0

หน่วยที่ 1งานติดตั้งโปรแกรม Arduino สําหรับใชง้าน ลงในเครือ่งคอมพิวเตอร ์

เดชา กาญวงษา

ผู้เรียบเรียง เดชา กาญวงษา วุฒิ ค.อ.บ. (วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน

ศษ.ม. (เทคโนโลยีและสื่อสารการศึกษา) มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช ตําแหน่ง คร ูวิทยฐานะ ครูชํานาญการ วิทยาลัยการอาชีพหนองกุงศร ี

สํานักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา

1

คําแนะนําการใช้เอกสารประกอบชุดการสอนสําหรับครู

เอกสารประกอบชุดการสอนเล่มนี้เป็นคู่มือท่ีครูผูส้อนใช้สําหรับการจัดการเรียนการสอนในรายวิชาไมโครคอนโทรลเลอร์ รหัสวิชา 2105-2105 ระดับประกาศนียบัตรวิชา (ปวช.) สาขาวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส ์สาขางานอิเล็กทรอนิกส์ ประกอบดว้ย

คําช้ีแจงสําหรับครู 1. ครูผู้สอนจะต้องศึกษาแผนการจัดการเรียนรู้ และวิธีการจัดการเรียนการสอน ตามชุดการสอน

รายวิชาไมโครคอนโทรลเลอร์ รหัสวิชา 2105-2105 ให้เข้าใจ 2. ครูผู้สอนจะต้องศึกษาส่วนประกอบของชุดการสอนแต่ละเรื่อง ซ่ึงประกอบด้วย ชื่อเรื่อง

จุดประสงค์ท่ัวไป จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม กิจกรรมการเรียนรู้ สื่อการสอน การประเมินผล ใบความรู้ ใบปฏิบัติการทดลอง คําถามท้ายการทดลอง เฉลยคําถามท้ายการทดลอง (ในกรณีท่ีมีการทดลอง)แบบทดสอบก่อนเรียนและหลังเรียน เฉลยแบบทดสอบก่อนเรียนและหลังเรียน

3. ครูผู้สอนต้องเตรียมเครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องโปรเจคเตอร์ จอรับภาพ และวีดีทัศน์ให้พร้อมในกรณีต้องไปสอนนอกห้องปฏิบัติการไมโครคอนโทรลเลอร์ (ซ่ึงการสอนในห้องปฏิบัติการไมโครคอนโทรลเลอร์จะมีอุปกรณ์เหล่านีค้รบอยู่แล้ว)

4 . ครูผู้ สอนต้อง เตรี ยมสื่ อ อ่ืน ๆ อาทิเช่น ของจริ งของอุปกรณ์ ท่ี ใช้ ในงานระบบงานไมโครคอนโทรลเลอร ์(ในห้องปฏิบัตกิารไมโครคอนโทรลเลอร์จะมีอุปกรณ์เหล่านี้ครบอยู่แล้ว) เพ่ือให้เกิดความสนใจในการเรียนรู้เนื้อหาเพ่ิมมากยิ่งข้ีน

5. ครูผูส้อนตอ้งคอยดูแลและให้คําแนะนําสําหรับผู้เรียนท่ีมีปัญหา 6. ในการสรุปบทเรียนครูผูส้อนควรเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงออกให้มากท่ีสุด 7. เม่ือสิ้นสุดการจัดกิจกรรมการเรียนการสอน ครูผู้สอนตรวจเก็บอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้เรียบร้อย เพ่ือ

ความสะดวกในการใช้ครัง้ต่อไป 8. ในการใช้ชุดการสอนแต่ละครั้ง ครูผูส้อนตอ้งศึกษาล่วงหน้ามาก่อนทําการเรียนการสอน 9. ในเอกสารประกอบชุดการสอนชุดนี้จะประกอบไปดว้ย

- แผนบริหารการสอนประจําหน่วย - แบบทดสอบก่อนเรียน - ใบเนื้อหา - ใบปฏิบัตงิาน - แบบทดสอบหลังเรียน

10. ครูผู้สอนควรสังเกตพฤติกรรมของของผู้เรียนในระหว่างจัดการเรียนการสอน เพ่ือใช้ในการประเมินคะแนนด้านจิตพิสัย

2

วิธีใช้ชุดการสอน 1. ทดสอบก่อนเรียน แล้วบันทึกผลการทดสอบก่อนเรียน 2. ดําเนินการสอนในแต่ละเรื่อง และการจัดกิจกรรมการเรียนการสอนด้วยความเข้าใจถูกต้องและ

ชัดเจน 3. เม่ือใช้ชุดการสอนแล้วให้ทดสอบหลังเรียนแล้วบันทึกผลการทดสอบหลังเรียน

����������������������

3

แผนบริหารการสอนประจําหน่วยที่ 1รหัสวิชา 2105-2105 วิชา ไมโครคอนโทรลเลอร ์ สอนครั้งท่ี 1หน่วยท่ี 1 งานติดตั้งโปรแกรม Arduino สําหรับใช้งาน ลงในเครือ่งคอมพิวเตอร์ เวลา 4 ชั่วโมง

หัวข้อเร่ือง ทฤษฏ ี1.1 ความหมายของไมโครคอนโทรลเลอร ์1.2 ตระกูล ของไมโครคอนโทรลเลอร์ 1.3 หลักการทํางานของไมโครคอนโทรลเลอร์ 1.4 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร ์Arduino 1.5 โปรแกรม Arduino IDE

ปฏิบัต ิใบปฏิบัตงิานท่ี 1

สาระสําคัญในการพัฒนาโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์จํ า เป็น ท่ีจะต้อง มีความรู้ พ้ืนฐานเ ก่ียวกับ

ไมโครคอนโทรลเลอร ์ความหมานของไมโครคอนโทรลเลอร ์ตระกูล ของไมโครคอนโทรลเลอร์ หลักการทํางานของไมโครคอนโทรลเลอร์ บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino และวิธีการติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE เพ่ือใช้สําหรับพัฒนาโปรแกรมของไมโครคอนโทรลเลอร์ต่อไป

สมรรถนะประจําหน่วย ตดิตั้งโปรแกรมสําหรับใช้งานไมโครคอนโทรลเลอร์

จุดประสงค์ทั่วไป 1. เพ่ือให้มีความรูค้วามเข้าใจเก่ียวกับไมโครคอนโทรลเลอร ์2. เพ่ือให้มีความรูค้วามเข้าใจเก่ียวกับการติดตั้งโปรแกรม Arduino สําหรับใช้งาน ลงในเครือ่ง

คอมพิวเตอร์

จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม 1. อธิบายความหมายของไมโครคอนโทรลเลอร์ได้อย่างถูกต้อง 2. จําแนกตระกูลของไมโครคอนโทรลเลอร์ได้อย่างถูกต้อง

4

3. อธิบายหลักการทํางานของไมโครคอนโทรลเลอร์ได้อย่างถูกต้อง 4. บอกส่วนประกอบของบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino ไดอ้ย่างถูกต้อง 5. อธิบายข้ันตอนการติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE ไดอ้ย่างถูกต้อง 6. ตดิตั้งโปรแกรม Arduino IDE ลงบนเครือ่งคอมพิวเตอร์ไดอ้ย่างถูกต้อง

สื่อการสอน 1. เอกสารประกอบชุดการสอนวิชาไมโครคอนโทรลเลอร์ ประกอบดว้ย

1.1 เอกสารประกอบการสอน 1.2 ใบปฏิบัตงิาน 1.3 แบบทดสอบก่อนเรียนและหลังเรียน

2. เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ 3. ชุดทดลองไมโครคอนโทรลเลอร ์4. โปรแกรม Arduino IDE Version 1.8.6

คําช้ีแจงการใช้เอกสารประกอบการสอน

1. นักเรียนศึกษาเอกสารประกอบการสอนก่อนเข้าชั้นเรียน 2. นักเรียนทําแบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิก่์อนเรียน 3. การดาํเนินการสอนประกอบด้วยข้ันตอน ดงันี้

4. ครูผู้สอนควรดําเนินการสอนตามแผนการสอนโดยเลือกสื่อ เนื้อหาและแบบฝึกหัดให้ตรงกับวัตถุประสงค์เชิงพฤติกรรมในแต่ละข้อ

