ค้นหาบทความที่นี่

บทความทั้งหมด

[Project] สร้าง Arduino ด้วยอุปกรณ์ไม่กี่ชิ้น บน Breadboard

5 ปีที่ผ่านมา

โดย เจ้าของร้าน

บางครั้งเมื่อทำโปรเจคขึ้นมาแล้วอยากทำแผ่นวงจรเป็นของตัวเอง ที่จะรวมไมโครคอนโทรลเลอร์และเซ็นเซอร์ไว้บนบอร์ดเดียวกัน ไม่ต้องโยงสายไปมาแบบ Arduino เราจะทำแบบไหนดี อยากบอกว่ามันทำได้ง่าย ๆ วันนี้เรามาลองทำกันบนบอร์ดทดลองของเราดูกันดีกว่าครับ
อันที่จริงการสร้าง Arduino นั้นก็ไม่ใช่เรื่องยาก ขอโม้ท้าวความไปเมื่อสมัยที่ผู้เขียนเรียนวิชา Digital Electronics ตอนนั้น(อย่าถามว่าผ่านมากี่ปีแล้ว) ในคาบที่เป็นปฏิบัติการก็จะใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC ต่อกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อีกเพียง 2-3 ชิ้น เป็นหน้าที่ของผู้เขียนต้องต่อวงจรนี้เตรียมเอาไว้ ส่วนบัดดี้ก็จะทำการเขียนโปรแกรมภาษา C โดยใช้โปรแกรม MikroC เสร็จแล้วจะทำการ Complier ออกมาเป็น binary file นำไฟล์นี้มาใส่ในโปรแกรม PICKit จากนั้นจึงต่อเครื่องมือ PICKit กับวงจรทำการอัพโหลดโปรแกรมลงในชิป ซึ่ง Arduino นั้นก็มีชิปหลักเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์เช่นกัน หลักการจึงเหมือนกันเลย เพียงแต่ Arduino นั้นมี ArduinoIDE ที่ทั้งเขียน Complier และใช้อัพโหลดได้ในโปรแกรมเดียว และภาษาที่ใช้ใน Arduino นั้นเป็นภาษา C ที่ได้ดัดแปลงให้ง่ายขึ้น จึงต้องใส่ Bootloader ลงไปในชิปไว้ก่อนเพื่อแปลงภาษานี้ให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง
ต่อไปเราจะมาดูผังวงจรของบอร์ด Arduino ยกตัวพื้น ๆ อย่าง UNO มาเลย ซึ่งเมื่อดูแล้วก็ตามที่ได้โม้ไปครับ ไมโครคอนโทรลเลอร์มันมี CPU ROM RAM อยู่ในตัวอยู่แล้ว มันคือคอมพิวเตอร์จิ๋ว ๆ เครื่องนึงที่พร้อมทำงานอยู่แล้วเพียงแค่ใส่โปรแกรมลงไป

ตามรูปเป็นวงจรทั้งหมดของ Arduino UNO แต่ส่วนสำคัญสุดคือที่ตีกรอบสีแดงไว้ ซึ่งมีเพียง
(1) Atmega238P ที่มี Bootloader ของ Arduino เรียบร้อยแล้ว (ดูวิธีลง Bootloader ใส่ในชิปเปล่าได้ที่บทความก่อน คลิกที่นี่เลย)
(2) Crystal 16.00000MHz เพื่อบังคับความถี่นาฬิกา(ความเร็วของ CPU นั่นเอง)
(3) ตัวเก็บประจุ 22pF เพื่อกรองสัญญาณรบกวนจาก Crystal
(4) ตัวต้านทาน 1M (ไม่ต้องใส่ก็ได้)
มีเพียงแค่นี้มันก็สามารถทำงานได้แล้วครับ จัดการต่อตัวเก็บประจุตัวนึงเข้ากับขา 9 ของ Atmega328 อีกข้างลงกราวด์ ตัวเก็บประจุอีกตัวทำเหมือนกันที่ตำแหน่งขา 10 จากนั้นเอา Crystal มาคร่อมขา 9 กับขา 10 (ขา 9 และ 10 คือตำแหน่ง XTAL1 และ XTAL2 ตามลำดับ เป็นขาสำหรับใส่แร่คุมความเร็ว) จบครับผม พร้อมใช้งาน

