ใบความรู้ที่ 2 สถาปัตยกรรมของอาร์ดุยโน 2560

สถาปัตยกรรมของอารด์ ยุ โน 2560 Arduino 2560 Architecture

อาร์ดยุ โน คอื ? อาร์ดยุ โน (Arduino) คือ แผงวงจรไมโครคอนโทรลเลอร์แบบชิปเด่ียว สามารถรับ สญั ญาณตา่ งๆ เข้ามาประมวลผลได้หลากหลายชนิดสญั ญาณ วงจรเป็ นลกั ษณะโอเพ่น ซอร์สฮาร์ดแวร์ (open-source hardware) เปิ ดเผยแนวความคิดในการออกแบบวงจร ผู้ใช้สามารถนาแบบวงจรไปสร้างวงจรใช้งานได้เอง หรือสามารถพฒั นาเพื่อใช้ในทาง การค้าได้

ความเป็นมาของบอร์ดอาร์ดยุ โน พฒั นาขนึ ้ ที่ Design Institute of Ivrea ประเทศอิตาลี ในปี 2005 โดย Hernando Barragan ,Brett Hagman และ Alexander Brevig ใช้เบสกิ สแตมป์ เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ เป็ นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต้นแบบรูปแบบใหม่ทงั้ ในส่วนวงจรประมวลผลและซอฟต์แวร์ท่ี เกี่ยวข้อง ซอฟต์แวร์ที่ใช้สามารถใช้รูปแบบภาษาคอมไพล์เลอร์มาตรฐานและมีบูตโหลดเดอร์ (boot loaders) อยใู่ นหน่วยความจารอม เผยแพรก่ ารออกแบบวงจรเพอ่ื ใหน้ าไปใชพ้ ฒั นาต่อไปได้

ATmega2560 ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ATmega2560 ขนาด 8 บติ สถาปัตยกรรมแบบ RISC  มีคาสงั่ ทงั้ หมด 135 คาสง่ั  เรจิสเตอร์ใช้งานทวั่ ไปขนาด 8 บติ จานวน 32 ตวั  ใช้คาสง่ั รูปแบบ MIPS ได้สงู สดุ 16 คาสง่ั ท่ีความถ่ี 16 MHz

ATmega2560 หนว่ ยความจาแบบ Non-volatile  หน่วยความจาแบบแฟลช มีหลายความจุ 64 K /128 K /256 Kbyte สามารถลบและเขียนข้อมลู ใหมไ่ ด้ 10,000 ครัง้  EEPROM ความจุ 4 Kbyte  SRAM 8 Kbyte รองรับไลบราร่ี Atmel Qtouch สาหรับการรับคา่ อินพตุ ตา่ งๆ ท่ี หลากหลาย มกี ารเชื่อมตอ่ แบบ JTAG

ATmega2560 วงจรตอ่ พว่ งตา่ งๆ  ไทเมอร์และเคาเตอร์ขนาด 8 บติ 2  ไทเมอร์และเคาเตอร์ขนาด 16 บติ 4 ตวั  วงจรนบั ตามเวลาจริง (Real Time Counter)  วงจรพลั ส์วิธมอดเู ลชนั่ 8 บติ (8-bit PWM) จานวน 4 ชอ่ ง  วงจรพลั ส์วธิ มอดเู ลชนั่ ที่สามารถปรับความละเอียดได้ตงั้ แต่ 2 บติ ถึง 16 บิต จานวน 6 ช่อง (16 บิต) หรือ 12 ชอ่ ง (2 บิต)

ATmega2560วงจรตอ่ พว่ งตา่ งๆ  วงจรเปรียบเทียบเอาต์พตุ (Output Compare Modulator)  วงจรแปลงสญั ญาณอะแนลอ็ กเป็นดิจิทลั ขนาด 10 บิต จานวน 8 หรือ 16 ช่อง ขนึ ้ อยกู่ บั เบอร์  ช่องสื่อสารอนกุ รม USART ที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ จานวน 2 หรือ 4 ช่อง ขนึ ้ อยกู่ บั เบอร์  มีวอทช์ดอกไทเมอร์ท่ีสามารถปรับเปลย่ี นได้แยกจากวงจรออสซิลเลเตอร์

