ตอนที่ 3 วงจรไฟกระพริบ (Stm32)

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