ก่อนอื่นเราต้องทำความเข้าใจกับการวัดรอบการทำงานของเครื่องจักรต่างๆ กันก่อน เพื่อที่จะหาวิธีการวัดค่าความเที่ยงตรงได้เหมาะสม โดยผู้อ่านทดลองดูตามวิธีการดังนี้ คือ คำว่ารอบต่อนาที
แปลง่ายๆ ก็ คือ ในหนึ่งนาทีสามารถทำงานได้กี่รอบ และถ้าหากต้องการทราบว่าใน 1 วินาที ทำงานได้กี่ครั้ง เพื่อให้อ่านค่าออกมาเป็น Hz ได้ ก็จะนำมาเขียนเป็นสมการออกมาดังนี้

จาก สมการที่เราเขียนออกมาได้ ก็จะทำให้สามารถอ่านค่าการทำงานในรูปแบบ รอบต่อนาทีออกมาเป็นรอบต่อวินาทีได้ ทั้งนี้เพื่อให้การทดสอบด้วยเครื่องมือทางอิเล็กทรอนิกส์สามารถนำมาใช้งาน และความเที่ยงตรงที่จะอ่านได้
โดยการทดสอบความเที่ยงตรงเราจะใช้เครื่องมือหลักๆ อยู่สองตัว คือ

• ดิจิตอลออสซิลโลสโคป
• ซิกแนลเจนเนอร์เรเตอร์

โดย การนำสัญญาณที่เครื่องซิกแนลเจนฯ สร้างขึ้นส่งให้กับเครื่องวัดรอบที่สร้างขึ้น พร้อมกันนั้นเราจะทำการวัดค่าโดยออสซิลโลสโคป ดูรูปประกอบ

รูปวิธีการทดสอบ

ยก ตัวอย่างเช่น หากต้องการให้ Tacho meter อ่านค่าออกมาเป็น 60 rpm เราต้องตั้งให้ซิกแนลเจนฯ สร้างสัญญาณพัลส์ออกมาที่ 1Hz เครื่องวัดรอบที่สร้างขึ้นต้องอ่านค่าได้ 60 และเช่นเดียวกัน ถ้าเราตั้งค่า
ที่ซิกแนลเจนเป็น 30Hz เครื่องวัดรอบที่สร้างขึ้นจะต้องอ่านค่าได้ 1,800 rpm เป็นต้น

เหตุ ที่นำซิกแนลเจนเนอร์เรเตอร์มาเป็นตัวสร้างสัญญาณ เนื่องจากมีความเที่ยงตรงในการสร้างสัญญาณจะสูงกว่าการนำเครื่องมือวัดที่ สร้างขึ้นเทียบกับเครื่องวัดรอบที่มีจำหน่ายอยู่แล้วตามท้องตลาด อีกทั้งเครื่องวัดรอบที่มีจำหน่ายอยู่แล้วทั่วๆ ไป จะเป็นรุ่นที่เป็นเข็มทำให้ไม่สามารถอ่านค่าได้ละเอียด จึงใช้เครื่องมือที่มีการอ่านค่าได้ละเอียดมาเป็นตัวเทียบ
ทดสอบการทำงาน

[zooeffect AILALMLYSM1g]

จากตัวอย่าง การทดสอบความเที่ยงตรงที่เห็นนั้น จะมีค่าความผิดพลาดเป็นลิเนียร์ ตลอดย่าน เนื่องจากการคำนวณของเครื่องวัดรอบที่สร้างขึ้นนั้น ใช้สมการในการนำสัญญาณที่ได้มาทำการคำนวณรอบที่แท้จริง
ทำให้ผลที่ได้เป็นค่าที่ได้จากการนำสมการคณิตศาสตร์มาประยุกต์ใช้ อีกทั้งค่าที่ทำการคำนวณนั้นมีความละเอียดสูงถึง 32 bit ทำให้ค่าที่ออกมาละเอียดมาก

