บทเรียน 6.3 — อ่านแผนผังวงจร

เป้าหมาย

เมื่อจบบทเรียนนี้ คุณจะ

1. ระบุสัญลักษณ์ของชิ้นส่วนพื้นฐานและชื่อสัญญาณบนแผนผังวงจรได้
2. ตามสัญญาณหนึ่งเส้นจากขาของไมโครคอนโทรลเลอร์ไปถึงหลอด LED หรือปุ่มบนแผนผังของบอร์ดได้

ก่อนเริ่ม

• แผนผังวงจร (schematic) ของบอร์ดที่คุณใช้ ถ้าไม่มีจริงเลย แนวคิดและฝึกเติมทำได้ด้วยแผนผังตัวอย่างในบทเรียน
• TESAIoT Dev Kit ที่ flash QWA309 Potentiometer Monitor และ Header I/O Test, มัลติมิเตอร์, logic analyzer

ดูของจริงก่อน

เอกสารสาธารณะสองชิ้นพูดถึงลูกบิดตัวเดียวกันไม่ตรงกัน

• README ของตัวอย่าง Potentiometer Monitor: VR1 = P15.5, VR2 = P15.4
• README ของ overlay บอร์ด QWA309 ใน SDK: "PCBA silkscreen swaps VR1↔VR2; schematic is authoritative (VR1=P15.4)"

ทั้งสองเอกสาร ตรงกันเรื่องชื่อขาของชิป และไม่ตรงกันเฉพาะ ชื่อที่คนตั้ง — คำถามนี้ตอบด้วยการอ่านแผนผังและวัด ไม่ใช่เลือกเชื่อเอกสารที่ดูน่าเชื่อกว่า

แนวคิด (1) — สัญลักษณ์และรหัสชิ้นส่วน

แนวคิด (2) — รหัสอ้างอิงและการเขียนค่า

4k7 = 4.7 kΩ    2R2 = 2.2 Ω    1M0 = 1.0 MΩ    100n = 100 nF
รหัสตัวต้านทานชิป: "103" = 10×10³ = 10 kΩ   "472" = 4.7 kΩ

แนวคิด (3) — net, ชื่อสัญญาณ และหลายหน้า

net คือกลุ่มของจุดที่ต่อถึงกันทางไฟฟ้า

• เส้นตัดกันเป็นรูปตัว T มี จุดดำ (junction dot) = ต่อกัน · กากบาทไม่มีจุด = ไม่ต่อกัน
• ป้ายชื่อ (net label) จุดที่มีชื่อเดียวกันคือ net เดียวกัน แม้ไม่มีเส้นลากถึงกัน — ใช้ข้ามหน้ากระดาษ
• ทุกสัญลักษณ์ "3V3" หรือกราวด์ทั่วแผนผัง คือ net เดียวกัน

ชื่อสัญญาณที่บอกความหมาย เช่น P13.3_GPIO_PWM5+_3V3 = ขา | หน้าที่ | โดเมนแรงดัน

สัญญาณ active-low มีเครื่องหมายกำกับ เช่น _N, /, ขึ้นต้นด้วย n, # → RESET_N, /CS, nWP

แนวคิด (4) — ตามสัญญาณ และเมื่อเอกสารไม่ตรงกับบอร์ด

ขั้นตอนตามสัญญาณ
1. หาสัญลักษณ์ MCU แล้วหาขาที่สนใจ
2. ตามเส้นจนเจอชิ้นส่วนหรือป้ายชื่อ ถ้าเจอป้ายชื่อ ค้นหาชื่อเดียวกันในทุกหน้า
3. จดรหัสอ้างอิง ค่า และทิศทางของทุกชิ้นส่วนที่ผ่าน
4. ตามจนถึงปลายทาง (มักเป็นไฟเลี้ยงหรือกราวด์) แล้วสรุปเป็นประโยค

เมื่อป้ายบนแผ่นวงจร (silkscreen) ไม่ตรงกับแผนผัง แผนผังคือเอกสารที่ใช้สร้างแผ่นวงจร จึงมักเชื่อถือได้มากกว่า แต่ก็เป็นเอกสารที่คนเขียนและอาจผิดได้ — ข้อสรุปสุดท้ายต้องมาจากการวัด

ตัวอย่างสมบูรณ์ — LED1 และ SW3

LED1

หน้า 1: IO1 → R12 (1kΩ) → ป้าย LED1
หน้า 2: ป้าย LED1 → D5 (แอโนดทางป้าย แคโทดทางกราวด์) → GND
สรุป: IO1=1 → กระแสไหล → LED ติด = active-high
กระแส: (3.3−2.0)/1kΩ = 1.3 mA

SW3

หน้า 1: IO2 → ป้าย BTN_N ตรง ๆ ไม่มีตัวต้านทานคั่น
หน้า 2: ป้าย BTN_N → R40 (10kΩ) ขึ้น 3V3 และ SW3 ลงกราวด์
สรุป: ปล่อย=1(R40 ดึงขึ้น) กด=0(ลงกราวด์) = active-low ตรงกับ _N
กระแสตอนกด: 3.3/10kΩ = 0.33 mA

ฝึกเติม / แล็บ

ฝึกเติม

1. แปลค่า 4k7, 2R2, 100n, 1u0 และรหัสชิป "103" และ "4701"
2. เส้นแนวนอนกับแนวตั้งตัดกันเป็นกากบาท ไม่มีจุดดำ สองเส้นนี้ต่อกันไหม ถ้าเป็นตัว T มีจุดดำล่ะ

แล็บ ส่วน A (ถ้ามีแผนผังจริง) ตามสัญญาณของ LED และปุ่มผู้ใช้หนึ่งดวง/ปุ่ม จดรหัสอ้างอิงและค่าทุกชิ้นที่ผ่าน สรุป active-high/low แล้วเทียบกับ SDK

แล็บ ส่วน B (TESAIoT Dev Kit) หมุนลูกบิดที่ป้าย VR1 บนแผ่นวงจร ดูว่าการ์ดที่ขยับแสดงขาอะไร เทียบป้ายบนแผ่นวงจร โค้ดตัวอย่าง และคำอธิบายใน SDK

เช็กความเข้าใจ

1. ค่าตัวต้านทานบนแผนผังเขียนว่า 4k7 หมายถึงเท่าไร

   • ก) 47 kΩ · ข) 4.7 kΩ · ค) 470 Ω · ง) 4.7 Ω

2. บนแผนผัง เส้นสองเส้นตัดกันเป็นรูปกากบาทโดยไม่มีจุดดำ หมายความว่าอะไร

   • ก) สองเส้นต่อกัน · ข) สองเส้นไม่ต่อกัน · ค) ต่อกันเฉพาะในหน้าเดียวกัน · ง) ต้องเปิดรายการชิ้นส่วนดู

3. ป้ายบนแผ่นวงจรกับแผนผังบอกตำแหน่งขาไม่ตรงกัน ควรทำอย่างไร

   • ก) เชื่อป้ายบนแผ่นวงจร เพราะเห็นกับตา · ข) ถือแผนผังเป็นหลักไว้ก่อน แล้วยืนยันด้วยการวัด · ค) เลือกเอกสารที่ใหม่กว่าโดยไม่ต้องวัด · ง) หยุดใช้บอร์ดนั้น

ไปต่อ

บทเรียนสุดท้ายของหลักสูตร พื้นฐาน PCB และ EMC จะพาจากแผนผังไปสู่แผ่นวงจรจริง ว่าตำแหน่งของตัวเก็บประจุและรูปร่างของลายวงจรมีผลกับสัญญาณรบกวนอย่างไร