อาร์ดยุ โนเมกา 2560 ทางานท่ีแรงดนั ไฟฟ้ ากระแสตรง 5 โวลต์ แรงดนั อินพตุ 7 ถงึ 12 โวลต์ อนิ พตุ และเอาต์พตุ ดิจิทลั จานวน 54 ขา เป็ นเอาต์พตุ พลั ส์วธิ มอดเู ลชน่ั ได้จานวน 15 ขา ขาสญั ญาณอินพตุ อะแนลอ็ กจานวน 16 ขา กระแสในขาสญั ญาณอินพตุ และเอาต์พตุ 40 มลิ ลแิ อมแปร์

อาร์ดยุ โนเมกา 2560 ช่องตดิ ตอ่ สอื่ สารแบบอนกุ รม 4 ช่อง EEPROM 4 Kbyte SRAM 8 Kbyte Flash 256 Kbyte บรรจุ Boot loader ขนาด 8 Kbyte วงจรออสซิลเลเตอร์ความถี่ 16 MHz สามารถเชื่อมตอ่ พอร์ตยเู อสบไี ด้ ใช้กระแสไฟฟ้ าจากพอร์ตยเู อสบีหรืออแดปเตอร์ได้

อาร์ดยุ โนเมกา 2560

ขาสญั ญาณ แบง่ ออกเป็นกลมุ่ ยอ่ ยๆ ดงั นี ้ POWER  Vin ใช้รับแรงดนั จากภายนอกเพ่อื เป็นไฟฟ้ าเลยี ้ งวงจร  5V เป็นขาเอาต์พตุ ระดบั แรงดนั 5 โวลต์  3.3V เป็นขาเอาต์พตุ จ่ายแรงดนั 3.3 โวลต์  GND กราวด์ของวงจร  IOREF ขาแรงดนั อ้างองิ ของบอร์ดสาหรับตอ่ ไปยงั ชิลด์ตา่ งๆ  RESET เพ่ือตอ่ กบั วงจรท่ีต้องการการรีเซต็ จากภายนอก

ขาสญั ญาณ ANALOG IN 16 ขา คือขา A0 ถงึ A15 รับสญั ญาณอะแนลอ็ กจากภายนอก DIGITAL จานวน 54 ขาใช้เป็นได้ทงั้ อนิ พตุ หรือเอาต์พตุ ดิจิทลั โดยในกลมุ่ นี ้ แบง่ แยกออกเป็นกลมุ่ ยอ่ ยๆ อีกคือ PWM อยทู่ ี่ขา 2 ถึง 13 และขา 44 ถงึ 46 เป็นขาพลั ส์วธิ มอดเู ลชนั่ ขนาด 8 บติ COMUNICATION เป็นขาสาหรับการติดตอ่ ส่อื สาร I2C จานวน 2 ขา คอื SDA ขาท่ี 20 และ SCL ขาท่ี 21 พอร์ ต ขาสัญญาณ พอร์ตการสื่อสารอนกุ รม 4 พอร์ตดงั ตารางตอ่ ไปนี ้ Rx Tx serial 0 0 1 serial 1 19 18 serial 2 17 16 serial 3 15 14

คณุ สมบตั ิอน่ื ๆ การเขียนโปรแกรมและป้ อนลงบอร์ดอาร์ดยุ โนไมต่ ้องมอี ปุ กรณ์อื่น เพ่ิมเตมิ และใช้เพยี งโปรแกรมเดียว มีระบบรีเซต็ อตั โนมตั ิ (Automatic reset) สาหรับการป้ อนโปรแกรม ลงในบอร์ด ระบบป้ องกนั พอร์ตยเู อสบีเม่ือกระแสไฟฟ้ าเกิน

อาร์ดยุ โนชิลด์ Arduino GSM Shield Arduino Ethernet Shield Arduino WiFi Shield Wireless SD Shield Arduino Motor Shield Arduino Proto Shield

