ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล ( Digital Communication Systems Experimental Set )

นายไกรศร สาริขา นายสราวุธ เหมะธุลิน

ปริญญานิพนธนี้เปนสวนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตร ครุศาสตรอุตสาหกรรมบัณฑิต

ภาควิชาครุศาสตรไฟฟา คณะครุศาสตรอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ

พ.ศ. 2546

ใบรับรองปริญญานิพนธ ภาควชิาครุศาสตรไฟฟา คณะครุศาสตรอุตสาหกรรม

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ

เร่ือง ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจติอล (Digital Communication Systems

Experimental Set)

โดย นายไกรศร สาริขา นายสราวุธ เหมะธุลิน

ปริญญานิพนธนี้เปนสวนหนึ่งของการศึกษา ตามหลักสูตรครุศาสตรอุตสาหกรรมบัณฑติ สาขาวิศวกรรมไฟฟา

________________________________

( ผูชวยศาสตราจารยวิทยา ประยงคพันธุ ) หัวหนาภาควชิาครุศาสตรไฟฟา

วันที_่_____เดือน_________พ.ศ.______

คณะกรรมการสอบปริญญานิพนธ

ประธานกรรมการ ( ดร. สมศักดิ์ อรรคทิมากูล )

กรรมการ ( อาจารยสุชาติ โพธ์ิศรี )

กรรมการ ( อาจารยวนัชัย ตาลานนท )

หัวขอปริญญานิพนธ ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล (Digital Communication Systems Experimental Set) โดย นายไกรศร สาริขา นายสราวุธ เหมะธุลิน ช่ือปริญญา ครุศาสตรอุตสาหกรรมบัณฑติ สาขาวิชา วิศวกรรมไฟฟา ภาควิชา ครุศาสตรไฟฟา ที่ปรึกษาปริญญานิพนธ อาจารยมนตร ี ศิริปรัชญานันท ปการศึกษา 2545

บทคัดยอ

เนื่องจากทางภาควิชาครุศาสตรไฟฟา คณะครุศาสตรอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือไดมีการจัดใหมีการเรียนการสอนวิชา 224303 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 1 (Telecommunication Laboratory I ) และวิชา 224305 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 2 (Telecommunication Laboratory II ) ขึ้น ทั้งสองวิชานี้เปนวิชาที่เปดใหมยังขาดชุดทดลองบางสวนที่ใชในหองปฎิบัติการ ซ่ึงชุดทดลอง ในสวนที่เปนระบบแอนะลอกไดมีผูจัดทําไปแลวเพราะฉนั้นคณะผูจัดทําจึงไดสรางชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล สําหรับใชในการเรียนการสอนวิชา 224303 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 1 และวิชา 224305 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 2 ชุดทดลองนี้ประกอบดวย 7 สวนดวยกันคือ แผงประลองวงจรหลัก แผงประลองวงจรยอย ซ่ึงเปนแผงวงจรกึ่งสําเร็จรูปและสําเร็จรูปจํานวน 22 แผง ทฤษฎีบทนํา 2 เร่ือง ใบประลองจํานวน 14 หัวขอการประลอง เฉลยใบประลองทั้ง 14 หัวขอ คูมือการใชชุดทดลองและโปรแกรมนําเสนอทฤษฎีหัวงาน ( Power Point ) การทดลองใชชุดประลองที่ไดสรางขึ้นสําเร็จแลว พบวา สามารถทดลองไดตรงตามวัตถุประสงคและสามารถนําไปใชในการเรียนการสอนได --------------------------------------- ที่ปรึกษาปริญญานิพนธ

กิตติกรรมประกาศ การทําปริญญานิพนธนี้สําเร็จไปดวยดี เนื่องดวยไดรับการสนับสนุนใหคําปรึกษาจากอาจารยมนตรี ศิริปรัชญานันท ซ่ึงเปนอาจารยที่ปรึกษาปริญญานิพนธ อาจารยเมธีพจน พัฒนศักดิ์ อาจารยสมศักดิ์ อรรคทิมากูล อาจารยขจร อินวงษ และอาจารยทุกทานในภาควิชาครุศาสตรไฟฟา รวมทั้งเพื่อนๆ นองๆ พี่ๆ ที่ไดใหคําแนะนําหลายๆ ดาน จนกระทั่งปริญญานิพนธฉบับนี้สําเร็จลุลวงดวยดี ดังนั้นในฐานะผูจัดทําจึงขอกราบขอบพระคุณทานอาจารยดวยความเคารพ และขอขอบคุณทุกทานที่เกี่ยวของในการใหความชวยเหลืออํานวยความสะดวกในทุกๆ ดาน ทางผูจัดทําจึงขอขอบคุณทุกทานเปนอยางสูงมา ณ. ที่นี้ดวย

