ซีรีส์: From Blink to DMX — เส้นทางไฟกระพริบสู่ป้ายไฟ STM32

จากตอนที่ 1: “ไฟกระพริบคือสัญญาณเวลา”

ตอนที่ 2: “ไฟวิ่งคือการควบคุมลำดับ”

ตอนนี้: “ไฟที่หรี่ขึ้นลงได้ คือการควบคุมระดับพลังงาน”

ถ้าเข้าใจตอนนี้ได้ — คุณจะสามารถ “ออกแบบอารมณ์ของแสง” ได้ทุกแบบ ไม่ว่าจะเป็นไฟวิ่ง, fade, หรือไฟระเบิด

1. บทนำ — “จากจังหวะ...สู่ความนุ่มนวล”

เปิดด้วยภาพไฟค่อย ๆ สว่างขึ้นและค่อย ๆ ดับลง (fade in/out)

ถามผู้เรียนว่า

“ทำไมไฟนี้ดูนุ่มกว่าไฟที่แค่เปิด–ปิด?”

คำตอบ: เพราะเราควบคุม “ปริมาณพลังงานเฉลี่ย” ที่ส่งให้ LED ด้วย PWM

2. หลักการของ PWM — Pulse Width Modulation

PWM = การเปิด–ปิดสัญญาณความเร็วสูง เพื่อสร้างค่าเฉลี่ยของพลังงาน

2.1 ภาพกราฟพื้นฐาน

Duty Cycle 25% = หรี่

Duty Cycle 50% = กลาง

Duty Cycle 100% = สว่างเต็ม

ความถี่ของ PWM จะสูงจนตาเรามองไม่เห็นการกระพริบ (โดยทั่วไป > 1kHz)

2.2 PWM ไม่ได้เปลี่ยนแรงดัน แต่เปลี่ยน “เวลาที่เปิด”

MCU ไม่สามารถ “ปรับแรงดันได้โดยตรง” แต่ปรับ “ช่วงเวลาที่เปิดขา” แทน

ภาพอธิบาย:

MCU → Timer → PWM Generator → MOSFET → LED

3. PWM ใน STM32 — แสงที่ MCU ขับเองได้

STM32 มี Timer ที่สร้างสัญญาณ PWM ได้โดยไม่ต้องใช้ CPU

3.1 โครงสร้างของ Timer PWM

Timer Count → Compare → Output toggle

Duty cycle = (CCR / ARR) × 100%

ภาพแสดงโครงสร้าง TIMx_CHx

PWM คือผลของการ “จับจังหวะ” ระหว่าง Counter และ Compare

3.2 การเชื่อมต่อ

STM32 → ขา TIMx_CHx → LED / Driver

ใช้ hardware timer เพื่อสร้างสัญญาณไฟฟ้า

ปรับ CCRx เพื่อควบคุมความสว่าง

4. จาก PWM → แสงเคลื่อนไหว (Fade / Wave)

เมื่อเราเปลี่ยน Duty Cycle ตามเวลา — เราได้แสงที่เคลื่อนไหว

4.1 แนวคิด Fade

CCR เพิ่มจาก 0 → MAX → 0 (แบบ sine หรือ linear)

ใช้ Timer interrupt หรือ DMA เพื่อปรับค่าอัตโนมัติ

4.2 การสร้างรูปคลื่นของแสง

รูปคลื่น ความรู้สึก

Sine wave นุ่มนวล มีชีวิต

Triangle เป็นจังหวะ

Square ดุดัน เร็วแรง

Random อิสระ

ภาพเปรียบเทียบ waveform → light pattern

5. การใช้ DMA — ทำให้แสง “เคลื่อนไหวเอง”

DMA = Direct Memory Access = “ระบบส่งค่าความสว่างอัตโนมัติไปยัง Timer โดยไม่ใช้ CPU”

5.1 หลักการ

เตรียม array ของค่า PWM (duty cycle) เช่น [0, 10, 20, 30, …]