5. ครูผู้สอนควรศึกษาวัตถุประสงค์เชิงพฤติกรรม แผนการสอน เนื้อหา ใบปฏิบัติงานและแบบฝึกหัดให้เข้าใจดเีสียก่อน

6. เม่ือสอนเสร็จทุกวัตถุประสงค์เชิงพฤติกรรมแล้ว ทําการประเมินโดยใช้แบบทดสอบหลังเรียน

ขัน้ตอนท่ี 1สร้างปัญหาให้ผู้เรียนสนใจ (Motivation)

ขัน้ตอนท่ี 2ให้เนื้อหาและสรุป

(Information)

ขัน้ตอนท่ี 3ประเมินความรู้ด้วย

แบบฝึกหัด(Application)

ขัน้ตอนท่ี 4ตรวจปรับความสําเร็จ(Progress)

5

วิธีวัดประเมินคุณธรรม จริยธรรม จรรยาบรรณวิชาชีพ1. การดําเนินกิจกรรมการเรียนการสอน ครูผู้สอนใช้แบบประเมินคุณธรรม จริยธรรม จรรยาบรรณ

วิชาชีพ ประเมินผลผู้เรียนโดยสังเกตพฤตกิรรมรายบุคคล 2. พฤติกรรมบ่งชี้ของการประเมินคุณธรรม จริยธรรม จรรยาบรรณวิชาชีพ ข้ึนอยู่กับครูผู้สอน

เห็นสมควรและมีความเหมาะสมกับเนือ้หาของวิชานั้น ๆ

วิธีวัดประเมินผล (ด้านความรู้)1. ผู้เรียนจะตอ้งทําแบบฝึกหัดหลังจากศึกษาเนื้อหาในบทเรียนนั้นๆ การประเมินผลจากแบบฝึกหัด

ประจําหน่วยท่ี 1 จํานวน 10 ข้อ คะแนนเต็ม 10 คะแนน 2. การดําเนินกิจกรรมการเรียนการสอน ครูผู้สอนจะวัดผลและประเมินผลด้านทฤษฎี ด้วย

แบบทดสอบหลังเรียน หลังจากท่ีผู้เรียนได้ผ่านการปฏิบัติงานตามใบปฏิบัติงาน ประเมินผลจากแบบทดสอบหลังเรียนหน่วยท่ี 1 จํานวน 10 ข้อ คะแนนเต็ม 10 คะแนน

วิธีการประเมินผลใบปฏิบตัิงาน (ด้านทักษะ)1. ครูผู้สอนเป็นผู้กําหนดจุดประเมินในการปฏิบัติงานนั้น ๆ เม่ือเห็นว่าจุดนั้น ๆ มีความสําคัญใน

การปฏิบัติงาน 2. ครูผู้สอนจะต้องไปตรวจสอบเม่ือผู้เรียนปฏิบัติงานถึงจุดประเมินท่ีครูผู้สอนได้กําหนดไว้ การ

ประเมินผลจากการทดลองตามใบปฏิบัติงาน โดยจัดทําคะแนนให้เป็น 100 เปอร์เซน็ต์ 3. ประเมินผลจากแบบประเมินผล ด้านคุณธรรม จริยธรรม และคุณลักษณะอันพึงประสงค์จํานวน

10 คะแนน (แนบหลังกิจกรรมเสริมทักษะ)

6

แบบทดสอบก่อนเรียน หน่วยท่ี 1

เรื่อง งานติดตั้งโปรแกรม Arduino สําหรับใช้งานลงในเครื่องคอมพิวเตอร์ ใช้เวลา 5 นาที วิชา ไมโครคอนโทรลเลอร ์ รหัสวิชา 2105-2105 ระดับช้ัน ประกาศนียบัตรวิชาชีพ (ปวช.) สาขาวิชา ช่างอิเล็กทรอนิกส์ **************************************************************************************************

คําช้ีแจง 1. แบบทดสอบมีท้ังหมด 10 ข้อ (10 คะแนน)2. ให้ผูเ้รียนเลือกคําตอบท่ีถูกท่ีสุดแล้วกาเครือ่งหมายกากบาท (�) ลงในกระดาษคําตอบ

1. ไมโครคอนโทรลเลอร ์คืออะไร ก. ระบบขนาดเล็ก ข. ระบบขนาดเล็กท่ีนํามาประยุกตใ์ช้งานไดห้ลากหลาย ค. ระบบคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กท่ีนํามาประยุกต์ใช้งานไดห้ลากหลาย ง. ระบบคอมพิวเตอร์ท่ีนํามาประยุกตใ์ช้งานได้หลากหลาย

2. MCU คืออะไร ก. Microcomputer

ข. Microcontroller ค. Microcomtroller ง. Microcontronler 3. ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล MCS-51 เป็นของบริษัทใด

ก. Apple ข. Atmel ค. Microchip ง. Intel 4. ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูลใดท่ีมีอายุยาวนานท่ีสุด

ก. MCS-51 ข. PIC ค. AVR ง. Arduino 5. หน่วยประมวลผลกลางทําหน้าท่ีอะไร

ก. เป็นหน่วยความจําข้อมูล (RAM) ข. ติดตอ่กับอุปกรณ์ภายนอก

ค. เก็บข้อมูลไว้ในโปรแกรมหลัก ง. ประมวลผลข้อมูลต่างๆในตวัไมโครคอนโทรลเลอร์

7

6. วงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกา ข้อใดกล่าวถูกต้อง ก. กําหนดจังหวะในการใช้หน่วยความจํา ข. กําหนดจังหวะเพ่ือแลกเปลี่ยนสัญญาณข้อมูล ซีพีย ูหน่วยความจํา และพอร์ต ค. กําหนดจังหวะในการทํางานให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ ง. กําหนดจังหวะในการทํางานของวงจร

7. บอร์ด ARDUINO UNO R3 ใช้ชิปไอซตีวัใด ก. ATmega328

ข. PIC16f887a ค. MCS-51 ง. Z80 8. แรงดันไฟฟ้าจากภายนอกท่ีใช้งานในบอร์ด ARDUINO UNO R3 ท่ีแนะนํามีขนาดเท่าใด

ก. 0-6 โวลต์ ข. 3-9 โวลต์ ค. 7-12 โวลต์ ง. 10-20 โวลต์

9. ข้อใดไม่ใช่ คุณสมบัตขิองโปรแกรม ARDUINO IDE ก. ใช้ในการเขียนโค้ดโปรแกรม

ข. ใช้ในการแปลภาษา C++ เป็นภาษาเครื่อง ค. ใช้ในการเขียนภาษาโค้ดภาษาเครือ่งลงในตัว MCU

ง. ใช้ในการคัดลอกโค้ดภาษาเครือ่งจากMCU 10. ก่อนจะติดตั้งโปรแกรม ARDUINO IDE ตอ้งทําอย่างไร

ก. เตรียมบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร ์ข. เตรียมอุปกรณ์ตอ่พวงไมโครคอนโทรลเลอร์ ค. ดาวน์โหลดโปรแกรม ง. ตดิตั้งโปรแกรม

8

หน่วยที่ 1งานติดต้ังโปรแกรม Arduino

สําหรับใช้งาน ลงในเครือ่งคอมพิวเตอร์

1.1 ความหมายของไมโครคอนโทรลเลอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ (อังกฤษ: Microcontroller มักย่อว่า µC, uC หรือ MCU) คือ อุปกรณ์

ควบคุมขนาดเล็ก ซ่ึงบรรจุความสามารถท่ีคล้ายคลึงกับระบบคอมพิวเตอร์ โดยในไมโครคอนโทรลเลอร์ได้รวมเอาซพีีย ูหน่วยความจํา และพอร์ต ซ่ึงเป็นส่วนประกอบหลักสําคัญของระบบคอมพิวเตอร์เข้าไว้ด้วยกัน โดยทําการบรรจุเข้าไว้ในตัวถังเดียวกัน

