กลับไปหน้ารวมไฟล์
shift-registers-tutorial-1-absolute-addressing-6d6adf.md

ชื่อโปรเจกต์: Shift Registers - Tutorial 1, Absolute Addressing

ถ้าน้องหลงเข้ามาอ่านบทความนี้แบบงงๆ โดยไม่ได้เริ่มจากจุดเริ่มต้น บอกเลยว่าอาจจะมึนได้ เพราะนี่เป็น 1 ใน 6 บทเรียนที่จะช่วยให้น้องเข้าใจการใช้ Library ez_SIPO8_lib ในการควบคุม IC ประเภท Serial-in/Parallel-out (SIPO) shift registers อย่างเจ้า 74HC595 นั่นเอง

ถ้าอยากเริ่มตั้งแต่ตอนแรก ก็ลองไปหาอ่านใน Tutorial Start ดูนะ แต่ถ้าพร้อมลุยต่อจากตรงนี้ ก็อ่านต่อได้เลยวัยรุ่น...

บทเรียนนี้จะช่วยให้น้องเข้าใจการใช้งาน ez Serial-in/Parallel-out IC Library (ez_SIPO8_lib) แบบเน้นๆ - บทเรียนที่ 1, การระบุตำแหน่งแบบสมบูรณ์ (Absolute Addressing) ถ้าใครอยากย้อนไปดูจุดเริ่มต้นของโปรเจกต์ก็ตามไปดูที่ Tutorial Start ได้เลย

พวกคู่มือ User Guide, Crib Sheet หรือบทความต้นฉบับของ ez_SIPO8_lib น้องสามารถไปหาโหลดได้ตามลิงก์พวกนี้เลย: - ez_SIPO8_lib User Guide - ez_SIPO8_lib Crib Sheet - อ่านบทความ ez_SIPO8_lib ฉบับเต็ม

บทนำสู่บทเรียน

ในบทเรียนแรกนี้ เราจะมาลอง Config และขับ IC SIPO แบบ 8-bit ตัวเดียว นั่นคือเบอร์ 74HC595 ซึ่งจะทำให้เรามี Output เพิ่มมา 8 ขา เอาไว้ต่อ LED หล่อๆ ขาละดวงไปเลย

เป้าหมาย

เราจะสร้างสภาพแวดล้อม SIPO จำลองใน Software เพื่อลองใช้หลักการพื้นฐานแบบเริ่มจากจุดเล็กๆ ก่อน สิ่งที่น้องจะได้เรียนรู้คือ:

  1. วิธีต่อสาย (Wiring) IC 74HC595 (SIPO IC) เข้ากับ Microcontroller แบบไม่ให้แต๊ป
  2. โครงสร้างของ Arduino Sketch ที่เอาไว้คุม SIPO และ LED เช่น: a. การสร้าง SIPO8 Library Class Instance b. การสร้าง SIPO Bank จาก Array Pool ของ SIPO Output Pins เพื่อให้เราสั่งงานรายขาผ่าน Software ได้ง่ายๆ c. วิธีการระบุตำแหน่งขาออกแบบ Absolute (Absolute Addressing) ในระดับ Array
  3. ดูผลลัพธ์ของจริง – ไฟ LED วิ่งตามแพทเทิร์น และดูข้อมูล SIPO ผ่าน Serial Monitor

รายการของที่ต้องเตรียม (Check list กันหน่อย)

เตรียมของตามนี้เลยน้อง:

  • 1 x Arduino UNO - จริงๆ จะใช้บอร์ดอะไรก็ได้ที่เป็นตระกูล Arduino หรือพวกบอร์ด Clone ขอแค่มี Pin พอสั่งงาน interface SIPO และจ่ายไฟได้พอเป็นอันใช้ได้
  • 1 x Breadboard - เล็กหรือใหญ่ตามที่มีติดมือเลย
  • 1 x 74HC595 IC - ตัวเอกของเรา IC SIPO 8-bit หรือเบอร์อื่นที่ขาเหมือนกันก็ได้
  • 8 x LEDs - มีสีอะไรก็ขุดมาใช้ให้หมด
  • 8 x Resistors 220 ohm - ตัวต้านทานเนี่ย ใส่ดักไว้ LED ละตัวนะน้อง (ใช้ 220 ohm นะ ส่วนในรูปวงจรที่บอก 180 ohm น่ะช่างมัน)
  • สายจัมพ์ - จะสั้นจะยาว จัดมาให้พร้อม