DMA จะส่งค่าเหล่านี้ไปยัง CCRx ทุกครั้งที่ Timer ถึงจังหวะ

แสงจึงเปลี่ยนความสว่างอัตโนมัติ

5.2 ผลลัพธ์

Fade ลื่นไหล

CPU ว่างไปทำงานอื่น (เช่น สื่อสาร หรือ DMX)

สามารถสร้าง “pattern ของแสงแบบ wave” ได้

ภาพแสดง flow:

Memory → DMA → Timer Compare → PWM Output

6. การผสมผสาน PWM หลายช่อง

ระบบไฟจริงมีหลายสี หลายช่อง (RGB, RGBW)

6.1 RGB PWM Concept

R, G, B แต่ละช่องมี PWM แยก

การรวมค่า duty cycle = การผสมสี

R=255, G=0, B=0 → สีแดง

R=255, G=255, B=0 → เหลือง

R=128, G=0, B=255 → ม่วง

ภาพ: Cube RGB ที่เปลี่ยนสีแบบ smooth

6.2 การซิงค์หลายช่องด้วย DMA

Timer หลัก sync PWM ทุก channel

DMA ควบคุม duty cycle ของแต่ละสีพร้อมกัน

ทำให้เกิด “animation ของสี” ที่นุ่มนวล

7. จากแสง 1 ดวง สู่ไฟ RGB หลายร้อยดวง

นี่คือพื้นฐานของการสร้างไฟ DMX fixture

ไฟ RGB 1 ดวง = 3 PWM

ไฟ RGB 100 ดวง = 300 PWM (ในระบบจริงใช้ driver IC หรือ WS2812)

ถ้าเข้าใจ PWM + DMA → คุณเข้าใจ “หัวใจของ WS2812 และ DMX” แล้ว

8. แนวคิดต่อยอด

แนวคิด การประยุกต์

PWM Linear หรี่ไฟธรรมดา

PWM Sine เอฟเฟกต์นุ่มนวล

DMA Waveform Motion Lighting

RGB PWM ระบบสี

DMA Matrix LED Display / DMX Pixel

9. Workshop (แนวคิดไม่ลงโค้ด)

แสงหรี่ขึ้นลงเอง (fade in/out)

ไฟ RGB ค่อย ๆ เปลี่ยนสีเป็นสีรุ้ง

สร้าง waveform ด้วย DMA แล้วปล่อยให้ MCU ทำงานอัตโนมัติ

ใช้เพียง 1 Timer + 1 DMA ก็สามารถสร้างแสงที่ดูเหมือน “มีชีวิต” ได้

“วันนี้เราไม่ได้แค่เปิดไฟ — เราสร้างชีวิตให้แสง”

ตอนหน้า…เราจะนำพลังของ PWM และ DMA ไปขับ LED ดิจิทัล (WS2812) เพื่อให้ไฟแต่ละดวงมีสมองของมันเอง — และนี่คือจุดเริ่มต้นของ “Smart Lighting”

สรุป Key Learning

หัวข้อ สิ่งที่เข้าใจ

PWM Concept การหรี่แสงด้วยการควบคุมเวลา

STM32 Timer เครื่องมือสร้างจังหวะไฟ

DMA ทำให้แสงเคลื่อนไหวอัตโนมัติ

RGB Mixing พื้นฐานของไฟสี

ต่อยอด DMX, WS2812, LED Panel

ซีรีส์: From Blink to DMX — เส้นทางไฟกระพริบสู่ป้ายไฟ STM32

“เมื่อไฟเริ่มเต้นตามจังหวะ”

“ไฟทั้งหมดนี้เกิดจากอะไร?”