เทคนิค ที่ใช้สร้างเครื่องวัดรอบเครื่องนี้ใช้เทคนิคการวัดความกว้างของพัลส์ที่ อ่านได้ โดยการอ่านจากขอบของสัญญาณ ทำให้การนำไปวัดสัญญาณใด ๆ นั้นถึงแม้สัญญาณจะมี duty cycle ไม่เท่ากันก็ตาม เครื่องวัดก็ยังสามารถอ่านค่าได้เที่ยงตรง ที่สำคัญคือ เครื่องวัดนี้จะอ่านค่าของรอบการทำงานทุกๆ รอบนำมาคำนวณ ทำให้ค่าที่คำนวณได้นี้ นำไปใช้ในการทำงานของเครื่องมืออื่นๆ ต่อไปได้ เช่น การนำค่าที่คำนวณได้นี้ไปสร้างกล่อง ECU ที่ใช้ควบคุมเครื่องยนต์ หรือนำไปควบคุมกล่อง CDI เพื่อปรับองศาการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ได้ อีกทั้งค่าที่ส่งออกมานี้ยังสามารถนำมาเขียนกราฟการทำงานของเครื่องยนต์ เครื่องจักรที่เรานำไปวัดได้อีกด้วย และหากสังเกตุการทำงานของเครื่องวัดนี้แล้ว จะเห็นว่าในส่วนของตัวเลข จะมีการกระพริบน้อยมาก เนื่องจากค่าที่นำมาแสดงในส่วนของตัวเลขนี้ มีการนำค่าที่อ่านได้หลายๆ ครั้งมาก เฉลี่ยแล้วจึงส่งผลให้ค่าที่เราจะอ่านจากหน้าจอสามารถอ่านค่าได้ทัน แต่ในส่วนของแถบแสงนั้น มีการเฉลียค่าที่แสดงน้อยกว่า จึงเห็นว่าแถบแสงจะเปลี่ยนแปลงค่าได้เร็วกว่าในส่วนของตัวเลข และหากมีการวัดค่าที่สูงกว่าค่าที่ตั้งไว้ แถบแสงก็ยังสามารถแสดงผลได้โดยการเลื่อนแถบไปในรอบที่สูงขึ้นมากถึงสองเท่า เช่น หากตั้งค่าสูงสุดไว้ที่ 8,000 รอบต่อนาที แต่ค่าที่เครื่องวัด สามารถวัดได้มีค่าสูงกว่า แถบแสงจะเลื่อนไปในด้านที่ค่าสูง เพื่อให้ผู้ใช้งานทราบว่าค่ามากเกินกว่าที่ควรจะเป็นแล้ว

ในส่วนของการคำนวณที่ให้ผลการวัดออกมาได้มากถึง 55,000 รอบต่อนาทีนั้น ทำให้เครื่องที่สร้างขึ้นสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานในงานอื่นๆไ ด้อีกมากมาย เช่น การวัดรอบการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า ความเร็วของเครื่องจักร ความเร็วของใบพัดเครื่องบิน และตัวเครื่องที่สร้างขึ้นยังสามารถรับสัญญาณอินพุทจากอุปกรณ์ตรวจจับอื่นๆ ได้อีกหลายชนิด เช่น การนำไปต่อกับตัวตรวจจับแสง พล๊อกสวิตช์ 

ในส่วนของการนำ ไปประยุกต์ใช้งานอื่นๆ นั้น ผู้สร้างจะนำมานำเสนอวิธีการนำไปใช้ เช่น การต่อเพื่อวัดรอบเครื่องจักร ให้เห็นกันอีกในโอกาสต่อไปครับ

หากท่านผู้อ่าน ต้องการวัดค่าของรอบการทำงานที่แท้จริงแล้ว จากผลการทดสอบที่เห็น ท่านสามารถมั่นใจได้ว่าค่าที่ท่านอ่านได้จากเครื่องวัดนี้จะเป็นค่าที่แท้ จริงและเที่ยงตรงอย่างแน่นอน หากมีข้อสงสัยอื่นๆ สามารถสอบถามผู้สร้างได้โดยตรง ทางผู้สร้างหวังเป็นอย่างยิ่งว่าเครื่องวัดชิ้นนี้จะเป็นประโยชน์กับผู้ที่ นำไปใช้งานในด้านต่างๆ ไม่มากก็น้อย และต้องขอขอบคุณลูกค้าที่ให้ความไว้วางใจกับเราเสมอมา และทางผู้สร้างยินดีให้คำแนะนำเพิ่มเติมครับ