หากใครงงว่ารู้ได้ไงว่าขาไหน XTAL ก็ดูตามรูปด้านล่างนี้เลยครับ

ซึ่งขาของ Atmega328 นี่จะมี I/O แบ่งเป็น 4 พอร์ต คือ Port A, Port B, Port C, Port D แทนด้วย PA, PB, PC, PD ในรูป แต่เราลง Bootloader ของ Arduino ไปแล้ว เราก็ใช้ขา IDE ในกล่องสีม่วง ๆ ได้ก็ A0, 9, 13 อย่างที่คุ้นเคยกันหล่ะครับ
ทีนี้นะครับ ไอ้ที่พูดว่าแค่นั้นมันทำงานได้ โม้ป่าววววว เปล่าครับ เพียงแค่ตอนนี้เรามีคอมพิวเตอร์มาแล้วถามว่ามันทำงานได้มั๊ยก็ได้อยู่แล้ว แต่เราต้องต่อไฟเข้าไปเลี้ยงมันก่อนถึงจะเริ่มทำงาน ฉะนั้นต้องหาไฟเลี้ยง DC 5V และ GND มาต่อให้มันครบวงจร มันก็ทำงานทันที

ส่วนไฟเลี้ยงนั้นจะมาจากไหนก็แล้วแต่เลยครับ จะต่อวงจร Regulator 7805 ง่าย ๆ เลยก็ได้ แต่ผู้เขียนเลือกใช้ Breadboard Power Supply Module 3.3/5V เสียบลงไปเลยครับง่าย ๆ มันก็ทำงานแล้วครับ ต่อ LED เข้ากับขา 19 ของ Atmega328 ซึ่งมันก็คือ 13 ที่เราเขียนกันใน ArduinoIDE ก็ BUILTIN_LED นั่นเอง มันก็กระพริบเหมือนตอนเราซื้อ Arduino UNO มาแล้วเสียบไฟครั้งแรกเลย

ทีนี้เรามาลองอัพโหลดโปรแกรมลงไปกันดีกว่า ซึ่งใน Arduino UNO เราก็เสียบสาย USB เข้ากับคอมพิวเตอร์โดยตรง แต่เวอร์ชั่น DIY นี้เราไม่ได้มีชิป Atmega16 หรือ CH340G หรือ CP2102 หรือ FT232RL อะไรก็แล้วแต่ที่คอยทำหน้าที่แปลงสัญญาณมาเป็น ISP ฉะนั้นต้องไปหา อุปกรณ์ที่ต้องใช้อัพโหลดโปรแกรม ตัวไหนก็ได้ที่มีเอามาใช้ ผู้เขียนเลือกใช้ AVRISP ครับ จะได้ต่อขาตรง ๆ แบบ ISP โดยจะต่อดังนี้

AVRISP		Atmega328
VCC	<--->	VCC (7)
GND	<--->	GND (8)
MISO	<--->	MISO (18)
MOSI	<--->	MOSI (17)
SCK	<--->	SCK (19)
RST	<--->	Reset (1)

ส่วนโปรแกรมก็จะบูชาครูด้วยโปรแกรมไฟกระพริบครับ แต่จะขอปรับจังหวะให้ต่างจากเดิม จะได้เห็นความแตกต่างชัดเจน โดยวิธีอัพโหลดโปรแอกรมก็จะทำเหมือนกับการใช้ Arduino ลง Bootloader ให้ตัว Atmega328 เปล่า ๆ ที่มาจากโรงงาน คือการอัพโหลดโดยใช้อุปกรณ์นั่นเอง ซึ่งผู้เขียนใช้ AVRISPmk II ก็ไปเลือกที่ Tools > Programmer > AVRISP mkII

จากนั้นจึงอัพโหลดโดยการคลิก Sketch > Upload Using Programmer

รอให้อัพโหลดโปรแกรมเสร็จตามปกติ โปรแกรมที่เขียนขึ้นใหม่ก็จะเข้าไปอยู่ในชิป Atmega328P เรียบร้อย

เพียงเท่านี้เราก็สามารถสร้าง Arduino UNO บน Protoboard ของเราได้แล้วหล่ะครับ เอาไว้ใครทำโปรเจค อยากเอาโปรเจคออกขาย นำวงจรนี้ไปสร้างเป็นแผ่นวงจรออกมา เสียบชิป ATmega328P บนบอร์ดโดยตรง ทำให้โปรเจคเรามีความเฉพาะตัว ดูเป็นมืออาชีพมากขึ้นครับ

Arduino, arduino protoboard, สร้าง arduino, diy, diy arduino