ไมโครคอนโทรลเลอร์ถ้าแปลความหมายแบบตรงตัวก็คือ ระบบคอนโทรลขนาดเล็กเรียกอีกอย่างหนึง่ คือ เป็นระบบคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก ท่ีสามารถนํามาประยุกตใ์ช้งานได้หลากหลาย โดยผ่านการออกแบบวงจรให้เหมาะกับงานต่างๆ และยังสามารถโปรแกรมคําสั่งเพ่ือควบคุมขา Input / Output เพ่ือสั่งงานให้ไปควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ ได้อีกด้วย ซ่ึงนับว่าเป็นระบบท่ีสามารถนํามาประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย ท้ังทางด้าน Digital และ Analog ยกตัวอย่างเช่น ระบบสัญญาณตอบรับอัตโนมัติ, ระบบบัตรคิว, ระบบตอกบัตรพนักงาน ระบบควบคุมในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เป็นต้น ยิ่งระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ ในยุคปัจจุบันนั้นสามารถทําการเชื่อมต่อกับระบบ Network ของคอมพิวเตอร์ท่ัวไปได้อีกด้วย ดังนั้น การสั่งงานจึงไม่ใช่แค่หน้าแผงวงจร แต่อาจจะเป็นการสั่งงานอยูค่นละซีกโลกผ่านเครือข่ายอินเตอร์เน็ตก็ได ้

รูปท่ี 1.1 แสดงโครงสร้างโดยท่ัวไปของไมโครคอนโทรลเลอร์

9

1.2 ตระกูล ของไมโครคอนโทรลเลอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูลตา่งๆ ท่ีไดร้ับความนิยมและมีพัฒนาการมาจนถึงปัจจุบันมี ดงันี้ 1.2.1 ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกลู MCS-51

ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล MCS-51 บริษัทท่ีสร้างไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล MCS-51 โดยบริษัทแรก คือ บริษัท Intel ตระกูล MCS-51 เป็นตระกูลท่ีพัฒนาต่อจาก Z80 ซ่ึงเป็นไมโครโปรเซสเซอร ์ทําให้การศึกษาเรียนรูไ้มโครคอนโทรลเลอร์ง่ายข้ึนกว่าเดิม ไม่ว่าจะเป็นการเขียนโปรแกรมในลักษณะของ Assembly Code แล้วโหลดลงบอร์ดเพ่ือใช้งาน ตลอดจนสถาปัตยกรรมในการออกแบบ ไมโครคอนโทรลเลอร์รุน่นี้ จะช่วยลดอุปกรณ์รอบข้างลงไปได้มาก เหมาะท่ีจะนาไปใช้งานจริง

รูปท่ี 1.2 แสดงไมโครคอนโทรลเลอร์กระกูล MCS-51�

1.2.2 ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกลู PIC ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล PIC บริษัท Microchip Technology เป็นผู้สร้างและผลิต PIC เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ยุคต่อมาท่ีได้รับความนิยมสูงอีกตระกูลหนึ่ง ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน คําว่า PIC ย่อมาจากคาว่า (Peripheral Interface Controller) ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูลนี้ มีการพัฒนาเทคโนโลยีข้ึนในทุกด้าน ทําให้ไดร้ับความนิยมกว่า ไมโครคอนโทรลเลอร์ยุคเก่า เพราะในเรื่องของอุปกรณ์ต่อพ่วงท่ีมีน้อย ประกอบกับมีหน่วยความจํา EEPROM ในตวั จึงทําให้ง่ายตอ่การบันทึกและจัดเก็บข้อมูล และ PORT ต่างๆ ได้มีการ latch ในตัว IC อยู่แล้ว จึงสามารถต่อออกมาใช้งานภายนอกได้โดยตรง มีกระแสและแรงดันท่ีเพียงพอ และอีกความสามารถหนึ่ง คือสามารถโปรแกรมตัว Boot Loader เข้าไปในตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ จึงทําให้ง่ายในการโหลดโปรแกรมเข้าไปจากคอมพิวเตอร์ โดยผ่านทาง Serial Port และกดปุ่ม Reset เพียงอย่างเดยีว ไม่ตอ้งการเครือ่งโปรแกรม IC เพ่ิมเติม อย่างท่ีตอ้งมีกับระบบไมโครคอนโทรลเลอร์รุน่เก่าอย่าง MCS-51

10

รูปท่ี 1.3 แสดงไมโครคอนโทรลเลอร์กระกูล PIC

1.2.3 ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกลู AVR ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่นต่อมาท่ีมีการพัฒนาต่อมาจาก MCS-51 โดยบริษัท ATMEL อันเนื่องมาจากว่า MCS-51 ยุคหลังนี้ไม่ค่อยมีคนใช้งานจริง และมีใช้งานแต่เฉพาะในสถาบันการศึกษา เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่าการออกออกแบบวงจรท่ีค่อนข้างยุ่งยาก และต้องอาศัยการต่ออุปกรณ์ร่วมเยอะนัน้เอง ดงันั้น AVR จึงเข้ามาเป็นท่ีนิยมในการทางานด้านนี้ โดยคุณสมบัติหลักท่ีน่าสนใจก็คือ สามารถ Interface ผ่าน USB ได้โดยตรง ซ่ึงไมโครคอนโทรลเลอร์ยุคเก่าทําได้โดยต่อผ่านพอร์ต RS-232 แต่เนื่องดว้ยคอมพิวเตอร์ยุคใหม่ พอร์ต RS-232 เริ่มหายาก ดงันั้น AVR จึงได้รับความนิยม

รูปท่ี 1.4 แสดงไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR

1.2.4 ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกลู Arduino ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล Arduino เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์บอร์ดแบบสําเร็จรูปในยุคปัจจุบัน ซ่ึงถูกสร้างมาจาก Controller ตระกูล ARM ของ ATMEL ข้อดีของไมโครคอนโทรลเลอร์บอร์ดคือ

11 เรื่องของ Open Source ท่ีสามารถนาไปพัฒนาต่อเป็นอุปกรณ์ต่างๆ ได้ และความสามารถในการเพ่ิม Boot Loader เข้าไปท่ีตัว ARM จึงทาให้การ Upload Code เข้าตัวบอร์ดสามารถทาได้ง่ายข้ึน และยังมีการพัฒนา Software ท่ีใช้ในการควบคุมตัวบอร์ดของ Arduino มีลักษณะเป็นภาษา C++ ท่ีโปรแกรมเมอร์มีความคุ้นเคยในการใช้งาน ตวับอร์ดสามารถนาโมดูลมาต่อเพ่ิม ซ่ึงทาง Arduino เรียกว่าเป็น shield เพ่ือเพ่ิมความสามารถเพ่ิมข้ึน

รูปท่ี 1.5 แสดงไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล Arduino

1.2.5 ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกลู Raspberry Pi ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล Raspberry Pi เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ Board เหมือนกับ

ใช้ Controller ตระกูล ARM เช่นกัน ท่ีน่าสนใจสาหรับบอร์ด Raspberry Pi คือ การจําลองตัวมันเองให้เป็นระบบคอมพิวเตอร์เครื่องเล็กๆ เครื่องหนึ่ง ท่ีสามารถทํางานระบบปฏิบัติการ Linux หรือ Windows ได้ในตัว เอง นั้นหมายถึงการดึง ระบบต่างๆ เพ่ือมาใช้งานใน board Raspberry Pi ทําให้มีความสะดวกมากเพราะมี OS Linux หรือ Windows ทํางานให้แทนอยู่แล้ว อย่างเช่นการติดต่อกับระบบ Network การติดต่อกับระบบจอภาพ การติดต่อระบบเสียง ตลอดจนการติดต่อกับระบบการเก็บข้อมูลผ่าน SD Card ซ่ึงสามารถทําได้ครบและครอบคลุม ดว้ยระบบปฏิบัตกิาร ภายใน ท่ีอยู่ใน board Raspberry Pi Pi

รูปท่ี 1.6 แสดงไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล Raspberry Pi

12 1.3 หลกัการทํางานของไมโครคอนโทรลเลอร์

โครงสร้างโดยท่ัวไปของไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือบางครั้งอาจเรียกว่าสถาปัตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอร์ สามารถจําแนกออกได้ได้เป็น 5 ส่วนประกอบหลักๆ ตามลักษณะของโครงสร้างภายใน ดงัต่อไปนี ้