พิเศษ สำหรับผู้ที่ต้องการนำเครื่องวัดรอบนี้ไปใช้งานในรูปแบบของตัวเอง ไม่ซ้ำกับใครๆ สามารถสั่งทำกล่องใส่ให้มีความแตกต่างออกไปได้ เช่น ที่บังแสงให้สั้นกว่าที่โชวในเว็บ หน้ากากสีอื่นๆ หรือแม้กระทั้งสีของหลอดไฟแสดงผลก็เลือกได้ว่าต้องการสีอะไร "เพื่อให้ท่านได้สินค้าที่ตรงกับความต้องการมากที่สุด และเป็นงานที่สร้างขึ้นเฉพาะท่านเท่านั้น"

บทความโดย กิติภูมิ กาญจนา

[zooeffect AsDA0MboSEXj]

อินเตอร์เฟส Keyboard PC ด้วย MCS51

การควบคุมการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์แบบฝังตัว ในงานลักษณะต่างๆ ที่มีฟังก์ชั่นการทำงานมากๆ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใช้ Key ควบคุมต่างๆเข้ามาต่อกับระบบ หากมองในมุมของการออกแบบวงจรแล้ว จำนวนสาบสัญญาณทีต่อเข้ากับตัวของ CPU ก็มีผลอย่างมากในการเลือกใช้ IC เบอร์ต่างๆ ยิ่งถ้าการต่อสวิตช์แบบเมตริกแล้ว ถึงแม้ว่าจะลดจำนวนสายที่ต่อลงได้มากกว่าการต่อแบบ บิตต่อบิต แต่ก็ยังถือว่ามากอยู่หากต้องการจำนวนสวิตช์ที่มากขึ้น ต่างกับเทคนิคการสร้างและส่งสัญญาณของ Keyboard PC ที่มีจำนวนปุ่มกดมากกว่าหลายเท่าแต่กลับใช้สายสัญญาณเพียงสองเส้น หรือในงานที่ต้องการส่งสัญญาณแบบที่ต้องใช้สายน้อยจริงๆก็สามารถตัดให้เหลือเพียงเส้นเดียวได้ ดังนั้นการที่จะศึกษาถึงเทคนิคการสร้างสัญญาณของ Keyboard PC ให้ละเอียดแล้วน่าที่จะเป็นการดีที่เราจะสามารถออกแบบงานควบคุมต่างๆได้ โดยควบคุมผ่าน Keyboard PC ที่ราคาไม่ถึงร้อยบาท แต่ได้ฟังก์ชั่นท์การทำงานที่มากขึ้น หรือจะนำไปประยุกต์ใช้งานอื่นๆได้อีกมากมาย

บทความนี้จะยกตัวอย่างการติดต่อกับ Keyboard PC โดยใช้ MCS51 เป็นตัวประมวลผล

ก่อนอื่นมาดูกันก่อนว่า ขั้วต่อของ Keyboard PC มีที่ใช้งาน กันทั่วๆ ไปมีกี่แบบกันก่อน ตามรูปจะเห็นได้ว่ามีสองแบบ ที่นิยมแบบแรก คือแบบ DIN หัวต่อแบบนี้จะใหญ่ใช้ใน เครื่องคอมพิวเตอร์รุ่นเก่าๆ อีกแบบ คือแบบ PS2 แบบนี้ จะเห็นกันอย่างแพร่หลาย การส่งสัญญาณและลักษณะ ของสัญญาณที่ Keyboard สร้างขึ้นมีหลายแบบหลาย มาตราฐานมากๆ ผมจะขอแนะนำเฉพาะที่สามารถหามาทดลองเล่นกันได้ง่ายๆ แต่ว่าจะบอกถึงสัญญาณที่ Keyboard แบบต่างๆ ส่งออกมา ให้ตามตารางด้านล่างครับ

