LOGIC DESIGN OF DIGITAL SYSTEM: ตุลาคม 2014

การทดลองที่ 5.3
การต่อวงจรสวิตช์ควบคุมด้วยแสง

วัตถุประสงค์

- ฝึกต่อวงจรโดยใช้อุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง (Opto-Interrupter) เช่น เบอร์ H21A1
- ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ชนิดนี้ร่วมกับบอร์ด Arduino

รายการอุปกรณ์

- แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด) 1 อัน
- อุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง H21A1 หรือ TCST2202 1 ตัว
- ไดโอดเปล่งแสงสีแดงหรือสีเขียว 1 ตัว
- ตัวต้านทาน 220Ω 1 ตัว
- ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω 1 ตัว
- ตัวต้านทาน 10kΩ 1 ตัว
- บัซเซอร์แบบเปียโซ (Piezo Buzzer) 1 ตัว *
- สายไฟสำหรับต่อวงจร 1 ชุด
- มัลติมิเตอร์ 1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามรูปที่ 5.3.1 โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง +5V และ GND จากบอร์ด Arduino
2. เขียนโค้ด Arduino เพื่อรับค่าอินพุตแบบดิจิทัลที่ขา D3 (จากสัญญาณ Vout ของวงจรบนเบรด
บอร์ด) แล้วสร้างสัญญาณเอาต์พุตที่ขา D5 เพื่อแสดงค่าของอินพุตที่รับโดยใช้ LED เป็นตัวแสดง
สถานะทางลอจิก (ถ้าไม่มีวัตถุมาปิดกั้นช่องรับแสง LED จะต้องไม่ติด)
3. ใช้กระดาษสีดำปิดกั้น (หรือวัตถุอื่น เช่น ไม้บรรทัดเหล็ก) บริเวณช่องรับแสงของอุปกรณ์สวิตช์
ควบคุมด้วยแสง สังเกตความแตกต่างระหว่างกรณีที่มีวัตถุปิดกั้นและไม่มี (เช่น ใช้มัลติมิเตอร์วัด
แรงดัน Vout)
4. ทดลองต่อบัซเซอร์แบบเปียโซ (สร้างเสียงเตือน) แทนวงจร LED ในวงจรบนเบรดบอร์ด (โดยนำไปต่ออนุกรมกับตัวต้านทานขนาด 330Ω และให้สังเกตว่า บัซเซอร์แบบเปียโซมีขาบวกและขาลบ)
5. แก้ไขโค้ด Arduino เพื่อนับเวลาตั้งแต่เริ่มนำกระดาษไปปิดกั้นจนถึงเมื่อนำกระดาษออกในแต่ละครั้งโดยวัดช่วงเวลาเป็นหน่วยมิลลิวินาที (msec) และให้แสดงผลออกทางพอร์ตอนุกรมผ่านทาง Serial
Monitor ของ Arduino IDE (ให้ศึกษาการใช้คำสั่ง millis() สำหรับการเขียนโค้ด Arduino)
6. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง
ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน
เบรดบอร์ด และตอบคำถามท้ายการทดลอง

รูปที่ 5.3.1: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรทดลอง

คำถามท้ายการทดลอง

1. จากการทดลองพบว่า จะวัดแรงดัน Vout ได้เท่ากับ 0.102 v โวลต์ เมื่อไม่มีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสงของอุปกรณ์ H21A1 และจะวัด Vout ได้เท่ากับ 4.949 v โวลต์ เมื่อมีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสงของอุปกรณ์ดังกล่าว

2. ถ้านำกระดาษสีขาวและกระดาษสีดำ ไปปิดกั้นช่องรับแสง ในแต่ละกรณี จะให้ผลการทำงานของ

วงจรที่แตกต่างกันหรือไม่ จงอธิบาย
- ต่างกัน

การทดลองที่ 5.1

การต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์

วัตถุประสงค์

- ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ เพื่อใช้เป็นตัวส่งแสงและตัวรับ
แสงตามลำดับ
- หาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณแสงสะท้อนกลับ และระดับของแรงดันเอาต์พุตจากวงจร

รายการอุปกรณ์

- แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด) 1 อัน
- ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด 1 ตัว
- โฟโต้ทรานซิสเตอร์ 1 ตัว
- ตัวต้านทาน 220Ω 1 ตัว
- ตัวต้านทาน 10kΩ 1 ตัว
- ตัวเก็บประจุแบบ Electrolytic 1uF (มีขั้ว) 1 ตัว
- สายไฟสำหรับต่อวงจร 1 ชุด
- มัลติมิเตอร์ 1 เครื่อง
- แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม 1 เครื่อง
- ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล 1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.1 (ให้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้
ทรานซิสเตอร์ อยู่ห่างกันประมาณ 1 cm) แล้วป้อนแรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd
จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ไปยังวงจรบนเบรดบอร์ด
2. วัดแรงดันตกคร่อมที่ขาทั้งสองของไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด และวัดปริมาณกระแสที่ไหล (mA)
แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ (สำหรับรายงานการทดลอง)
3. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดแรงดัน Vout แล้วบันทึกภาพของรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏ
4. ทดลองต่อและไม่ต่อตัวเก็บประจุ สังเกตความแตกต่างของรูปคลื่นสัญญาณ Vout ในแต่ละกรณี
5. นำแผ่นกระดาษสีขาว มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ ที่ระยะห่าง
0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลำดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สำหรับระยะห่าง
ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
6. นำแผ่นกระดาษสีดำ มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ ที่ระยะห่าง
0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลำดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สำหรับระยะห่าง
ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
7. ต่อวงจรตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.2 แล้วเปรียบเทียบความแตกต่างกับวงจรในรูปที่ 5.1.1
(เช่น ดูการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน Vout)
8. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วย คำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง
ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน
เบรดบอร์ด รูปคลื่นสัญญาณที่วัดได้จากออสซิลโลสโคปตามโจทย์การทดลอง และตอบคำถาม
ท้ายการทดลอง