบวกเข้าขากลางและเข้าขาลบของตัวเก็บประจุ

          9. ทดสอบว่าได้มีการจ่ายไฟของวงจรภาคไฟถึง5Volts หรือเปล่า
              จากผลการทดลอง และทดสอบ บอร์ดคอนโทรลเลอร์ชุด kids ไฟบน 7-segment สามารถติด และ กระพริบเป็นตัวเลขได้ แต่ยังมีการสะสมความร้อนที่ตัว Regulator บ้างแต่ไม่ถึงกับร้อนเกินขีดจำกัดที่ตัวIC Regulator นั้นรับไม่ไหว ในตอนสุดท้ายนี้ก่อนจะจากกันไป เป็นเพียงสาธิตการเรียนการสอนปฏิบัติการทางฟิสิกส์ในช่วงการแพร่ระบาดโควิด-19  ได้ความรู้และสนุกจากการต่อวงจรชุด kids ของไมโครคอนโทรลเลอร์

            ก่อนที่เราจะจากกันไป ทางผู้อ่านทุกท่านจะสังเกตเห็น ตัวเก็บประจุ หรือ ภาษาอังกฤษ ที่เราเรียกว่า capacitor นั้นมีไว้ทำไม ทำอะไรได้บ้าง มาตามผมมา ตัวเก็บประจุ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บประจุ (Charge) และสามารถคายประจุ (Discharge) ได้นิยมนํามาประกอบในวงจรทางด้านไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ตัวอย่างเช่นวงจรกรองกระแส (Filter), วงจรผ่านสัญญาณ (By-pass), วงจรสตาร์ทเตอร์ (Starter), วงจรถ่ายทอดสัญญาณ (Coupling)ฯลฯ เป็นต้น เจ้าตัวเก็บประจุนั้นสามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิดคือ แบบค่าคงที่แบบเปลี่ยนแปลงค่าได้และแบบเลือกค่าได้ สามารถเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าคอนเดนเซอร์ หรือเรียกย่อๆ ว่าตัวซี (C) โดยที่หน่วยของตัวเก็บประจุคือ ฟารัด (Farad) 

 

          ซึ่งผู้อ่านบางท่านอาจจะสงสัย 0.1µf ที่ตามหลัง ตัวเก็บประจุนั้นมาจากไหน คำนวณยังไง ซึ่งการคำนวนค่าในการเก็บประจุ และ แรงดันได้จากสมการ

              สุดท้ายนี้ ที่มาที่ไปของตัวเก็บประจุนี้ อาจจะช่วยให้ผู้อ่านบางท่านเข้าใจในเนื้อหา และ วิธิการคิดคำนวนการเก็บประจุไฟฟ้าได้มากยิ่งขึ้น
 

ที่มา

• http://www.nmptc.ac.th/home/wp-content/uploads/2016/08/U6.pdf
• https://keil-cvi.com/ไมโครคอนโทรลเลอร์-คือ/
• https://www.electronics-tutorials.ws/capacitor/cap_1.html
• https://internetofthingsagenda.techtarget.com/definition/microcontroller