การทำงานของ Keyboard PC

ตัว Keyboard PC จะใช้ไฟเลี้ยง 5 Vdc และมีสายสัญญาณ สองเส้น เส้นแรกเป็น DATA อีกเส้นเป็น Clock การส่ง สัญญาณเป็นแบบ 11 Bit แต่ละปุ่มมีค่า ที่ส่งออกมาเรียกว่า Scancode โดยที่แต่ละปุ่มจะส่งค่า Scancode ออกมา ไม่เหมือนกันและไม่สนใจการกดปุ่มพิเศษต่างๆ ด้วย แต่จะส่งสัญญาณบ่งบอกว่าขณะนั้นๆ ปุ่มใดถูกกดและ ปุ่มใดถูกปล่อย ส่วนภาษาของ Keyboard ที่เราเห็นว่า สามารถพิมพ์ได้หลายภาษา ในส่วนนี้เป็นหน้าที่ของ Software ที่ติดตั้งในระบบปฏิบัติการและการ พิจารณาว่าปุ่มพิเศษ เช่นการกด Shift , Ctrl, Alt เป็นหน้าที่ของ BIOS ในเมนบอร์ด เครื่องคอมพิวเตอร์ จากที่กล่าวไปแล้วนั้นการจะนำสัญญาณของ Keyboard มาใช้งานได้จำเป็นจะต้องมี สายสัญญาณอย่างน้อย สามเส้น คือ GND, VCC, DATA ส่วน Clock จะใช้หรือไม่ก็ได้ การกดแป้นพิมพ์บางตำแหน่ง Keyboard เองไม่ได้ส่งสัญญาณมาเพียง Byte เดียว แต่อาจส่งมากกว่าสาม Byte เลย ดังนั้น การนำสัญญาณที่รับได้มาพิจารณาก็เป็นหน้าที่ของ แฟรมแวร์ที่ออกแบบ

หัวต่อแบบ DIN	หัวต่อแบบ PS2
ตัวอย่างสัญญาณ Keyboard	ตัวอย่างสัญญาณ Keyboard
ตัวอย่างสัญญาณ Keyboard	ตัวอย่างสัญญาณ Keyboard

        การทดลองครั้งนี้ผมจะนำไมโครคอนโทรเลอร์ตระกูล MCS51

มาทดลองการส่งและรับข้อมูลโดยให้วงจรสามารถแก้ไขที่ผิดพลาดได้ 1 จุด หมายความว่าการส่งข้อมูล 8 บิต หากมีข้อมูลบิตใดบิตหนึ่งผิดพลาดไป ภาครับจะยังสามารถแก้ไขที่ผิดได้ให้ข้อมูลกลับมาถูกต้อง โดยจะขอนำหลักการที่มีใช้อยู่ในปัจจุบัน จะเริ่มจากหลักการง่ายๆ ก่อนที่จะใช้หลักการที่ซับซ้อนต่อไป

        เริ่มจาก สมมุติว่าเราต้องการจะส่งข้อมูล 10011010 เข้าไปในช่องสัญญาณที่เป็นคลื่นวิทยุ (ใช้วงจรสื่อสารไร้สายเพื่อการพัฒนา) และสมมุติว่าเกิดสัญญาณลบกวนขึ้นเนื่องจากมีฟ้าผ่าในช่วงสั่นๆทำให้ข้อมูลที่รับได้จากเดิม 10011010 กลายเป็น 11011010 แทน ทำให้ภาครับรับสัญญาณ ที่เป็น MSB ผิดพลาดไป หากไม่มีการแก้ไขก็จะทำให้ภาครับตีความหมายข่าวสารผิดไปค่อนข่างมาก จากตัวอย่างที่ยกมาให้ดูเราจะทำการเพิ่มเติมขั้นตอนการเข้ารหัสก่อนที่จะส่งข้อมูลออกไป และจะเพิ่มขั้นตอนวิธีการเมื่อภาครับรับสัญญาณได้ก่อนที่จะนำข้อมูลไปใช้

        วิธีการ คือ เราจะทำการเพิ่มบิตของข้อมูลที่เป็นรหัสเพื่อใช้ในการตรวจสอบเข้าไป สามารถหาปริมาณบิตที่ต้องการเพิ่มได้จากการคำนวณดังนี้ สมมุติว่าต้องการให้แก้ที่ผิดได้ 1 ที่ ในข้อมูล 8 บิต จะได้ว่า  2  สัญลักษณ์  โดย (จำนวนบิตทั้งหมด + 1) x 2บิตข้อมูล ≤ 2จำนวนบิตทั้งหมดจะได้ว่า 2  ≤ 212 แสดงว่า เราจะต้องใช้จำนวนบิตทั้งหมดที่ต้องส่งเป็น 12 บิต เพื่อให้สามารถตรวจสอบและแก้ไขข้อมูลจำนวน 8 บิตได้  เมื่อได้จำนวนบิตทั้งหมดแล้วเราจะนำมาเพิ่มบิตข้อมูลเข้าไปครับ วิธีการเพิ่มดูได้จากตาราง