รูปท่ี 1.7 แสดงโครงสร้างภายในของไมโครคอนโทรลเลอร์

1.3.1 หน่วยประมวลผลกลาง หน่วยประมวลผลกลางหรือซีพียู (CPU : Central Processing Unit) ทําหน้าท่ี

ประมวลผลข้อมูลต่างๆ ในตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยหน่วยประมวลผลกลางจะทํางานตามโปรแกรมท่ีระบุโดยคําสั่ง ข้ันตอนการทํางานของหน่วยประมวลผลกลางมีลักษณะเป็นวงรอบ โดยข้ันแรกหน่วยประมวลผล

13 กลางจะอ่านคําสั่งจากหน่วยความจํา จากนัน้หน่วยประมวลผลกลางจะตีความคําสั่งนัน้ และในข้ันตอนสุดท้ายหน่วยประมวลผลกลางก็จะประมวลผลตามคําสั่งท่ีอ่านเข้ามา เม่ือทํางานเสร็จหน่วยประมวลผลก็จะเริ่มอ่านคําสั่งเข้ามาอีกครั้ง การทํางานของหน่วยประมวลผลกลาง ประกอบด้วยการคํานวณทางคณิตศาสตร์พ้ืนฐาน เช่น การบวก ลบ คูณ หาร การเปรียบเทียบข้อมูลสองจํานวน การควบคุมการเคลื่อนย้ายข้อมูลในส่วนต่างๆ ของระบบ เช่น เคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างอุปกรณ์รับข้อมูล อุปกรณ์แสดงผลกับหน่วยความจํา เป็นตน้

1.3.2 หน่วยความจํา หน่วยความจํา (Memory) สามารถแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือหน่วยความจําท่ีมีไว้สําหรับเก็บ

โปรแกรมหลัก (Program Memory) เช่น Flash Memory ลักษณะการทํางานของหน่วยความจํานี้ เป็นหน่วยความจําท่ีอ่านเขียนได้ด้วยไฟฟ้า เปรียบเสมือนฮาร์ดดิสก์ของเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ คือข้อมูลใดๆ ท่ีถูกเก็บไว้ในนี้จะไม่สูญหายไปแม้ไม่มีไฟเลี้ยง อีกส่วนหนึ่งคือหน่วยความจําข้อมูล (Data Memory) ใช้เป็นเหมือนกับกระดาษทดในการคํานวณของซีพียู และเป็นท่ีพักข้อมูลชั่วคราวขณะทํางาน แต่หากไม่มีไฟเลี้ยง ในการทํางานข้อมูลจะหายไปคล้ายกับหน่วยความจําแรม (RAM) ในเครื่องคอมพิวเตอร์ท่ัวๆ ไป แต่สําหรับไมโครคอนโทรลเลอร์สมัยใหม่ หน่วยความจําข้อมูลมีท้ังท่ีเป็นหน่วยความจําแรม ซ่ึงข้อมูลจะหายไปเม่ือไม่มีไฟเลี้ยง และเป็นอีอีพรอม (EEPROM : Erasable Electrically Read-Only Memory) ซ่ึงสามารถเก็บข้อมูลไดแ้ม้ไม่มีไฟเลีย้งก็ตาม ในอดีตเป็นหน่วยความจําโปรแกรมแบบ EPROM หน่วยความจําท่ีลบด้วยแสง

1.3.3 ส่วนติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก ส่วนติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก หรือพอร์ต (Port) มี 2 ลักษณะคือ พอร์ตอินพุต (Input

Port) และพอร์ตส่งสัญญาณหรือพอร์ตเอาต์พุต (Output Port) ส่วนนี้จะใช้ในการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ภายนอก ถือว่าเป็นส่วนท่ีสําคัญมาก พอร์ตอินพุตรับสัญญาณเพ่ือนาไปประมวลผลและส่งไปแสดงผลท่ีพอร์ตเอาต์พุต เช่น การกดสวิทช์ให้หลอดไฟตดิสว่าง เป็นตน้

1.3.4 ช่องทางเดินของสัญญาณ ช่องทางเดินของสัญญาณ หรือบัส (BUS) คือเส้นทางการแลกเปลี่ยนสัญญาณข้อมูล

ระหว่าง ซี พียู หน่วยความจํา และพอร์ต เป็นลักษณะของสายสัญญาณจํานวนมากอยู่ภายในตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยแบ่งเป็นบัสข้อมูล (Data Bus) บัสแอดเดรส (Address Bus) และบัสควบคุม (Control Bus)

1.3.5 วงจรกาํเนิดสัญญาณนาฬิกา วงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกา นับเป็นส่วนประกอบท่ีสําคัญมากอีกส่วนหนึ่ง เนื่องจากการ

ทํางานท่ีเกิดข้ึนในตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ จะข้ึนอยู่กับการกําหนดจังหวะ หากสัญญาณนาฬิกามีความถ่ีสูง จังหวะการทํางานก็จะสามารถทําได้ถ่ีข้ึน ส่งผลให้ไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวนั้น มีความเร็วในการประมวลผลสูงตามไปด้วย

14 1.4 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino

Arduino เป็นภาษาอิตาลี โดยเป็นชื่อโครงการพัฒนาไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR ในรูปแบบ Open Source คือวิธีการในการออกแบบ พัฒนา และแจกจ่ายสําหรับต้นฉบับของสินค้าหรือความรู้ โดยเฉพาะซอฟต์แวร์ โดยโอเพนซอร์ซ ถูกพิจารณาว่าเป็นท้ังรูปแบบหนึ่งในการออกแบบ และแผนการในการดําเนินการ โอเพนซอร์ซ เปิดโอกาสให้บุคคลอ่ืนนาเอาระบบนั้นไปพัฒนาได้ต่อไป การพัฒนามาจากโครงการ Open Source เดิมของ AVR ท่ีชื่อ Wiring โดยโครงการ Wiring ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR เบอร์ ATmega128 ซ่ึงมีข้อจํากัดหลายด้าน เช่น เป็นชิปท่ีมีตัวถังแบบ SMD ทําให้นํามาใช้งานยากเพราะตัวไมโครคอนโทรลเลอร์มีขนาดเล็กเกินไป ทําให้ไม่สะดวกในการต่อใช้งานจริง มีขาอินพุทและเอ้าท์พุทจํานวนมากเกินไป ตัวบอร์ดมีขนาดใหญ่เกินไป ไม่เหมาะสมสําหรับผู้ท่ีเริ่มต้นเรียนรู้ด้านไมโครคอนโทรลเลอร์ ด้วยเหตผุลข้างต้นจึงทําให้ไม่ไดร้ับความนิยม ระยะต่อมาทีมงาน Arduino จึงได้นําโครงการ Wiring มาพัฒนาใหม่โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR ขนาดเล็ก คือ ATMega8 และ ATMega168 ทําให้ได้รับความนิยมจนถึงปัจจุบันนี้

บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino UNO คําว่า Uno เป็นภาษาอิตาลี ซ่ึงแปลว่าหนึ่ง เป็นบอร์ด Arduino รุ่นแรกท่ีผลิตออกมา มีขนาดประมาณ 68.6x53.4 มิลลิเมตร เป็นบอร์ดมาตรฐานท่ีนิยมใช้งานมากท่ีสุด เนื่องจากเป็นขนาดท่ีเหมาะสําหรับการเริ่มต้นเรียนรู้ Arduino และมี Shields ให้เลือกใช้งานได้มากกว่าบอร์ด Arduino รุ่นอ่ืนๆ ท่ีออกแบบมาเฉพาะมากกว่า โดยบอร์ด Arduino Uno ได้มีการพัฒนาเรื่อยมา ตั้งแต ่R2 R3 และรุ่นย่อยท่ีเปลี่ยนชิปไอซีเป็นแบบ SMD เป็นบอร์ด Arduino ท่ีได้รับความนิยมมากท่ีสุด เนื่องจากราคาไม่แพง และส่วนใหญ่โปรเจคและ Library ต่างๆ ท่ีพัฒนาข้ึนมา Support จะอ้างอิงกับบอร์ดนี้เป็นหลัก และข้อดีอีกอย่างคือกรณีท่ี MCU เสียผู้ใช้งานสามารถซ้ือมาเปลี่ยนเองได้ง่าย Arduino Uno R3 มี MCU ท่ีเป็น Package DIP