คำตอบคือ “เวลาและลำดับ”

ทุกไฟที่วิ่ง ล้วนเกิดจากการ จัดลำดับการเปลี่ยนสถานะ ของหลาย ๆ ขา (GPIO) ตามเวลาที่ออกแบบไว้

นี่คือ “ศิลปะของ Timing” ที่เราจะใช้ต่อยอดไปยังทุกระบบไฟ

2. จากไฟกระพริบ → ไฟวิ่ง

เริ่มด้วยแนวคิด "Parallel Output Control"

2.1 หลักคิดของไฟวิ่ง (Running Light Logic)

ไฟแต่ละดวงคือ Bit หนึ่งในชุดข้อมูล (เช่น 8-bit pattern)

เมื่อเราขยับ “บิตที่ติดอยู่” จากซ้ายไปขวา = ไฟวิ่ง

ยกตัวอย่าง Pattern 8 ดวง:

00000001

00000010

00000100

00001000

00010000

00100000

01000000

10000000

แสดงภาพ Animation เพื่อให้เห็นลำดับ

จุดสำคัญคือ — “ทุก pattern คือข้อมูล”

นั่นหมายความว่าไฟกระพริบคือการ แสดงข้อมูลออกมาด้วยแสง

2.2 การเก็บ Pattern ในหน่วยความจำ

อธิบายแนวคิด “Array ของ pattern”

ตัวอย่างเช่น (ไม่ต้องลงโค้ด):

uint8_t pattern[] = {0b00000001, 0b00000010, ...};

นี่คือพื้นฐานของการสร้างเอฟเฟกต์แบบโปรแกรมได้ (Lighting Sequence)

2.3 การสั่งจังหวะ

ถ้าเราใช้ delay → จะได้ไฟวิ่งธรรมดา

ถ้าใช้ Timer Interrupt → เราสามารถ “สั่งหลายชุดพร้อมกัน”

ภาพอธิบายว่า MCU ใช้ Timer เป็น “เครื่องกำหนดจังหวะหลัก”

Timer 1 = ไฟวิ่งหลัก

Timer 2 = การกระพริบเสริม

Timer 3 = เอฟเฟกต์เฉพาะจังหวะ

นี่คือจุดเริ่มต้นของ “Lighting Timeline Engine”

3. การสร้างจังหวะและความรู้สึกของแสง

ไฟที่ดีไม่ใช่แค่กระพริบเร็ว–ช้า แต่ต้อง “เต้นเป็นจังหวะ”

3.1 ความสัมพันธ์ของเวลาและอารมณ์

ความถี่ไฟกระพริบ ความรู้สึกที่เกิดขึ้น

0.5 – 1 Hz ผ่อนคลาย, จังหวะสบาย ๆ

2 – 5 Hz เร้าใจ, มีพลัง

8 – 12 Hz ตื่นเต้น, รุนแรง (ใช้ในคอนเสิร์ต)

นำเสนอผ่านกราฟ + ตัวอย่างแสงจริง

3.2 การซิงค์กับดนตรี

แนวคิดการ “อ่านจังหวะเพลง” แล้วขับไฟตาม beat (Beat detection)

ปูแนวคิดไปยังตอนต่อไปที่จะเชื่อมกับ ADC และ Signal Processing

“ในโลกจริง แสงไม่ได้ถูกสั่งแค่จากโค้ด แต่จากจังหวะของเสียงและอารมณ์”

4. Hardware ที่อยู่เบื้องหลังไฟวิ่ง

4.1 ขยายจาก GPIO ไปสู่การขับโหลดจริง

จาก LED บนบอร์ด → LED ภายนอก

ใช้ Transistor / MOSFET / Driver IC (ULN2003, TPIC6B595 ฯลฯ)

ภาพวงจรตัวอย่าง: STM32 → MOSFET → LED bar

4.2 การป้องกันโหลดและแหล่งจ่ายไฟ

พูดถึงเรื่อง Power supply

การแยกกราวด์, Flyback diode ถ้าเป็นโหลดเหนี่ยวนำ

ปูแนวคิด “ระบบไฟเวทีต้องทน”

5. การออกแบบ Pattern ที่น่าสนใจ

"จังหวะของแสง" = "การเล่าเรื่องด้วยไฟ"

5.1 รูปแบบพื้นฐาน

Chase (วิ่ง)

Ping-Pong (วิ่งไป–กลับ)

Fade In/Out (PWM)

