สร้างบอร์ด CH32V003 ไซส์ Arduino Nano ชิป RISC-V ราคา 70 บาท!

ฮายยยยชาว Maker! ทุกคนรู้ดีว่าบอร์ดตระกูล Arduino นั้นคือไอเทมประจำตัวของพวกเรา 💙 แต่ถ้าเราบอกว่ามีชิปไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ประมวลผลเร็วกว่า Arduino Uno แถมราคาค่าตัวตกอยู่ที่แค่ชิ้นละ 3-4 บาท (ประมาณ $0.10) ซื้อลูกอมยังแพงกว่า! คุณจะเชื่อไหมครับ?

ขอแนะนำให้รู้จักกับ CH32V003F4P6 ชิปสถาปัตยกรรม RISC-V 32-bit โคตรตึงจากค่าย WCH! และวันนี้เราจะพาไปดูโปรเจกต์ของคุณ Sainisagar ที่นำชิปตัวนี้มาออกแบบแผ่นวงจร (PCB) ใหม่ทั้งหมด ให้อยู่ในร่างของ Arduino Nano เพื่อให้เราสามารถเอาไปเสียบสายไฟบน Breadboard ทดลองโปรเจกต์ได้แบบฟินๆ ในงบที่ถูกแสนถูกครับ!

CH32V003 คืออะไร? ทำไมถึงน่าสนใจ?

ต่างจากชิปตระกูล ARM Cortex-M ทั่วไป เจ้า CH32V003 ใช้สถาปัตยกรรมแบบเปิด QingKe RISC-V2A ครับ ความเจ๋งคือมันมาในแพ็กเกจ TSSOP-20 ที่มีขนาดเล็ก แต่ยังพอจะใช้หัวแร้งบัดกรีด้วยมือไหว (Hand-solderable) สเปกคร่าวๆ คือ:

• ความเร็ว (Clock Speed): 48MHz (เร็วกว่า ATmega328P ใน Arduino Uno ซะอีก!)
• หน่วยความจำ: 16KB Flash และ 2KB SRAM
• การเชื่อมต่อ: I2C, SPI, USART, 10-bit ADC 8 ช่อง, Timers และ Op-amp ในตัว
• การโปรแกรม: ใช้สายสัญญาณเส้นเดียวที่เรียกว่า SWIO (ขา PD1) ผ่านโปรแกรมเมอร์ WCH-LinkE

บนบอร์ดนี้ใส่อะไรมาให้บ้าง? (Components & Schematic)

เป้าหมายของโปรเจกต์นี้คือการทำบอร์ดแบบ Minimal, ราคาถูก และ Open-source ที่ใครๆ ก็ทำตามได้ เขาเลยใส่ชิ้นส่วนที่ทำให้ใช้งานง่ายขึ้นเหมือนซื้อ Arduino เลยครับ:

• พอร์ต USB-C: สำหรับจ่ายไฟและสื่อสารผ่านชิปแปลงสัญญาณ CH340C (ไม่ต้องหาตัวแปลงมาต่อแยก)
• LDO Regulator: ใช้เบอร์ HT7833 เพื่อแปลงไฟ 5V เป็น 3.3V ให้บอร์ดทำงานเสถียรๆ
• ตัวเก็บประจุ (Capacitors) และ Crystal 24MHz: อัดแน่นมาให้ครบเพื่อความนิ่งของสัญญาณ
• ไฟ LED: มีไฟแจ้งเตือนสถานะ TX, RX และไฟใช้งานทั่วไปอีก 2 ดวง
• ขา Header: ดึงขา GPIO ทั้งหมดออกมาเป็นระยะพิตช์ 2.54mm (เท่ากันกับขาอุปกรณ์บ้านหม้อทั่วไป) เสียบลง Breadboard ได้ทันที

ผังวงจร (Schematic) ที่ออกแบบมาอย่างสมบูรณ์แบบ

ลายวงจร PCB 2 เลเยอร์ ที่ออกแบบใน EasyEDA สั่งผลิตกับ JLCPCB ในราคาโปรโมชั่นแค่ 70 กว่าบาท ($2)

การบัดกรีอุปกรณ์ SMD ขนาด 0402 ถือเป็นงานที่ท้าทายสุดๆ สำหรับสายบัดกรีมือ!

ใช้ตัวโปรแกรมเมอร์ WCH-LinkE ต่อผ่านขา 3V3, SWIO และ GND แค่ 3 เส้น

หน้าตาของโปรแกรม MounRiver Studio IDE สำหรับเขียนโค้ด

ทดสอบต่อใช้งานบอร์ดบน Breadboard

ซอฟต์แวร์และการเขียนโค้ด (Software Environment)

บอร์ดนี้เราจะไม่ใช้ Arduino IDE ในการเขียนนะครับ แต่จะใช้โปรแกรมฟรีที่ชื่อว่า MounRiver Studio (มีเบสมาจาก Eclipse) ซึ่งเขาตั้งค่า RISC-V GCC compiler มาให้พร้อมใช้งานแล้ว การเขียนโค้ดจะเป็นภาษา C ที่เรียกใช้ Peripheral library (คล้ายๆ ของ STM32) และอย่าลืมว่าต้องมีตัวเบิร์นโปรแกรม WCH-LinkE ด้วยนะ ซึ่งแยกขายในราคาประมาณ 170-180 บาท ($5) ครับ

#include "debug.h"

void GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};
    /* Enable GPIOC clock */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    
    /* PC3 as push-pull output */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_30MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    
    /* LED OFF initially */
    GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_3);
}

int main(void)
{
    SystemCoreClockUpdate();
    Delay_Init();
    GPIO_Config();
    
    while(1)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_3);   // LED ON
        Delay_Ms(500);
        GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_3); // LED OFF
        Delay_Ms(500);
    }
}