การดูขา 74HC595 (Orientation and Pin Outs)

ฝั่งไหนหัวฝั่งไหนหาง? สังเกตนะน้อง เจ้า 74HC595 มันจะมีรอยบาก (Notch) อยู่ฝั่งหนึ่ง (ในรูปคือด้านบน) การนับขาจะเริ่มจากขา 1 ที่ซ้ายบน ไล่ลงมาทางซ้ายจนถึงข้างล่าง แล้ววนขึ้นไปทางขวาจนจบที่ขา 16 ฝั่งขวาบน:

Pin Outs 1 - 74HC595

การกำหนดขา Interface ระหว่าง Microcontroller กับ SIPO

ทุกๆ Bank ของ IC SIPO ที่น้องต่อกับบอร์ดเนี่ย ต้องใช้ Interface แบบ 3 สาย (3WI) เนื่องจากบทเรียนนี้เราใช้ IC แค่ตัวเดียว ก็เลยต้องใช้แค่ชุดเดียวพอ ตารางข้างล่างนี้คือการจับคู่ขาที่พี่แนะนำ แต่ถ้าอยากเปลี่ยนไปใช้ Digital Pin อื่นก็ได้นะ แต่ต้องไปแก้โค้ดในฟังก์ชัน create_bank ใน setup() ให้ตรงกันด้วยล่ะ

  • UNO Pin 8 ไป SIPO Pin 14 - SIPO Data Pin
  • UNO Pin 9 ไป SIPO Pin 12 - SIPO Latch Pin
  • UNO Pin 10 ไป SIPO Pin 11 - SIPO Clock Pin
  • UNO Pin +5v ไป SIPO Pin 10, 16 - จ่ายไฟเลี้ยงให้ IC
  • UNO GND ไป SIPO Pin 8, 13 - ต่อกราวด์ (0v)

วิธีการต่อวงจร

จัดไปตามรูปด้านล่างเลยวัยรุ่น เช็คดีๆ อย่าสลับขา Input/Output นะ:

Wiring Scheme 1 - Single SIPO IC, 8 outputs

สังเกตนะว่าขา 9 ของ 74HC595 (ขา QH’) จะเป็นขาเดียวที่ว่างอยู่ เพราะมันเอาไว้ส่งข้อมูลต่อไปยังขา 14 (SER) ของ SIPO ตัวถัดไปเวลาเราจะพ่วงกัน (Cascade) เดี๋ยวพี่สอนในบทเรียนหน้าๆ นะ

ตัวอย่าง Code/Sketch

ต่อสายเสร็จแล้ว มาดูโค้ดง่ายๆ เอาไว้เล่นกับ 74HC595 กัน Sketch นี้จะสร้าง SIPO bank ขึ้นมา 1 ชุด โดยจะมีตำแหน่งเสมือน (Virtual Addresses) ตั้งแต่ 0 ถึง 7 หลังจากเราสั่ง create_bank

เปิด Arduino IDE ขึ้นมา สร้างไฟล์ใหม่แล้วจัดโค้ดนี้ลงไป:

//
//   Tutorial 1 - การใช้งาน ez_SPI8 library
//   การระบุตำแหน่งแบบ Absolute (Absolute addressing)
//
//   Ron D Bentley, Stafford, UK
//   แปลโดยรุ่นพี่สายช่าง
//
#include <ez_SIPO8_lib.h>
#define max_SIPOs  1  // บทเรียนนี้ใช้ SIPO ตัวเดียวพอ
#define max_timers 0  // ยังไม่ใช้ timer
// เริ่มประกาศ Class สำหรับจำนวน SIPO/Timer ที่ต้องการ
SIPO8 my_SIPOs(max_SIPOs, max_timers);
int my_LEDs;  // เอาไว้เก็บ ID ของ SIPO bank
void setup() {
 Serial.begin(9600);
 // สร้าง Bank ขนาด 1 SIPO ด้วยฟังก์ชัน create_bank:
 // (Data Pin, Clock Pin, Latch Pin, จำนวน SIPO ใน Bank นี้)
 my_LEDs = my_SIPOs.create_bank(8, 10, 9, 1); 
 if (my_LEDs == create_bank_failure) {
   Serial.println(F("\
สร้าง bank ไม่สำเร็จว่ะน้อง"));
   Serial.flush();
   exit(0);
 }
 // พิมพ์ข้อมูล Bank ออกมาดูหน่อยซิ
 my_SIPOs.print_SIPO_data();
}
void loop() {
 // เริ่มจากสั่งให้ Output ทุกขาเป็น LOW (ดับให้หมด)
 my_SIPOs.set_all_array_pins(LOW);
 my_SIPOs.xfer_array(LSBFIRST);
 do {
   //
   // สร้าง Pattern 0b01010101 ลงใน Array
   my_SIPOs.set_array_pin(0, HIGH);
   my_SIPOs.set_array_pin(1, LOW);
   my_SIPOs.set_array_pin(2, HIGH);
   my_SIPOs.set_array_pin(3, LOW);
   my_SIPOs.set_array_pin(4, HIGH);
   my_SIPOs.set_array_pin(5, LOW);
   my_SIPOs.set_array_pin(6, HIGH);
   my_SIPOs.set_array_pin(7, LOW);
   my_SIPOs.xfer_array(MSBFIRST);  // ส่งค่าจาก Array ไปที่ IC ตัวจริงเพื่อให้ LED ติด
   delay(500);
   // สลับ Pattern เป็น 0b10101010 ลงใน Array
   my_SIPOs.set_array_pin(0, LOW);
   my_SIPOs.set_array_pin(1, HIGH);
   my_SIPOs.set_array_pin(2, LOW);
   my_SIPOs.set_array_pin(3, HIGH);
   my_SIPOs.set_array_pin(4, LOW);
   my_SIPOs.set_array_pin(5, HIGH);
   my_SIPOs.set_array_pin(6, LOW);
   my_SIPOs.set_array_pin(7, HIGH);
   my_SIPOs.xfer_array(MSBFIRST);  // ส่งค่าไปที่ IC อีกรอบ
   delay(500);
 } while (true);
}

Compile แล้ว Upload เลยน้อง! น้องจะเห็น LED มันกระพริบสลับไปสลับมาแบบ "ม้ากระดก" พร้อม Delay นิดๆ:

Pattern ของไฟ LED ที่จะสลับไปมา

Sketch นี้ใช้การระบุตำแหน่งแบบ Absolute โดยใช้ฟังก์ชัน set_array_pin และ xfer_array โดยฟังก์ชันแรกใช้กำหนดว่าขาไหนใน Array จะเป็น HIGH หรือ LOW และฟังก์ชันหลังใช้ส่งข้อมูลทั้งหมดไปอัปเดตที่ตัว IC ของจริง (Physical Bank) หลังจากเราแก้ค่าใน Software เสร็จแล้ว

ตำแหน่งขา (Address) ที่ใช้ใน set_array_pin จะเริ่มที่ 0 เสมอ ขา Output ทุกตัวที่กำหนดไว้สามารถอ้างอิงผ่าน Absolute Address นี้ได้เลย แต่จำไว้นะน้อง ขา Virtual Output พวกนี้จะใช้งานได้ก็ต่อเมื่อมันถูกสั่ง create_bank มาแล้วเท่านั้น (มาเป็นชุด ชุดละ 8 ขา) ประเด็นสำคัญคือ Array Pool ของเราจะสั่งงานไม่ได้เลยถ้ายังไม่ Setup ให้มันเป็น SIPO Bank เสียก่อน

โน้ตไว้หน่อย:

การระบุตำแหน่งแบบ Absolute จะต่างกับการระบุแบบ Relative (สัมพัทธ์) ซึ่งเดี๋ยวพี่จะสอนใน Tutorial 2 ลองสังเกตพารามิเตอร์ MSBFIRST ในฟังก์ชัน xfer ดูนะว่ามันทำให้ผลลัพธ์ออกมาเป็นยังไง ลองเปลี่ยนเป็น LSBFIRST ดูสิ แล้วจะเห็นความต่างว่าไฟมันจะสลับฝั่งกัน!