รูปท่ี 1.8 แสดงไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล Arduino UNO R3

15

1.4.1 ข้อมูลจําเพาะบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino UNO R3 - ชิปไอซไีมโครคอนโทรเลอร์ ATmega328 - ใช้แรงดนัไฟฟ้า 5 โวลต ์- รองรับการจ่ายแรงดนัไฟฟ้า (ท่ีแนะนํา) 7 – 12 โวลต์ - รองรับการจ่ายแรงดนัไฟฟ้า (ท่ีจํากัด) 6 – 20 โวลต์ - พอร์ต Digital I/O 14 พอร์ต (มี 6 พอร์ต PWM output) - พอร์ต Analog Input 6 พอร์ต - กระแสไฟท่ีจ่ายได้ในแต่ละพอร์ต 40 มิลลิแอมป์ - กระแสไฟท่ีจ่ายได้ในพอร์ต 3.3 โวลต ์ 50 มิลลิแอมป์ - พ้ืนท่ีโปรแกรมภายใน 32 KB พ้ืนท่ีโปรแกรม , 500B Boot Loader

- พ้ืนท่ีแรม 2 KB - พ้ืนท่ีหน่วยความจาถาวร (EEPROM) 1 KB - ความถ่ีคริสตลั 16 MHz - ขนาด 68.6 x 53.4 mm - น้าหนัก 25 กรัม

1.4.2 ตําแหน่งต่างๆ ของบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino UNO R3

รูปท่ี 1.9 แสดงบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Uno R3 (ท่ีมา www.Ce.kmitl.ac.th/download.php?DOWNLOAD_ID=4307&database=subject)

16

(1) หมายเลข 1 คือ USB Port: ใช้สําหรับต่อกับ Computer เพ่ืออับโหลดโปรแกรมเข้า บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร ์Arduino Uno R3 และจ่ายไฟให้กับบอร์ด

(2) หมายเลข 2 คือ ปุ่ม Reset Button: เป็นปุ่ม Reset ใช้กดเม่ือต้องการให้ บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร ์Arduino Uno R3 เริ่มการทํางานใหม่

(3) หมายเลข 3 คือ ICSP Port ของ ATmega16U2 เป็นพอร์ตท่ีใช้โปรแกรม Visual Comport บน ATmega16U2 (4) หมายเลข 4 คือ I/O Port: Digital I/O ตั้งแต่ขา D0 ถึง D13 นอกจากนี ้บาง Pin จะทําหน้าท่ีอ่ืนๆ เพ่ิมเติมด้วย เช่น Pin0,1 เป็นขา Tx,Rx / Serial, Pin3,5,6,9,10 และ 11 เป็นขา PWM

(5) หมายเลข 5 คือ ICSP Port: ATmega328 เป็นพอร์ตท่ีใช้โปรแกรม Boot loader (6) หมายเลข 6 คือ MCU ATmega328 เป็น MCU ท่ีใช้บนบอร์ด Arduino (7) มายเลข 7 คือ I/O Port นอกจากจะเป็น Digital I/O แล้ว ยังเปลี่ยนเป็นช่องรับ

สัญญาณแอนะล็อก ตั้งแต่ขา A0-A5 (8) หมายเลข 8 คือ Power Port ไฟเลีย้งของบอร์ดเม่ือต้องการจ่ายไฟให้กับวงจร

ภายนอก ประกอบดว้ยขาไฟเลีย้ง +3.3 V, +5V, GND, Vin (9) หมายเลข 9 คือ Power Jack รับไฟจาก Adapter โดยท่ีแรงดันอยูร่ะหว่าง 7-12 โวลต ์

(10) หมายเลข 10 คือ MCU ของ ATmega16U2 เป็น MCU ท่ีทําหน้าท่ีเป็น USB to Serial โดย ATmega328 จะตดิตอ่กับ Computer ผ่าน ATmega16U2

1.5 โปรแกรม Arduino IDE โปรแกรม Arduino IDE เป็นโปรแกรมท่ีใช้ในการเขียนโปรแกรมและคอมไพล์ลงบอร์ด โดยขนาด

ของโปรแกรม Arduino โดยปกติแล้วจะใหญ่กว่าโค้ด AVR ปกติเนื่องจากโค้ด AVR เป็นการเข้าถึงจากรีจิสเตอร์โดยตรง แต่โค้ด Arduino เข้าถึงผ่านฟังก์ชั่น เพ่ือให้สามารถเขียนโค้ดได้ง่ายมากกว่าการเขียนโค้ดแบบ AVR หรือเวอร์ชัน่อ่ืนๆ ของ Arduino IDE ย่อมาจาก (Integrated Development Environment) คือ ส่วนเสริมของระบบการพัฒนาหรือตัวช่วยต่างๆ ท่ีจะคอยช่วยเหลือ Developer หรือช่วยเหลือคนท่ีพัฒนา Application เพ่ือเสริมให้เกิดความรวดเร็ว ถูกต้อง แม่นยํา ตรวจสอบระบบท่ีจัดทําได้ ทําให้การพัฒนางานต่ํางๆ เร็วมากยิ่งข้ึน

1.5.1 การติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE การติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE จําเป็นจะต้องมีไฟล์ข้อมูลของโปรแกรม Arduino IDE

ก่อน โดยสามารถดาวน์โหลดจาก เว็บไซต์ https://www.arduino.cc/en/main/software ซ่ึงโปรแกรม Arduino IDE ท่ีใช้จะเป็นเวอร์ชั่น 1.8.6 ซ่ึงเป็นเวอร์ชั่นท่ีเหมาะสมท่ีสุด โดยมีลําดับข้ันตอนการติดตั้ง ดังนี้

(1) ให้ Download ไฟล์จาก http://www.nks.ac.th/download/Arduino1.8.exe ลงเครื่องคอมพิวเตอร์ แล้วตดิตั้งไฟล์โปรแกรม Arduino IDE เวอร์ชัน่ 1.8.6 ท่ีดาวน์โหลดไว ้

17

รูปท่ี 1.10 แสดงไฟล์ข้อมูลของโปรแกรม Arduino IDE ในเครือ่งคอมพิวเตอร์

(2) แสดงหน้าติดตั้ง ข้อความกล่าวต้อนรับ ให้เลือก ปุม่ Next>

รูปท่ี 1.11 แสดงหน้าติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE

(3) แสดงหน้าให้เลือกพ้ืนท่ีในเครื่องคอมพิวเตอร์สําหรับการติดตั้งติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE ไฟล์ของโปรแกรมจะถูกติดตั้งอยู่ท่ี C:\Arduino18 ให้เลือก ปุม่ Next>

18

รูปท่ี 1.12 แสดงหน้าเลือกพ้ืนท่ีสําหรับการติดตั้งตดิตั้งโปรแกรม Arduino IDE

(4) แสดงหน้าให้เลือกส่วนประกอบของโปรแกรม Arduino IDE ให้เลือกเป็น Arduino only Installation แล้วให้เลือก ปุม่ Next>

รูปท่ี 1.13 แสดงหน้าเลือกส่วนประกอบของโปรแกรม Arduino IDE

(5) แสดงหน้าให้เลือก Start Manu Folder ของโปรแกรม Arduino IDE ปกติจะเป็น Arduino 1.8 แล้วให้เลือก ปุม่ Next>

19

รูปท่ี 1.14 แสดงหน้าเลือก Start Manu Folder ของโปรแกรม Arduino IDE

(6) แสดงหน้าเตรียมพร้อมสําหรับการติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE พร้อมท้ังแสดงรายละเอียดตา่งของโปรแกรม จากนัน้ให้เลือก ปุม่ Install

รูปท่ี 1.15 แสดงหน้าเตรียมพร้อมสําหรับการตดิตั้งโปรแกรม Arduino IDE

(7) แสดงหน้าสถานะติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE ให้รอจนกว่าจะมีข้อความข้ึนมา หรือแถบแสดงสถานะสิ้นสุด

