การทดลองที่ 4.3

การทดลองที่ 4.3

การต่อวงจรตัวต้านทานไวแสงและตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงของปริมาณแสง

วัตถุประสงค์

·       ฝึกต่อวงจรโดยตัวต้านทานไวแสง (LDR) ร่วมกับไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N และใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงปริมาณแสง

รายการอุปกรณ์

·       แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                             1 อัน

·       ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N                                       1 ตัว

·       ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา ขนาด 10kΩ หรือ 20kΩ       1 ตัว

·       ตัวต้านทานไวแสง                                                                        1 ตัว

·       ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω                                                    1 ตัว

·       ตัวต้านทาน 4.7kΩ                                                                       1 ตัว

·       ตัวต้านทาน 10kΩ                                                1 ตัว

·       ทรานซิสเตอร์ NPN เบอร์ PN2222A                                            1 ตัว

·       สายไฟสำหรับต่อวงจร                                                                 1 ชุด

·       มัลติมิเตอร์                                                                                   1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าความต้านทานของตัวต้านทานไวแสง (LDR) ในสภาวะแสงที่แตกต่างกันในสามระดับ (ปริมาณแสงน้อย ปานกลาง และมาก) แล้วจดบันทึกค่าที่วัดได้ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานเมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน

แสงมาก	แสงปานกลาง	แสงน้อย
3.55kΩ	6.5kΩ	34kΩ

  

2. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.1 แล้ววัดแรงดัน Vx ในสภาวะแสงที่แตกต่างกัน (ปริมาณแสงน้อย ปานกลาง มาก) แล้วจดบันทึกค่าที่วัดได้ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของระดับแรงดันเมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน

แสงมาก	แสงปานกลาง	แสงน้อย
3.856 V	2.973 V	1.211 V

3. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.2 (แบบที่ 1) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gndจากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ และวัดแรงดัน Vref ที่ได้สังเกตสถานะติด/ดับของ LED

-ประมาณ 4 V

4. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.3 (แบบที่ 2) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gndจากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ และวัดแรงดัน Vref ที่ได้สังเกตสถานะติด/ดับของ LED

-ประมาณ 1 V

  

5. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.4 (แบบที่ 3) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง +5V +9V และ Gndจากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ เพื่อให้ LED “สว่าง”เมื่อปริมาณแสงน้อย และให้ LED “ไม่ติด” เมื่อปริมาณแสงมาก

-ประมาณ 1.5 V

6. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้องครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบนเบรดบอร์ด และตอบคำถามท้ายการทดลอง

คำถามท้ายการทดลอง

1. ค่าความต้านทานของ LDR จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน และค่าความต้านทานของ LDR ที่ได้จากการทดลอง จะอยู่ในช่วงใด

-ค่าความต้านทานจะแปรผกผันกับปริมาณแสง คือ เมื่อแสงมากความต้านทานน้อยแสงน้อยความต้านทานมาก ซึ่งค่าความต้านทานที่ได้จากการทดลองนั้นจะอยู่ในช่วง 3.55kΩ-34kΩ

2. สำหรับวงจรแบบที่ 1 และ 2 แรงดัน Vx จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน

(เปลี่ยนจากปริมาณแสงน้อยเป็นปริมาณแสงมาก)

-แบบที่ 1 Vx จะมากขึ้นเมื่อแสงน้อยลง

 แบบที่ 2 Vx จะน้อยลงเมื่อแสงมากขึ้น

3. สำหรับวงจรแบบที่ 3 การปรับค่าโดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ในวงจร  มีผลอย่างไรต่อการติดหรือดับของ LED

-มีผลเนื่องจากตัวต้านทานปรับค่าได้นั้นเป็นตัวเปรียบเทียบแรงดันนั่นเองซึ่งจะทำให้ output ของ LM393 ออกหรือไม่ก็เกิดขึ้นจากแรงดันเทียบกันของทั้ง 2 ขานั่นเอง ซึ่งส่งผลต่อการติดดับของ LED