Random Blink (สุ่มแบบมีศิลป์)

5.2 การสร้าง Pattern หลายชั้น (Layering)

Layer 1 = Pattern หลัก (Chase)

Layer 2 = Effect Overlay (Pulse, Fade)

Layer 3 = Trigger จากปุ่ม / Sensor

“นี่คือแนวคิดของ Lighting Engine ที่มืออาชีพใช้”

6. แนวคิดขยายผล — สู่ระบบ DMX และ LED Matrix

ไฟวิ่งบน 8 ดวง = Pattern 8 Bit

แต่ไฟ 512 ดวง = Pattern 512 Channel (DMX 1 Universe)

ความเข้าใจ Pattern และ Timing ตอนนี้

→ คือก้าวแรกสู่การ Mapping DMX

“วันนี้เราควบคุมไฟ 8 ดวงได้ พรุ่งนี้เราจะควบคุมไฟ 8,000 ดวงด้วยหลักการเดียวกัน”

สรุป Key Learning

หัวข้อ สิ่งที่ได้เรียนรู้

Logic ของไฟวิ่ง การจัดลำดับบิตและเวลา

Timer Concept สร้างจังหวะแบบไม่ blocking

Hardware Driver ขยายสัญญาณออกสู่โลกจริง

Pattern Design สร้างเอฟเฟกต์ที่มีอารมณ์

Vision การต่อยอดสู่ระบบ DMX / Matrix

“ตอนหน้า เราจะเปลี่ยนไฟที่วิ่งให้มีชีวิต

ด้วยการควบคุมความสว่างแบบต่อเนื่อง (PWM) และการใช้ DMA ของ STM32 เพื่อสร้างไฟที่หรี่ขึ้นลงได้อย่างนุ่มนวล — เหมือนแสงจริงในโลกเวที”

เข้าใจ “หลักการเบื้องหลังไฟกระพริบ”

และมองเห็นว่าไฟ 1 ดวงสามารถต่อยอดเป็นระบบไฟขนาดใหญ่ได้อย่างไร

โดยไม่จำเป็นต้องเขียนโปรแกรมมาก — แต่เข้าใจ “กลไกที่อยู่เบื้องหลังแสง”

โครงสร้างคอนเทนต์ตอนที่ 1

1. บทนำ — ไฟกระพริบคือจุดเริ่มต้นของทุกอย่าง

เริ่มด้วยคำถามชวนคิด:

“ไฟ 1 ดวงกระพริบ มีความหมายแค่ไหนในโลกวิศวกรรม?”

อธิบายว่าไฟกระพริบ = สัญลักษณ์ของชีวิตในระบบอิเล็กทรอนิกส์

มันคือ “heartbeat” ของวงจร

ใช้ตรวจชีพจร MCU (boot, alive, error, signal)

คือระบบ logic + timing ที่จับต้องได้

เชื่อมโยงกับสิ่งที่ใหญ่กว่า:

จากไฟ 1 ดวง → แถบไฟ LED → ระบบแสงเวที → ป้าย LED Billboard → ระบบ DMX

2. แนวคิดพื้นฐานของการ “ทำให้ไฟกระพริบ”

ไม่ใช่การ “เขียนโค้ด delay()” — แต่คือ “การควบคุมเวลาและพลังงาน”

2.1 วงจรพื้นฐานของ LED

ไฟ LED ไม่ใช่แค่หลอดไฟ แต่คือ อุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นแสง

อธิบาย โครงสร้างไฟ LED (ไดโอด → ขั้ว Anode/Cathode → แรงดันตกคร่อม Vf)

แสดงภาพกราฟ I–V (current–voltage curve)

หลักคิด “ถ้าไม่มีตัวต้านทาน ไฟก็พัง” — นำสู่ concept “การควบคุมกระแส”

2.2 การควบคุมไฟด้วยสวิตช์ไฟฟ้า

อธิบายด้วยภาพว่า MCU คือ “สมองที่สั่งสวิตช์”

สวิตช์จริงมี 3 แบบหลัก:

Manual Switch → คนกด

Transistor / MOSFET → อิเล็กทรอนิกส์กดแทน

Digital Output (GPIO) → MCU กดตามสัญญาณ logic

2.3 สัญญาณดิจิทัลคืออะไร

อธิบาย High / Low = 1 / 0

Pulse Train คือหัวใจของ “ไฟกระพริบ”

ภาพ waveform: On 500 ms / Off 500 ms = 1 Hz

นำเข้าสู่แนวคิด “Timing คือศิลปะของแสง”

3. การควบคุมเวลา — หัวใจของการกระพริบ

“เวลา” คือทรัพยากรสำคัญที่สุดในระบบไมโครคอนโทรลเลอร์

3.1 Delay vs Timer

อธิบายความต่างของ delay() (blocking) และ Timer (non-blocking)

ยกตัวอย่าง:

delay() = “รอเฉย ๆ”

timer interrupt = “ตั้งนาฬิกา แล้วให้มันเตือนเมื่อถึงเวลา”

ภาพเปรียบเทียบ 2 แบบนี้

3.2 สัญญาณ PWM — การสร้างแสงที่ “ไม่แค่เปิด–ปิด”

แนะนำแนวคิด PWM (Pulse Width Modulation)

duty cycle 25%, 50%, 75%, 100%

กราฟ waveform + ภาพ LED หรี่แสง

วางพื้นฐานให้ตอนต่อไป (ตอน 3)

4. STM32 กับการควบคุม LED

“ไฟกระพริบไม่ใช่โค้ด แต่คือฮาร์ดแวร์ที่เต้นตามเวลา”

4.1 GPIO Output

แสดงโครงสร้าง pin STM32 → Port → Register

concept “เปิดขาให้เป็น output แล้วเขียน logic ลงไป”

ภาพ block diagram: CPU → GPIO driver → LED

4.2 การใช้ Timer ของ STM32

ยกตัวอย่าง TIM2, TIM3

แสดงแนวคิด prescaler / ARR / interrupt

ภาพโฟลว์:

Timer นับ →

ถึงค่า reload →

Trigger event →

Toggle LED

4.3 ความแม่นยำและการต่อยอด

ความถี่กระพริบ 1 Hz ของ MCU อาจไม่เท่ากับของ DMX เพราะ DMX ต้อง precise timing

นำเข้าสู่แนวคิด “Precision Timing”

5. จากไฟ 1 ดวง สู่ไฟล้านดวง

ปิดตอนด้วยภาพใหญ่ — แสดงเส้นทางการต่อยอด

5.1 Scaling Up

LED 1 ดวง = 1 output

8 ดวง = 8 bits (parallel)

100 ดวง = multiplexing

1000 ดวง = shift register / serial driver

10000+ ดวง = pixel mapping + DMA + network

5.2 เส้นทางพัฒนา

ระดับ เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง

Beginner GPIO, delay, PWM

Intermediate DMA, Timer, WS2812

Advanced HUB75, DMX512, Art-Net

Pro LED Controller, Sync System

5.3 แรงบันดาลใจ

“ไฟ 1 ดวงที่กระพริบวันนี้ คือจุดเริ่มต้นของระบบไฟเวทีระดับโลกในวันหน้า”

สรุป Key Learning

หัวข้อ สิ่งที่ผู้เรียนได้

หลักการไฟกระพริบ เข้าใจ logic, timing, และการควบคุมพลังงาน

GPIO ของ STM32 เห็นภาพโครงสร้างการสั่งขา

Timer & Interrupt เข้าใจการสร้างจังหวะโดยไม่ใช้ delay

วิวัฒนาการ จาก LED หนึ่งดวง → ระบบไฟขนาดใหญ่

“ตอนหน้า — เราจะเปลี่ยนไฟกระพริบธรรมดาให้กลายเป็นแสงที่เคลื่อนไหวอย่างมีจังหวะ

รู้จักกับ Timer Interrupt และการสร้าง Pattern แบบมืออาชีพ”