Arduino GSM Shield เชื่อมตอ่ อินเทอร์เน็ตผา่ นเครือขา่ ยโทรศพั ท์เคลอื่ นที่ พดู คยุ ผา่ นระบบโทรศพั ท์ได้โดยตอ่ ลาโพงและไมโครโฟน สามารถสง่ SMS ได้

Arduino Ethernet Shield ทาให้บอร์ดอาร์ดยุ โนเชื่อมตอ่ อินเทอร์เนต็ ชิป Wiznet W5100 แปลงสญั ญาณและตอ่ ผ่านหวั ตอ่ RJ-45 มีชอ่ งสาหรับหน่วยความจาเสริม SD Card เพ่ือใช้สาหรับเก็บข้อมลู ผา่ นเครือข่าย

Bluetooth Shield ทาให้บอร์ดอาร์ดยุ โนเชื่อมตอ่ ไร้สายแบบบลทู ธู ได้ เช่ือมตอ่ กบั อาร์ดยุ โนผา่ นทาง Serial Port

TFT LCD 2.8 inch Shield เช่ือมตอ่ ร่วมกบั บอร์ดอาร์ดยุ โนสาหรับการใช้งานแสดงผล ด้วยจอสีขนาด 2.8 นิว้ ความละเอียดสี 64k สามารถรับคา่ การสมั ผสั บนจอ LCD ได้ มี Socket ของ micro SD card สาหรับเก็บ ข้อมลู ที่จะใช้ในการแสดงบนจอภาพ

Music Shield เช่ือมตอ่ ร่วมกบั บอร์ดอาร์ดยุ โนสาหรับการใช้งาน เพอ่ื การเลน่ ไฟล์เสียง สามารถถอดรหสั เสยี งได้หลายนามสกลุ เช่น mp3, wmv, MIDI มี Socket ของ micro SD card สาหรับเก็บ ข้อมลู ที่จะใช้ในการเลน่ เสยี ง

Arduino WiFi Shield ทาหน้าท่ีเชื่อมตอ่ อินเทอร์เน็ตผา่ นเครือข่ายไร้สาย ตามมาตรฐาน IEEE 802.11(WiFi) ใช้โมดลู HDG104 เป็ นสว่ นการทางานหลกั ตามมาตรฐาน 802.11b/g ใช้ชิป Atmega 32UC3 จดั การด้านเครือข่าย สามารถใช้งานโพรโตคอล TCP และ UDP ได้ มีชอ่ งสาหรับหนว่ ยความจาเสริม SD Card

Wireless SD Shield เชื่อมตอ่ แบบไร้สายด้วยโมดลู Xbee ติดตอ่ สือ่ สารได้ระยะ 100 ฟตุ ในบริเวณอาคาร 300 ฟตุ ในท่ีโลง่ มีช่องสาหรับหนว่ ยความจาเสริม SD Card

Arduino Motor Shield สาหรับขบั มอเตอร์ ใช้ชิปเบอร์ L298 Dual Full Bridge Driver ขบั โหลดประเภทขดลวดเหน่ียวนา  รีเลย์  โซลินอยด์  มอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรง  สเตปปิ ง้ มอเตอร์ ควบคมุ มอเตอร์ได้ 2 ตวั

Arduino Proto Shield ชิลด์สาหรับนาไปออกแบบและประยกุ ต์สร้างโปรเจ็กต์ขนึ ้ เอง ผ้ใู ช้สามารถตอ่ วงจรและบดั กรีลงบนชิลด์ได้เลยและนาขาสัญญาณ จากบอร์ดอาร์ดยุ โนไปใช้งาน

คาถามท้ายใบความรู้ที่ 2 จงบอกลกั ษณะของอาร์ดยุ โนมาอยา่ งละเอียด จงบอกประเภทของขาสญั ญาณของอาร์ดยุ โนเมกา 2560 พร้ อมรายละเอียด จงอธิบายความหมาย และหน้าท่ีของชิลด์พร้อมทงั้ ยกตวั อยา่ งชิลด์ มาอยา่ งน้อย 3 ตวั อยา่ ง