20

รูปท่ี 1.16 แสดงหน้าแถบสถานะ การตดิตั้งโปรแกรม Arduino IDE

(8) ขณะกําลังติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE จะมีหน้าต่างให้ติดตั้ง Driver ท่ีจําเป็นสําหรับโปรแกรม Arduino IDE ข้ันมา ให้เลือกตดิตั้งทุกตัว

รูปท่ี 1.17 แสดงหน้าต่างให้ตดิตั้ง Driver ของโปรแกรม Arduino IDE

(9) ให้เลือกตดิตั้ง Driver ท่ีหน้าต่างแรกสุด จะมีข้อความต้อนรับ แล้วให้เลือก ปุม่ Next>

21

รูปท่ี 1.18 แสดงหน้าข้อความต้อนรับให้ติดตั้ง Driver

(10) เม่ือ Driver ติดต้ังเสร็จแล้ว จะแสดงรายการของตัว Driver พร้อมข้ันข้อความว่าสําเร็จแล้ว จากนัน้ ให้เลือก ปุม่ Finish

รูปท่ี 1.19 แสดงหน้าข้อความติดตั้ง Driver สําเร็จ

(11) เลือกติดตั้ง Driver ตัวต่อมา ติดตั้ง USB to UART Bridge Driver จากนั้น ให้เลือก ปุม่ Next>

22

รูปท่ี 1.20 แสดงหน้าข้อความต้อนรับให้ติดตั้ง USB to UART Bridge Driver

(12) แสดงหน้าลิขสิทธิ์ของโปรแกรม ให้เลือกท่ี I accept this จากนั้น ให้เลือก ปุ่ม Next>

รูปท่ี 1.21 แสดงหน้าลิขสิทธิ์ของโปรแกรม USB to UART Bridge Driver

(13) เม่ือ USB to UART Bridge Driver ตดิตั้งเสร็จแล้ว จะแสดงรายการของตัว USB to UART Bridge Driver พร้อมข้ึนข้อความว่าสําเร็จแล้ว จากนัน้ ให้เลือก ปุม่ Finish

23

รูปท่ี 1.22 แสดงหน้าข้อความติดตั้ง USB to UART Bridge Driver สําเร็จ

(14) เลือกติดตั้ง Driver ตัวสุดท้าย ติดต้ัง Parallax USB Driver จากนั้น ให้เลือก ปุ่ม Install

รูปท่ี 1.23 แสดงหน้าข้อความต้อนรับให้ติดตั้ง Parallax USB Driver

24

(15) เม่ือ Parallax USB Driver ติดตั้งเสร็จแล้ว จะข้ึนข้อความว่าสําเร็จแล้ว จากนั้น ให้เลือก ปุม่ Finish

รูปท่ี 1.24 แสดงหน้าข้อความติดตั้ง Parallax USB Driver สําเร็จ

(16) เม่ือโปรแกรม Arduino IDE ติดตั้งเสร็จแล้ว จะแสดงข้อความว่าสําเร็จแล้ว จากนั้น ให้เลือก ปุม่ Finish

รูปท่ี 1.25 แสดงหน้าข้อความติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE สําเร็จ

25

(17) เม่ือโปรแกรม Arduino IDE ตดิตั้งเสร็จแล้ว จะแสดงหน้าต่าง Set Default Sketch จากนัน้ ให้เลือก ปุม่ Arduino

รูปท่ี 1.26 แสดงหน้าต่าง Set Default Sketch

(18) จากนั้นจะข้ึนข้อความ set Arduino default ให้เลือก ปุ่ม OK เป็นข้ันตอนสุดท้ายในการติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE

รูปท่ี 1.27 แสดงหน้าต่าง set Arduino default

26

(19) ทดสอบเข้าใช้งานโปรแกรม Arduino IDE ให้เลือก ปุ่ม Start Manu เลือก All Programs เลือก Arduino 1.8 และเลือก Arduino 1.8.6 แล้วรอให้โปรแกรมทํางาน

รูปท่ี 1.28 แสดงการเข้าใช้งานโปรแกรม Arduino IDE

รูปท่ี 1.29 แสดงการทํางานของโปรแกรม Arduino IDE

(20) สามารถเข้าใช้งานโปรแกรม Arduino IDE ถือว่าประสบความสําเร็จ เตรียมท่ีจะพัฒนาโปรแกรมภาษา C++ ของ Arduino ต่อไป

27

รูปท่ี 1.30 แสดงโปรแกรม Arduino IDE ท่ีตดิตั้งสําเร็จพร้อมใช้งาน

28 สรุปเนือ้หาสาระสําคัญ

ไมโครคอนโทรลเลอร ์คือ ระบบคอนโทรลขนาดเล็กเรียกอีกอย่างหนึ่ง เป็นระบบคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก ท่ีสามารถนามาประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย โดยผ่านการออกแบบวงจรให้เหมาะกับงานต่างๆ และยังสามารถโปรแกรมคําสั่งเพ่ือควบคุมขา Input / Output เพ่ือสัง่งานให้ไปควบคุมอุปกรณ์ตา่งๆ

ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูลต่างๆ ท่ีได้รับความนิยมและมีพัฒนาการมาจนถึงปัจจุบัน คือ (1) ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล MCS-51 (2) ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล PIC (3) ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR (4) ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล Arduino และ (5) ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล Raspberry Pi

โครงสร้างโดยท่ัวไปของไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือบางครั้งอาจเรียกว่าสถาปัตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอร์ สามารถจําแนกออกได้ได้เป็น 5 ส่วนประกอบหลักๆ ตามลักษณะของโครงสร้างภายใน คือ (1) หน่วยประมวลผลกลาง (2) หน่วยความจํา (3) ส่วนติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก (4) ช่องทางเดินของสัญญาณ และ (5) วงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกา

Arduino เป็นภาษาอิตาลี โดยเป็นชื่อโครงการพัฒนาไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR ในรูปแบบ Open Source คือวิธีการในการออกแบบ พัฒนา และแจกจ่ายสําหรับต้นฉบับของสินค้าหรือความรู้ โดยเฉพาะซอฟต์แวร์ โดยโอเพนซอร์ซ ถูกพิจารณาว่าเป็นท้ังรูปแบบหนึ่งในการออกแบบ และแผนการในการดําเนินการ โอเพนซอร์ซ เปิดโอกาสให้บุคคลอ่ืนนาเอาระบบนั้นไปพัฒนาได้ต่อไป การพัฒนามาจากโครงการ Open Source เดิมของ AVR ท่ีชื่อ Wiring โดยโครงการ Wiring ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR เบอร์ ATmega128 ซ่ึงมีข้อจํากัดหลายด้าน เช่น เป็นชิปท่ีมีตัวถังแบบ SMD ทําให้นํามาใช้งานยากเพราะตัวไมโครคอนโทรลเลอร์มีขนาดเล็กเกินไป ทําให้ไม่สะดวกในการต่อใช้งานจริง มีขาอินพุทและเอ้าท์พุทจํานวนมากเกินไป ตัวบอร์ดมีขนาดใหญ่เกินไป ไม่เหมาะสมสําหรับผู้ท่ีเริ่มต้นเรียนรู้ด้านไมโครคอนโทรลเลอร์ ด้วยเหตผุลข้างต้นจึงทําให้ไม่ไดร้ับความนิยม ระยะต่อมาทีมงาน Arduino จึงได้นําโครงการ Wiring มาพัฒนาใหม่โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR ขนาดเล็ก คือ ATMega8 และ ATMega168 ทําให้ได้รับความนิยมจนถึงปัจจุบันนี้

โปรแกรม Arduino IDE เป็นโปรแกรมท่ีใช้ในการเขียนโปรแกรมและคอมไพล์ลงบอร์ด โดยขนาดของโปรแกรม Arduino โดยปกติแล้วจะใหญ่กว่าโค้ด AVR ปกติเนื่องจากโค้ด AVR เป็นการเข้าถึงจากรีจิสเตอร์โดยตรง แต่โค้ด Arduino เข้าถึงผ่านฟังก์ชั่น เพ่ือให้สามารถเขียนโค้ดได้ง่ายมากกว่าการเขียนโค้ดแบบ AVR หรือเวอร์ชัน่อ่ืนๆ ของ Arduino

29

บรรณานุกรม

ทิพยาลักษณ์. (2557). ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino. สืบค้นเม่ือ 20 มิถุนายน, 2561, จาก เว็บไซต ์: http://www.arduitronics.com /.