การจำลองการทำงานของลอจิกเกตพื้นฐานด้วย Arduino

การจำลองการทำงานของลอจิกเกตพื้นฐานด้วย Arduino

จงออกแบบวงจรปุ่มกดและวงจรไดโอดเปล่งแสงบนเบรดบอร์ดนำไปใช้งานร่วมกับบอร์ด Arduino
และเขียนโค้ด Arduino Sketch สำหรับจำลองการทำงานของลอจิกเกตพื้นฐาน ได้แก่ NAND2, NOR2 และXOR2 ตามลำดับ โดยมีข้อกำหนดในการออกแบบและทดลองดังต่อไปนี้

1) ให้ใช้สัญญาณอินพุตแบบดิจิทัลจากวงจรปุ่มกด โดยต่อวงจรแบบ Active-Low จำนวน 2 สัญญาณ
     (A และ B) เพื่อป้อนให้บอร์ด Arduino (เมื่อไม่มีการกดปุ่มใดๆ สัญญาณอินพุต A และ B จะต้องมี
     สถานะลอจิกเป็น HIGH)
2) ให้สร้างสัญญาณเอาต์พุตแบบดิจิทัลด้วยบอร์ด Arduino จำนวน 1 สัญญาณ (O) และนำไปต่อกับ
     วงจร LED เพื่อแสดงสถานะ ถ้า LED “ติด” หมายถึง เอาต์พุตเป็น HIGH และ “ดับ” หมายถึง
     เอาต์พุตเป็น LOW
3) วาดผังการต่อวงจรโดยรวม ให้ครบถ้วนและถูกต้องตามหลักไฟฟ้า ก่อนนำไปใช้ในการต่อวงจรจริง
4) ให้เขียนโค้ด Arduino Sketch สำหรับจำลองการทำงานของลอจิกเกต (NAND2 / NOR2 / XOR2)
     ตามลำดับ
5) ต่อวงจรและทดลองโค้ด Arduino เพื่อทดสอบความถูกต้อง

 

การทดลองที่ 4.2

การทดลองที่ 4.2
การต่อวงจรสำหรับเปรียบเทียบช่วงแรงดัน

วัตถุประสงค์

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้และไอซี LM393N
• ต่อวงจรโดยใช้ไอซี LM393N ที่มีตัวเปรียบเทียบแรงดันสองตัว เพื่อเปรียบเทียบแรงดันอินพุตกับแรงดันอ้างอิงโดยแบ่งเป็นสองระดับ

รายการอุปกรณ์

• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                    1 อัน
• ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N                                1 ตัว
• ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบ 3 ขา ขนาด 10kΩ หรือ 20kΩ        1 ตัว
• ตัวต้านทาน 10kΩ                                                              4 ตัว
• ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω                                              1 ตัว
• ไดโอดเปล่งแสง (LED) ขนาด 5 มม.                                    1 ตัว
• สายไฟสำหรับต่อวงจร                                                         1 ชุด
• มัลติมิเตอร์                                                                         1 เครื่อง
• แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม                                                      1 เครื่อง
• เครื่องกำเนิดสัญญาณแบบดิจิทัล                                         1 เครื่อง
• ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล                                                 1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี LM393N ตามผังวงจรในรูปที่ 4.2.1 และป้อนแรงดันไฟเลี้ยง
VCC= +5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายควบคุมแรงดัน

รูปที่ 4.2.1: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดันสองชุด

2. ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน V1 และ V2 เทียบกับ Gnd ของวงจร ตามลำดับ แล้วจดบันทึกค่าที่ได้
    -V1 1.73 V
     V2 3.041 V
  

3. สร้างสัญญาณแบบสามเหลี่ยม (Triangular Wave) ให้อยู่ในช่วงแรงดัน 0V ถึง 5V โดยใช้เครื่อง
กำเนิดสัญญาณ (Function Generator) โดยกำหนดให้ Vpp = 5V (Peak-to-Peak Voltage) และ
แรงดัน Offset = 2.5V และความถี่ f = 1kHz เพื่อใช้เป็นสัญญาณอินพุต Vin สำหรับวงจร
4. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A สำหรับวัดสัญญาณที่มาจากเครื่องกำเนิดสัญญาณ (Vin)และช่อง B สำหรับวัดสัญญาณเอาต์พุตที่ขาหมายเลข 1 (V3) ของตัวเปรียบเทียบแรงดัน
 (บันทึกภาพที่ได้จากออสซิลโลสโคป เพื่อใช้ประกอบการเขียนรายงานการทดลอง)

5. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A สำหรับวัดสัญญาณที่มาจากเครื่องกำเนิดสัญญาณ (Vin)และช่อง B สำหรับวัดสัญญาณเอาต์พุตที่ขาหมายเลข 7 (V4) ของตัวเปรียบเทียบแรงดัน
 (บันทึกภาพที่ได้จากออสซิลโลสโคป เพื่อใช้ประกอบการเขียนรายงานการทดลอง)

6. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามผังวงจรในรูปที่ 4.2.2 โดยตัวต้านทานปรับค่าได้ขนาด 10kΩ หรือ 20kΩ

รูปที่ 4.2.2: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบช่วงแรงดัน

7. ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vin ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ แล้วสังเกตสถานะของการ
ติด/ดับของ LED1 ให้จดบันทึกค่าแรงดัน Vin ที่ทำให้ LED1 เกิดการเปลี่ยนสถานะติด/ดับ
   - 3  V
8. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง
ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน
เบรดบอร์ด รูปคลื่นสัญญาณที่วัดได้จากออสซิลโลสโคปตามโจทย์การทดลอง และตอบคำถาม
ท้ายการทดลอง

คำถามท้ายการทดลอง

1. แรงดัน V1 และ V2 มีค่าประมาณ 1.72 โวลต์ และ 3.424 โวลต์ ตามลำดับ
2. แรงดัน Vin จะต้องมีค่าอยู่ในช่วง 3.36 ถึง 5.1โวลต์ และ 0 ถึง 3.36 โวลต์จึงจะทำให้แรงดัน V3 ที่ขาหมายเลข 1 ของ LM393N (วงจรในรูปที่ 4.2.1) ได้ลอจิก LOW และHIGH ตามลำดับ
3. แรงดัน Vin จะต้องมีค่าอยู่ในช่วง 0 ถึง 1.68 โวลต์ และ 1.68 ถึง 5.1 โวลต์จึงจะทำให้แรงดัน V4 ที่ขาหมายเลข 7 ของ LM393N (วงจรในรูปที่ 4.2.1) ได้ลอจิก LOW และHIGH ตามลำดับ
4. แรงดัน Vin ที่ได้จากการหมุนปรับค่าของตัวต้านทานปรับค่าได้ จะต้องมีค่าอยู่ในช่วงใด จึงจะทำให้
LED1 สว่าง 3-5.1 V

การทดลองที่ 3.3

การทดลองที่ 3.3

การจำลองการทำงานของลอจิกเกต

วัตถุประสงค์

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไอซี 74HC00N บนเบรดบอร์ด เพื่อสร้างเป็นวงจร RS Latch
• เขียนโปรแกรมสำหรับ Arduino เพื่อเลียนแบบพฤติกรรมการทำงานของ RS Latch

รายการอุปกรณ์

• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)            1 อัน
• บอร์ด Arduino (ใช้แรงดัน +5V)    1 บอร์ด
• ไอซี 74HCT00N                         1 ตัว
• ไดโอดเปล่งแสงขนาด 5 มม.       2 ตัว
• ปุ่มกดแบบสี่ขา                           2 ตัว
• ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω       2 ตัว
• ตัวต้านทาน 10kΩ                      2 ตัว
• สายไฟสำหรับต่อวงจร                1 ชุด
• แหล่งจ่ายควบคุมแรงดัน             1 ชุด
• มัลติมิเตอร์                                1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี 74HCT00N เพื่อสร้างลอจิกเกต RS Latch ตามผังวงจรในรูปที่
3.3.1 และป้อนแรงดันไฟเลี้ยง VCC=5V และ GND จากแหล่งจ่ายควบคุมแรงดัน ให้ไอซีและวงจร
บนเบรดบอร์ด