* คือ ตำแหน่งที่ใส่บิตตรวจสอบ

        จากนั้นนำข้อมูลที่จะส่งมาจัดลงตามตำแหน่งจะได้ดังนี้

          จากข้อมูล 10011010

        เมื่อนำข้อมูลมาใส่แล้วก็ต้องเพิ่มบิตตรวจสอบที่เหลือลงไปพิจารณาจากตำแหน่งของบิตที่เป็น LOGIC 1 ในที่นี้คือตำแหน่งที่ 3,7,9,11 จากนั้นค่าของแต่ละตำแหน่งมา XOR กัน

        ตารางค่าประจำตำแหน่ง   

           นำค่าของหลักที่เป็น LOGIC 1 มาตั้งแล้วทำการ XOR ได้ดังนี้

            นำค่าที่ได้มาใส่ในช่องที่ว่างไว้ * โดยเรียงลำดับกันไปจะได้

            ข้อมูล 001100101010 จะเป็นข้อมูลที่เราจะส่งไปในช่องสัญญาณ  

          เมื่อข้อมูลเดินทางมาถึงภาครับ จากข้อมูล 10011010 นำมาเข้ารหัสได้ข้อมูลเป็น 011100101010 เพิ่มจากเดิม 8 บิตเป็น 12 บิต เมื่อข้อมูล 011100101010 เดินทางมาถึงภาครับและช่องสัญญาณมีสัญญาณลบกวนทำให้ข้อมูลผิดพลาดไป 1 บิต กลายเป็นข้อมูล 111100101010บิตแรกมีการผิดพลาดไป หากไม่มีการแก้ไขจะทำให้ภาครับตีความหมายผิดไปจากเดิมมาก แต่หากภาครับมีการตรวจสอบแก้ไขแล้ว จะสามารถแก้ไขข้อมูลกลับมาได้โดยมีวิธีการดังนี้

    วิธีการคือ นำข้อมูลที่ได้มาตรวจสอบดังนี้

        นำค่าของตำแหน่ง LOGIC ทีเป็น 1 มา XOR กัน ได้ดังนี้ ตำแหน่งที่ 1,2,3,4,7,9,11

        ถ้าผลที่ได้ของการ XOR ที่ภาครับไม่เป็น 0000  แสดงว่ามีที่ผิด จากตัวอย่างได้ผลเป็น 1000 แสดงว่าหลักที่ 1 ของข้อมูลผิดพลาด วงจรก็จะทำการกลับบิตที่ผิดตำแหน่งที่ 1 กลายเป็น 011100101010 เหมือนข้อมูลที่ภาคส่งส่งมาและทำการแยกข้อมูลออกจากรหัส โดยการดึงตำแหน่งที่ต้องการออกมา คือ

        ได้ 10011010 ออกมาเหมือนเดิม จากตัวอย่างนี้ทดลองใส่ข้อมูลผิดพลาดเข้าไปที่ตำแหน่งใดก็ได้ วงจรก็จะยังสามารถระบุที่ผิดและทำการแก้ไขให้โดยการกลับบิตที่เป็นผลลัพธ์เท่านั้น

          จากตัวอย่างที่ยกมาจะเห็นได้ว่าเมื่อเราเพิ่มบิตตรวจสอบเข้าไปกับข้อมูล เราก็จะสามารถระบุตำแหน่งที่ข้อมูลผิด และแก้ไขได้ เมื่อทราบวิธีการตรวจสอบและแก้ไขแล้วทีนี้ผมก็จะนำเสนอวงจรที่สร้างด้วย MCS51 ให้สามารถส่งข้อมูลแบบมีการเข้ารหัสข่าวสาร เพื่อให้สามารถแก้ไขที่ผิดได้ ส่งผลให้ข้อมูลที่เราทำการส่งออกไปไม่ว่าจะเป็นสัญญาณควบคุมระบบอะไรสักอย่างก็ตามที่ในช่องสัญญาณมีการรบกวนค่อนข่างสูง ข้อมูลที่ภาครับรับได้ก็จะยังสามารถรับได้อย่างถูกต้อง ถึงแม้ว่าวิธีการนี้จะสามารถแก้ไขได้เพียง 1 จุดเท่านั้น และต้องแรกกับปริมาณข้อมูลที่เพิ่มขึ้น 4 บิต ก็ตาม แต่ก็ยังถือว่าคุ่มค้ากับข้อมูลที่ถูกต้องที่ภาครับสามารถรับได้ครับ

บทความโดย กิติภูมิ