ทันพงษ์ ภูร่ักษ์. (2559). เอกสารประกอบการสอนวิชาไมโครคอนโทรลเลอร์เบื้องต้น. สืบค้นเม่ือ 16 กรกฎาคม, 2561, จากเว็บไซต์ : https:// www.praphas.com /.

ธีรวัฒน ์ ประกอบผล. (2557). การเขียนแอพพลิเคชันดว้ย Visual Basic 2010 ฉบับสมบูรณ์.กรุงเทพฯ : รีไวว่า

บริษัท วีนัส ซัพพลาย จํากัด. (2561). ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino. สืบค้นเม่ือ 16 มิถุนายน, 2561, จาก เว็บไซต ์: http://www.thaieasyelec.com/.

ประจิน พลังสันตกุิล. (2553). พ้ืนฐานภาษา C สําหรับ Arduino, กรุงเทพฯ : แอพซอฟตเ์ทค,ประภาส สุวรรณเพชร. (2559). เรียนรูแ้ละลองเล่น Arduino เบือ้งตน้. สืบค้นเม่ือ 16 กรกฎาคม, 2561, จาก

เว็บไซต ์: https:// www.praphas.com /. พันธ์ศักดิ์ พุฒิมานิตพงศ์. (2538). อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร. กรุงเทพฯ : ศูนย์ส่งเสริม

อาชีวศึกษา.มิตรชัย สุทธาศวิน. (2536). อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร 1. กรุงเทพฯ : เอมพันธ์.มานพ ปักษี. (2560). Arduino พ้ืนฐาน สําหรับผู้เริ่มตน้ 1. กรุงเทพฯ : พีเอส อิเล็กทรอนิกส์.ยืน ภูว่รวรรณ. (2537). ทฤษฎีและการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์. กรุงเทพฯ : นําอักษรการพิมพ์.ศิริพงษ์ ศรีสุวรรณ. (2561). การประยุกตใ์ช้เทคโนโลยีไมโครคอนโทรลเลอร์เพ่ือพัฒนานวัตกรรมสิง่ประดิษฐ ์

และโครงงานวิทยาศาสตร.์ นครศรีธรรมราช : สานักงานเขตพ้ืนท่ีการศึกษามัธยมศึกษา เขต 12. สมชาย เบียนสูงเนิน. (2557). สร้างและพัฒนาอุปกรณ์ดว้ยไมโครคอนโทรลเลอร.์ กรุงเทพฯ : ทริปเพ้ิล

เอ็ดดเูคชั่น.โสภณ ผู้มีจรรยา. (2561). เอกสารประกอบการเรียนการสอน วิชาไมโครโปรเซสเซอร์และการเชือ่มต่อ.

สืบค้นเม่ือ 16 กรกฎาคม, 2561, จากเว็บไซต ์: http://sites.google.com/site/618352/. อนันท์ คัมภีรานนท์. (2538). ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์เบือ้งตน้. กรุงเทพฯ : เจริญธรรม.อานนท์ หม้อสุวรรณ. (2561). ไมโครคอนโทรลเลอร์ i-Duino. สืบค้นเม่ือ 16 กรกฎาคม, 2561, จาก

เว็บไซต ์: https://www.inex.co.th/.

30

������

����� 1

31

ใบปฏิบัติงานที่ 1 รหัสวิชา 2105-2105 วิชา ไมโครคอนโทรลเลอร ์ สอนครั้งท่ี 1หน่วยท่ี 1 งานติดตั้งโปรแกรม Arduino สําหรับใช้งานลงในเครื่องคอมพิวเตอร์ เวลา 4 ชั่วโมง

คําช้ีแจง ให้ผู้เรียนทุกคนทําการทดลองตามใบปฏิบัติงานท่ี 1 เรื่อง งานติดตั้งโปรแกรม Arduino สําหรับใช้

งานลงในเครือ่งคอมพิวเตอร์ โดยใช้เวลา 180 นาที (10 คะแนน)

จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม 6. ตดิตั้งโปรแกรม Arduino IDE ลงบนเครือ่งคอมพิวเตอร์ไดอ้ย่างถูกต้อง

อุปกรณ์การทดลอง 1. เครื่องคอมพิวเตอร์ท่ีสามารถเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตได้ 1 เครื่อง 2. สายอัปโหลด USB Arduino Uno R3 1 เส้น 3. สายต่อวงจร 1 ชุด 4. ชุดทดลองวิชาไมโครคอนโทรลเลอร์ 1 ชุด

ข้อควรระวัง 1. ควรระวังชุดทดลองวิชาไมโครคอนโทรลเลอร์ หรืออุปกรณ์ท่ีประกอบต่างๆ บนโต๊ะโลหะหรือท่ี

วางท่ีเป็นโลหะเพราะอาจเกิดการลัดวงจรของภาคจ่ายไฟได ้2. ไม่ควรต่อสายต่อวงจรชุดทดลองวิชาไมโครคอนโทรลเลอร์ ท้ิงไว้ ควรถอดสายต่อวงจรออกให้

หมดก่อน เพราะผลการทดลองอาจเกิดการผิดพลาดไม่เป็นไปตามทฤษฎีได้ 3. ไม่ควรถอดสาย สายโหลด USB เข้าออกตลอดเวลา เพราะอาจทําให้ภาคจ่ายไฟของชุดทดลอง

วิชาไมโครคอนโทรลเลอร์ และบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์เสียหายได้

32 วงจรประกอบการทดลอง

รูปท่ี 1 แสดงการเชือ่มต่อ Arduino UNO R3 กับ เครื่องคอมพิวเตอร์ (ท่ีมา https://www.praphas.com/index.php)

ข้ันตอนการทดลอง 1. เตรียมเครื่องมือและอุปกรณ์ท่ีใช้เพ่ือติดตั้งโปรแกรม Arduino สําหรับใช้งานลงในเครื่อง

คอมพิวเตอร์ 2. ตรวจสอบเครื่องมือและอุปกรณ์ท่ีจะใช้เพ่ือติดตั้งโปรแกรม Arduino สําหรับใช้งานลงในเครื่อง

คอมพิวเตอร์ ว่าสามารถใช้งานไดห้รือไม่ 3. เชื่อมต่อเครื่องคอมพิวเตอร์เข้ากับระบบอินเทอร์เน็ต และทําการเข้าอินเทอร์เน็ตให้ได้ 4. Download ไฟล์โปรแกรมจาก http://www.nks.ac.th/download/Arduino1.8.exe ลงเครื่อง

คอมพิวเตอร์ แล้วตดิตั้งไฟล์โปรแกรม Arduino IDE เวอร์ชัน่ 1.8.6 ท่ีดาวน์โหลดไว ้

รูปท่ี 2 แสดงไฟล์ข้อมูลของโปรแกรม Arduino IDE ในเครื่องคอมพิวเตอร์

33

5. กด ปุม่ Next> เม่ือแสดงหน้าตดิตั้ง ข้อความกล่าวต้อนรับ

รูปท่ี 3 แสดงหน้าติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE

6. กด ปุม่ Next> เม่ือแสดงหน้าให้เลือกพ้ืนท่ีในเครือ่งคอมพิวเตอร์สําหรับการติดตั้งติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE ไฟล์ของโปรแกรมจะถูกติดตั้งอยู่ท่ี C:\Arduino18

รูปท่ี 4 แสดงหน้าเลือกพ้ืนท่ีสําหรับการตดิตั้งติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE

34

7. เลือกเป็น Arduino only Installation แล้วให้กดปุ่ม Next> เม่ือแสดงหน้าให้เลือกส่วนประกอบของโปรแกรม Arduino IDE

รูปท่ี 5 แสดงหน้าเลือกส่วนประกอบของโปรแกรม Arduino IDE

8. กดปุ่ม Next> เม่ือแสดงหน้าให้เลือก Start Manu Folder ของโปรแกรม Arduino IDE ปกติจะเป็น Arduino 1.8 แล้ว