รูปที่ 3.3.1: ผังวงจรสำหรับสร้าง RS Latch โดยใช้เกต NAND2

2. กำหนดสถานะของสัญญาณอินพุต A และ B ทั้งหมด 4 กรณี โดยการกดปุ่มค้างไว้ (LOW) หรือ ไม่
กดปุ่ม (HIGH) ตามตารางที่ 3.3.1 ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดันของสัญญาณ Q และ /Q รวมถึงสังเกต
สถานะติด/ดับของ LED ทั้งสอง สำหรับแต่ละกรณีของอินพุต แล้วบันทึกผลที่ได้ลงในตาราง

3. ต่อวงจรตามผังวงจรในรูปที่ 3.3.2 โดยใช้บอร์ด Arduino ปุ่มกดแบบสี่ขา ไดโอดเปล่งแสง และตัว
ต้านทาน และให้เขียนโปรแกรมสำหรับ Arduino เพื่อเลียนแบบพฤติกรรมการทำงานของ RS Latch
(ความสัมพันธ์ระหว่างอินพุตและเอาต์พุต) ตามที่ได้จากโจทย์การทดลองในข้อที่ 2

การทดลองที่ 3.4

การทดลองที่ 3.4
การสร้างสัญญาณเอาต์พุตตามจังหวะสัญญาณอินพุตด้วย Arduino

วัตถุประสงค์

• สร้างสัญญาณจากเครื่องกำเนิดสัญญาณดิจิทัลแบบมีคาบ เพื่อป้อนเป็นอินพุต

          ให้บอร์ด Arduino

• เขียนโค้ดสำหรับ Arduino เพื่อประมวลผลสัญญาณดิจิทัลจากอินพุต และสร้าง

          สัญญาณเอาต์พุตตามเงื่อนไขที่กำหนดให้

รายการอุปกรณ์

• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                1 อัน
• บอร์ด Arduino (ใช้แรงดัน +5V)       1 บอร์ด
• ตัวต้านทาน 100Ω หรือ 150Ω          1 ตัว
• ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω          1 ตัว
• ไดโอดเปล่งแสงขนาด 5 มม.           1 ตัว
• สายไฟสำหรับต่อวงจร                     1 ชุด
• เครื่องกำเนิดสัญญาณดิจิทัล           1 เครื่อง
• ออสซิลโลสโคป                             1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. สร้างสัญญาณดิจิทัลแบบมีคาบ (แรงดันในช่วง 0V และ 5V เท่านั้น ห้ามใช้แรงดันสูงกว่า
    หรือแรงดันเป็นลบ) มีรูปคลื่นสี่เหลี่ยม หรือแบบ Pulse (Duty Cycle=50%) มีความถี่ 10Hz
    จากเครื่องกำเนิดสัญญาณ โดยต่อผ่านตัวต้านทาน 100Ω หรือ 150Ω ไปยังขา D3
    ของบอร์ด Arduino เพื่อใช้เป็นอินพุต
2. ต่อวงจร LED พร้อมตัวต้านทานจำกัดกระแส ที่ขา D5 ของบอร์ด Arduino
     เพื่อใช้แสดงสถานะ
 

3. เขียนโค้ด Arduino Sketch เพื่อทำให้หลอด LED บนแผงวงจร กระพริบตามความถี่
    ของสัญญาณอินพุต (อัตราการกระพริบของ LED จะต้องสอดคล้องกับความถี่ของ
    สัญญาณอินพุต)
   

4. ปรับความถี่ของสัญญาณอินพุตในช่วง 5Hz .. 20Hz (เพิ่มทีละ 5Hz) และใช้ออสซิลโลสโคป
    2 ช่องวัดสัญญาณอินพุตที่ขา D3 และสัญญาณเอาต์พุตที่ขา D5 พร้อมกัน และบันทึก
    รูปคลื่นสัญญาณที่ได้สำหรับความถี่ต่างๆ ในการทดลอง