GPIO & UART

General Purpose Input/Output (GPIO) และ UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) บน ATmega328P ที่ใช้ใน Arduino UNO R3 โดยสรุปได้ดังนี้:

---

GPIO

(General Purpose Input/Output)

พื้นฐาน GPIO

• GPIO ใช้ควบคุม Input/Output (I/O) บนไมโครคอนโทรลเลอร์
• มี Digital I/O Pins 14 และ Analog Input Pins 6
• สนับสนุนการทำงาน PWM (Pulse Width Modulation) 6 ช่อง
• มี Pull-up Resistors ภายในที่ช่วยลดอุปกรณ์ภายนอก

การใช้งาน GPIO

• ใช้ Register DDRx กำหนดทิศทางของพิน (Input หรือ Output)
  • DDRx = 0xFF; → กำหนดเป็น Output
  • DDRx = 0x00; → กำหนดเป็น Input
• ใช้ Register PORTx ควบคุมสถานะ Output
  • PORTx = 0xFF; → กำหนดให้ทุกพินเป็น HIGH (1)
  • PORTx = 0x00; → กำหนดให้ทุกพินเป็น LOW (0)
• ใช้ Register PINx อ่านค่าจากพิน Input
  • value = PINB; → อ่านค่าจาก PORTB

ตัวอย่างการใช้งาน GPIO

ตัวอย่างที่ 1

ไฟกระพริบ 8 ดวง (Blink LED)

void setup() {
  DDRD = 0xFF;  // ตั้ง PORT D เป็น Output
}

void loop() {
  PORTD = 0x0F;  // LED ครึ่งหนึ่งติด
  delay(1000);
  PORTD = 0xF0;  // LED อีกครึ่งหนึ่งติด
  delay(1000);
}

ตัวอย่างที่ 2

อ่านค่าปุ่มกดแล้วแสดงผลผ่าน Serial Monitor

const int buttonPin = 9;
int buttonState = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop() {
  buttonState = digitalRead(buttonPin);
  Serial.println(buttonState);
}

ตัวอย่างที่ 3

อ่านค่าปุ่มกดแล้วแสดงผลที่ LED

const int buttonPin = 9;
const int ledPin = 1;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop() {
  int buttonState = digitalRead(buttonPin);
  digitalWrite(ledPin, buttonState);
}

---

UART

(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

พื้นฐาน UART

• ใช้สื่อสารข้อมูลแบบ อนุกรม (Serial Communication)
• ใช้ 2 เส้นสัญญาณ คือ Tx (Transmit) และ Rx (Receive)
• ไม่ต้องใช้ Clock Signal ในการสื่อสาร
• มีระบบ Parity Bit เพื่อตรวจสอบข้อผิดพลาด

ข้อดีและข้อเสียของ UART

✅ ข้อดี

• ใช้สายเพียง 2 เส้น (Tx, Rx)
• ตรวจสอบข้อผิดพลาดด้วย Parity Bit
• เป็นมาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

❌ ข้อเสีย

• จำกัดขนาดข้อมูลที่ส่งได้ 9 บิต
• ไม่รองรับ การสื่อสารแบบหลายอุปกรณ์ (Multi-Master/Slave)
• อัตราการส่งข้อมูล (Baud Rate) ของผู้รับและผู้ส่งต้องไม่แตกต่างกันเกิน 10%

รูปแบบ UART

รูปแบบแพ็กเก็ตข้อมูลของ UART

• Start Bit (1 บิต) → บอกจุดเริ่มต้นของข้อมูล (ค่า 0)
• Data Bits (5-9 บิต) → ข้อมูลที่ส่ง
• Parity Bit (1 บิต, ไม่บังคับ) → ตรวจสอบข้อผิดพลาด
• Stop Bit (1-2 บิต) → บอกจุดสิ้นสุดของข้อมูล (ค่า 1)
• Idle State → ไม่มีการส่งข้อมูล (ค่า 1)

การใช้งาน UART

การใช้งาน UART บน Arduino

ตัวอย่างที่ 4

การส่งข้อมูลผ่าน UART

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.print("Message 1");
  Serial.println("Message 2");
  delay(1000);
}

ตัวอย่างที่ 5

การรับข้อมูลผ่าน UART

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    receivedString = Serial.readString();
    Serial.print("Incoming message: ");
    Serial.println(receivedString);
  }
  delay(100);
}

การใช้ SoftwareSerial

การใช้ SoftwareSerial จำลอง UART บนพินอื่น

• เนื่องจาก Arduino Uno มี 1 พอร์ต UART (Hardware UART) จึงสามารถใช้ SoftwareSerial เพิ่มพอร์ตอนุกรมเสมือนได้

ตัวอย่าง SoftwareSerial

#include <SoftwareSerial.h>SoftwareSerial UART0(2, 3); // RX, TX

void setup() {
  UART0.begin(9600);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  UART0.print("Hello via SoftwareSerial");
  Serial.println("Message Sent");
  delay(1000);
}

---

สรุป

• GPIO ใช้ควบคุม Input/Output ของไมโครคอนโทรลเลอร์ มี Register DDRx, PORTx, และ PINx สำหรับกำหนดสถานะของพิน
• UART ใช้สำหรับการสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรมผ่าน Tx/Rx รองรับ Hardware UART และ SoftwareSerial
• สามารถใช้ SoftwareSerial จำลอง UART บนพินอื่นได้ ในกรณีที่ต้องการใช้งานหลายพอร์ต