สุดท้าย ลองเช็ค Serial Monitor ดู มันควรจะขึ้นประมาณนี้:

SIPOglobal values:
pins_per_SIPO = 8
max_SIPOs = 1
bank_SIPO_count= 1
num_active_pins= 8
num_pin_status_bytes= 1
next_freebank = all SIPOs used
Number
Bank
bank
   num SIPOs = 1
   latch_pin = 9 clock_pin = 10 data_pin = 8
   low_pin = 0 high_pin = 7

เห็นไหมว่าฟังก์ชัน print_SIPO_data() มันมีประโยชน์มากตอนเรากำลังไล่ Code หรือ Debug งาน

ลองเล่นดูนะน้อง ลองเขียน Loop มาคุมขา LED แทนการสั่งทีละบรรทัดดู หรือจะสุ่มลำดับการติดดับก็ได้ ลองไปเรื่อยๆ เดี๋ยวก็เก่ง!

จบบทเรียนที่ 1 แล้วนะวัยรุ่น เวอร์ชั่น PDF ไปโหลดเก็บไว้ได้ที่ github เลย

ถ้าพร้อมลุยต่อแล้วก็ตามพี่ไปที่ [Tutorial 2, Relative Addressing] ได้เลย หรือถ้าจะกลับไปอ่านจุดเริ่มต้นก็ไปที่ [Tutorial Start] จัดไป!

รายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติม (เผื่ออยากเป็นเทพ)

การขยาย Output โดยใช้ Pin น้อยๆ

บทเรียนนี้พาเจาะลึก 74HC595 Shift Register ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญเวลาเราอยากคุม Output เยอะๆ (เช่น LED หรือ Relay เป็นสิบๆ ตัว) โดยใช้ขา Arduino แค่ 3 ขา

  • Serial-to-Parallel Pipeline: Arduino จะส่งข้อมูลแบบ 8-bit ต่อเนื่องกันผ่านฟังก์ชัน shiftOut() ตัว IC จะเก็บข้อมูลไว้ข้างในก่อน แล้วพอเราสั่ง "Latch" มันก็จะปล่อยข้อมูลออกขา Output พร้อมกันทีเดียว วิธีนี้จะทำให้ไฟไม่กระพริบมั่วตอนส่งข้อมูล
  • Absolute Bit-Addressing: คือการใช้ Logic ในการเลือกบิต (เช่น 1 << n) เพื่อสั่งงาน Output ขาเดียว โดยไม่ไปยุ่งกับสถานะของอีก 7 ขาที่เหลือใน IC ตัวเดียวกัน

ความสามารถในการขยายระบบ (Scalability)

  • Daisy-Chaining Method: น้องสามารถเอาชิป 74HC595 มาต่อพ่วงกันได้เรื่อยๆ โดยเอาขา "Serial Out" ของตัวแรก ไปเข้า "Serial In" ของตัวถัดไป วิธีนี้จะทำให้น้องคุม Output ได้ 16, 32 หรือแม้แต่ 128 ช่อง โดยใช้ขา Arduino แค่ 3 ขาเท่าเดิม... หล่อเท่เลยงานนี้!

ข้อมูล Frontmatter ดั้งเดิม 

title: "Shift Registers - Tutorial 1, Absolute Addressing"
description: "Tutorial 1, to promote and assist in implementing the ez_SIPO8_lib library - Absolute Addressing"
author: "ronbentley1"
category: "Lab Stuff"
tags:
  - "tutorials"
  - "sipo"
  - "74hc595"
  - "shift registers"
views: 774
likes: 0
price: 699
difficulty: "Easy"
components:
  - "8x LED (generic)"
  - "1x Arduino UNO"
  - "1x Shift Register- Serial to Parallel"
  - "1x Breadboard (generic)"
  - "8x Resistor 220 ohm"
  - "1x Jumper wires (generic)"
tools: []
apps:
  - "1x Arduino IDE"
downloadableFiles: []
documentationLinks: []
passwordHash: "54c4a91ab39e01694d4e225cf18b24853b2e0fdbbdec98366a7f2a1432d0d434"
encryptedPayload: "U2FsdGVkX1+OV1LGD5ZrP4gQq9KaSkOFILq5x2iM26IKDKNrbWQ1Q9Yglwgol/VHY5F6Xe41WZQp616JBD/olz+u1GJhS8gd+RHtedtcsVU="
seoDescription: "Learn Shift Registers with ez_SIPO8_lib library in Tutorial 1 focusing on Absolute Addressing for your Arduino projects."
videoLinks: []
heroImage: "https://cdn.jsdelivr.net/gh/bigboxthailand/arduino-assets@main/images/projects/shift-registers-tutorial-1-absolute-addressing-6d6adf_cover.jpg"
lang: "th"