รูปท่ี 6 แสดงหน้าเลือก Start Manu Folder ของโปรแกรม Arduino IDE

35

9. กด ปุ่ม Install เม่ือแสดงหน้าเตรียมพร้อมสําหรับการติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE พร้อมท้ังแสดงรายละเอียดตา่งของโปรแกรม

รูปท่ี 7 แสดงหน้าเตรียมพร้อมสําหรับการตดิตั้งโปรแกรม Arduino IDE

10. รอจนกว่าจะมีข้อความข้ึนมา หรือแถบแสดงสถานะสิ้นสุด เม่ือแสดงหน้าสถานะติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE

รูปท่ี 8 แสดงหน้าแถบสถานะ การตดิตั้งโปรแกรม Arduino IDE

36

11. เลือกติดตั้งทุกตัว โดยกดปุ่ม Next> ขณะกําลังติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE จะมีหน้าต่างให้ตดิตั้ง Driver ท่ีจําเป็นสําหรับโปรแกรม Arduino IDE ข้ันมา

รูปท่ี 9 แสดงหน้าต่างให้ติดตั้ง Driver ของโปรแกรม Arduino IDE

12. เลือกติดตั้ง Driver ท่ีหน้าต่างแรกสุด โดยกดปุม่ Next> จะมีข้อความต้อนรับ แล้วให้เลือก

รูปท่ี 10 แสดงหน้าข้อความต้อนรับให้ตดิตั้ง Driver

37

13. กด ปุม่ Finish เม่ือ Driver ตดิตั้งเสร็จแล้ว จะแสดงรายการของตวั Driver พร้อมข้ันข้อความว่าสําเร็จแล้ว จากนัน้

รูปท่ี 11 แสดงหน้าข้อความติดตั้ง Driver สําเร็จ

14. เลือกติดตั้ง Driver ตวัต่อมา ตดิตั้ง USB to UART Bridge Driver จากนัน้ ให้เลือก ปุม่ Next>

รูปท่ี 12 แสดงหน้าข้อความต้อนรับให้ตดิตั้ง USB to UART Bridge Driver

15. ให้เลือกท่ี I accept this เม่ือแสดงหน้าลิขสิทธิ์ของโปรแกรม จากนัน้ ให้เลือก ปุม่ Next>

38

รูปท่ี 13 แสดงหน้าลิขสิทธิข์องโปรแกรม USB to UART Bridge Driver

16. กดปุ่ม Finish เม่ือ USB to UART Bridge Driver ติดตั้งเสร็จแล้ว จะแสดงรายการของตัว USB to UART Bridge Driver พร้อมข้ึนข้อความว่าสําเร็จแล้ว

รูปท่ี 14 แสดงหน้าข้อความติดตั้ง USB to UART Bridge Driver สําเร็จ

17. ตดิตั้ง Driver ตวัสุดท้าย ตดิตั้ง Parallax USB Driver จากนัน้ ให้เลือก ปุม่ Install

39

รูปท่ี 15 แสดงหน้าข้อความต้อนรับให้ตดิตั้ง Parallax USB Driver

18. กดปุ่ม Finish เม่ือ Parallax USB Driver ตดิตั้งเสร็จแล้ว จะข้ึนข้อความว่าสําเร็จแล้ว

รูปท่ี 16 แสดงหน้าข้อความติดตั้ง Parallax USB Driver สําเร็จ

19. เลือกกดปุ่ม Finish เม่ือโปรแกรม Arduino IDE ตดิตั้งเสร็จแล้ว จะแสดงข้อความว่าสําเร็จแล้ว

40

รูปท่ี 17 แสดงหน้าข้อความติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE สําเร็จ

20. เลือกกดปุ่ม Arduino เม่ือโปรแกรม Arduino IDE ติดตั้งเสร็จแล้ว จะแสดงหน้าต่าง Set Default Sketch

รูปท่ี 18 แสดงหน้าต่าง Set Default Sketch 21. เลือกกดปุ่ม OK จะข้ึนข้อความ set Arduino default เป็นข้ันตอนสุดท้ายในการติดตั้ง

โปรแกรม Arduino IDE

41

รูปท่ี 19 แสดงหน้าต่าง set Arduino default 22. ทดสอบเข้าใช้งานโปรแกรม Arduino IDE ให้เลือก ปุ่ม Start Manu เลือก All Programs เลือก Arduino 1.8 และเลือก Arduino 1.8.6 แล้วรอให้โปรแกรมทํางาน

รูปท่ี 20 แสดงการเข้าใช้งานโปรแกรม Arduino IDE

42

รูปท่ี 21 แสดงการทํางานของโปรแกรม Arduino IDE

23. ใช้งานโปรแกรม Arduino IDE ถือว่าประสบความสําเร็จ เตรียมท่ีจะพัฒนาโปรแกรมภาษา C++ ของ Arduino ตอ่ไป

รูปท่ี 22 แสดงโปรแกรม Arduino IDE ท่ีตดิตั้งสําเร็จพร้อมใช้งาน

24. ถอดสายท่ีเชื่อมต่อในการทดลองออกอย่างระมัดระวัง 25. เก็บเครือ่งมือและอุปกรณ์เข้าท่ีอย่างเป็นระเบียบ

43 สรุปผลการทดลอง .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. ปัญหาอุปสรรค หรือข้อเสนอแนะ .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. ตารางการประเมินผลคะแนนภาคปฏิบัติ

หัวข้อการพิจารณาภาคปฏิบัติ ระดับคะแนน คะแนนท่ีได้1. สามารถติดตั้ง driver Arduino Uno R3 ได้ถูกต้อง 2 คะแนน ...............คะแนน2. สามารถตดิตั้งโปแกรม Arduino IDE ให้ทํางานได้ถูกต้อง 5 คะแนน ...............คะแนน3. สามารถสรุปสําระสําคัญของการทดลองได ้กระชับ ครอบคลุม

และถูกต้อง 3 คะแนน ...............คะแนน

รวมคะแนนภาคปฏิบัติ 10 คะแนน ..............คะแนน

44

แบบทดสอบหลังเรียน หน่วยท่ี 1

เรื่อง งานติดตั้งโปรแกรม Arduino สําหรับใช้งานลงในเครื่องคอมพิวเตอร์ ใช้เวลา 10 นาที วิชา ไมโครคอนโทรลเลอร์ รหัสวิชา 2105-2105 ระดับช้ัน ประกาศนียบัตรวิชาชีพ (ปวช.) สาขาวิชา ช่างอิเล็กทรอนิกส์ ************************************************************************************************** คําช้ีแจง 1. แบบทดสอบมีท้ังหมด 10 ข้อ (10 คะแนน)

2. ให้ผูเ้รียนเลือกคําตอบท่ีถูกท่ีสุดแล้วกาเครื่องหมายกากบาท ��� ลงในกระดาษคําตอบ

1. ระบบคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กท่ีนํามาประยุกตใ์ช้งานได้หลากหลาย โดยออกแบบให้เหมาะสมกับการใช้งาน หมายถึงข้อใด ก. ไมโครคอนโทรลเลอร์ ข. ไมโครโปรเซสเซฮร์ ค. ไมโครคอมพิวเตอร์ ง. ไมโครคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก

2. ข้อใดกล่าวผิด เก่ียวกับไมโครคอนโทรลเลอร์ ก. เป็นการรวมซพีีย ูหน่วยความจํา และพอร์ตเข้าดว้ยกันข. สามารถออกแบบและประยุกตใ์ช้งานได้หลากหลายตามความตอ้งการ ค. สามารถทําการกับระบบNetwork คอมพิวเตอร์ท่ัวไปได้ ง. มีส่วนประกอบหลักสําคัญของระบบคอมพิวเตอร์ถูกแยกจากกัน

3. บริษัท Intel ผลิตไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูลใด ก. Aruduino

ข. Atmel ค. Pic ง. MCS-51 4. ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูลใดถูกพัฒนามาเป็นตัวแรก

ก. AVR ข. PIC ค. MCS-51 ง. Arduino 5. หน่วยใดทําหน้าท่ีประมวลผลข้อมูลต่างๆ

ก. หน่วยความจําข้อมูลข. หน่วยประม