สวัสดีเพื่อนๆ ชาว Maker, นักอิเล็กทรอนิกส์ และสายหาทำทุกคนครับ! 🔬📉 เวลาที่เราต้องการตรวจวัดคลื่นสัญญาณในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น สัญญาณ PWM, โปรโตคอล UART, I2C หรือสัญญาณอนาล็อกความถี่ต่ำ เครื่องมือวัดพื้นฐานที่ขาดไม่ได้เลยก็คือ **ออสซิลโลสโคป (Oscilloscope)** ใช่ไหมครับ? แต่เครื่องสโคปตั้งโต๊ะแบรนด์ดังราคาเริ่มต้นก็มักจะหลักพันปลายๆ ถึงหลักหมื่นเลยทีเดียว!

ช่องสายฮาร์ดแวร์อย่าง **[BTTLab]** เลยเปิดตัวซีรีส์โปรเจกต์สอนสร้าง **DIY STM32 Oscilloscope** แบบ 1 ช่องสัญญาณ (1 Channel) โดยใช้เพียงบอร์ดพัฒนา **NUCLEO-F207ZG (ชิป STM32F207)** ดึงเอาโมดูลดักจับสัญญาณอนาล็อก (ADC) ในตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ มาสร้างเป็นเครื่องสโคปขนาดจิ๋วที่ดักจับคลื่นสัญญาณได้อย่างน่าทึ่งครับ!

สเปกและความสามารถของสโคป STM32F207 ⚙️📊

ถึงแม้ว่าโมดูล ADC ภายในไมโครคอนโทรลเลอร์ จะไม่สามารถเทียบชั้นกับชิป ADC เฉพาะทางร่วมกับชิปประมวลผล FPGA ของเครื่องสโคปตั้งโต๊ะราคาแพงอย่าง Rigol DS1054Z (ที่ทำความเร็วได้ถึง 1 GSPS) ได้ แต่สเปกของ STM32F207 ก็ไม่ธรรมดาเลยครับ:

• ความเร็วการสุ่มสัญญาณ (Sampling Rate): ทำความเร็วได้สูงถึง **2 MSPS** (2 ล้านตัวอย่างต่อวินาที) ที่ความละเอียด **12-bit ADC**
• เพียงพอสำหรับงานพื้นฐาน: ความเร็วระดับ 2 MSPS ถือว่าเพียงพอและครอบคลุมการตรวจสอบคลื่นสัญญาณความถี่ต่ำ การดีบักโปรโตคอลการสื่อสาร หรือการวัดรูปคลื่นในวงจรทั่วไปได้อย่างสบายๆ
• การพัฒนาระบบด้วย ST HAL: เขียนเฟิร์มแวร์ด้วยไลบรารีมาตรฐาน ST Hardware Abstraction Layer (HAL) ทำให้สามารถพอร์ตโครงสร้างโค้ดไปลองใช้งานกับบอร์ดตระกูล STM32 รุ่นอื่นๆ ได้สะดวก
• ระบบ Trigger ดักจับคลื่น: มีระบบตั้งค่า Trigger สภาพแวดล้อมเพื่อล็อกรูปคลื่นสัญญาณบนหน้าจอให้นิ่งและอ่านค่าง่ายขึ้น

หัวใจสำคัญ: วงจรหน้าบ้าน Analog Front-End (AFE) ป้องกันบอร์ดพัง! 🛡️⚡

สิ่งที่คุณ BTTLab เน้นย้ำเป็นพิเศษในโปรเจกต์นี้คือ **วงจรป้องกันหน้าบ้าน (Front-End Protection)** เพราะขาอ่านสัญญาณ ADC ของชิป STM32 รองรับแรงดันไฟจำกัดอยู่ในช่วง **0 ถึง 3.3V** เท่านั้น! หากคุณป้อนแรงดันไฟที่สูงกว่า 3.3V หรือป้อนไฟกระแสสลับ (AC) ที่มีแรงดันเป็นลบเข้าไปตรงๆ ชิป STM32 จะเกิดควันโขมงพังเสียหายทันที!

ดังนั้น ก่อนที่สัญญาณจะวิ่งเข้าขา ADC ของ STM32 จะต้องผ่านวงจรลดทอนแรงดัน (Attenuator) และวงจรจำกัดแรงดันเกิน (Voltage Clipper) เพื่อปรับระดับสัญญาณให้อยู่ในช่วงปลอดภัยเสมอครับ

รูปภาพวงจร Analog Front-End และคลิปวิดีโอสาธิตฉบับเต็ม 📸🎬

วงจร Analog Front-End ป้องกันแรงดันเกินและปรับระดับสัญญาณก่อนเข้าขา ADC ของ STM32

---

คลิปวิดีโอสอนสร้าง DIY STM32 Oscilloscope (Part 1) โดย BTTLab 🎬

---

ตัวอย่างโครงสร้างการตั้งค่า ADC และ DMA ผ่าน ST HAL (ภาษา C) 💻

โครงสร้างเบื้องต้นในการสั่งให้ ADC1 ทำงานร่วมกับ DMA ในการดักจับสัญญาณที่ความเร็วสูง:

// [C Language] ตัวอย่างการตั้งค่าสั่งเริ่มอ่านค่า ADC ด้วย DMA บน STM32F207 (ST HAL)
#include "stm32f2xx_hal.h"

#define ADC_BUFFER_SIZE 1024
uint16_t adc_buffer[ADC_BUFFER_SIZE];
extern ADC_HandleTypeDef hadc1;

void Start_Oscilloscope_Sampling(void) {
    // สั่งเริ่มอ่านค่า ADC1 เข้าไปเก็บใน adc_buffer แบบเรียลไทม์ผ่าน DMA
    if (HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buffer, ADC_BUFFER_SIZE) != HAL_OK) {
        // จัดการกรณีเกิดข้อผิดพลาด Error Handler
        Error_Handler();
    }
}

// Callback เมื่อ DMA อ่านข้อมูลจนเต็มบัฟเฟอร์ 1024 ตัวอย่าง
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    if (hadc->Instance == ADC1) {
        // นำข้อมูลใน adc_buffer ไปประมวลผลคำนวณหาระดับแรงดัน และวาดกราฟลงบนหน้าจอ
        Process_Oscilloscope_Trigger(adc_buffer, ADC_BUFFER_SIZE);
    }
}

Copy Code