(ข)

นายไกรศร สาริขา นายสราวุธ เหมะธุลิน 15 พฤษภาคม 2546

(ฃ)

สารบัญ หนา บทคัดยอ (ข) กิตติกรรมประกาศ (ฃ) สารบัญตาราง (ง) สารบัญภาพ (จ) บทท่ี 1. บทนํา 1

ความเปนมาของโครงงาน 1 วัตถุประสงคของโครงงาน 2 ขอบเขตของโครงงาน 2 ประโยชนที่คาดวาจะไดรับ 3

2. ทฤษฎีที่เกี่ยวของกับโครงงาน 4 2.1 ทฤษฎีเกี่ยวกับการเรียนการสอน 4 ความหมายของการเรียนการสอน 4 คุณคาของสื่อการเรียนการสอน 4 ประเภทของสื่อการเรียนการสอน 5 2.2 ทฤษฎีเกี่ยวกับการสอนแบบทดลอง 7 วิธีการสอนแบบทดลอง 7 การจัดการเรียนการสอนในวิชาประลอง 7 ประเภทของชุดประลอง 8 การสรางสื่อการเรียนการสอนประเภทชุดประลอง 8 ขอเสนอแนะในการใชวิธีการสอนแบบทดลอง 11 ขอดีของวิธีการสอนแบบทดลอง 12 ขอเสียของวิธีการสอนแบบทดลอง 13 ใบสั่งงานและความหมายของใบสั่งงาน 13 หนาที่ของใบสั่งงาน 13 การทําใบสั่งงาน 14

(ค)

บทท่ี หนา

ชนิดของใบสั่งงาน 14 ลักษณะของใบสั่งงาน 15 ขอแนะนําในการเขียนใบสั่งงาน 16 ขอดีของใบสั่งงาน 16 ขอเสียของใบสั่งงาน 17 2.3 เนื้อหาวิชาตามหัวเร่ืองในการประลอง 18 การเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอก 18 การเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอล 24 การสุมและคงคาสัญญาณ 28 การมอดูเลตเชิงขนาดพัลส 36 การดีมอดูเลตเชิงขนาดพัลส 38 การมอดูเลตเชิงความกวางพัลส 39 การดีมอดูเลตเชิงตําแหนงพัลส 43 การมอดูเลตเชิงความถี่พัลส 46 การมอดูเลตเชิงรหัสพัลส 49 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามขนาด 52 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามเฟส 57 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามความถี่ 64 การมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา 67 การมอดูเลตแบบเดลตา 68

3. ขั้นตอนและวิธีดําเนินงาน 70 ผังแสดงขั้นตอนการทํางาน 70 วิธีการดําเนนิงาน 71 แผนผังเวลาการทํางาน 88

(ฅ)

บทท่ี หนา 4. ผลการดําเนินงาน 89

การทดสอบ 115 5. สรุป ปญหาและขอเสนอแนะ 121 บรรณานุกรม 123 ภาคผนวก 125 ภาคผนวก ก งบประมาณรายจายของโครงงาน 126 ภาคผนวก ข วงจรและลายวงจรพิมพ 129 ภาคผนวก ค คูมือการใชชุดทดลอง 153 ภาคผนวก ง Data Sheet 170

สารบัญตาราง หนา

(ฆ)

ตารางที่ 1 ความสัมพันธของสัญญาณอินพุตและสัญญาณเอาตพุต ของวงจร ADC 25 ตารางที่ 2 แผนผังเวลาการทํางาน 88

สารบัญภาพ หนา

ภาพที่ 1 หลักการแปลงสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอก 19

(ง)

ภาพที่ 2 วงจร D/A แบบ Binary-weighted resistors 20 ภาพที ่ 3 (ก) แรงดันเอาตพุต Vo ที่แตละขั้นของลอจิกอินพุต

(ข) กราฟความสัมพันธระหวางอินพุตและเอาตพุต 21

ภาพที ่ 4 วงจร D/A แบบ R-2R resistors 22 ภาพที ่ 5 (ก) แรงดันเอาตพุตในแตละขั้นของลอจิกอินพุต

(ข) กราฟแสดงความสัมพันธระหวางอินพุตและเอาตพุต 23 ภาพที่ 6 ตําแหนงขาและโครงสรางของ DAC0808 23 ภาพที ่ 7 การตอ DAC0808 ใชงานโดยทัว่ไป 24 ภาพที ่ 8 วงจร ADC แบบ Parallel หรือ Flash 25 ภาพที่ 9 โครงสรางของ ADC แบบ Successive Approximation 26 ภาพที ่ 10 การทํางานของ ADC แบบ Successive Approximation 26 ภาพที ่ 11 โครงสรางภายในของ ADC0809 27 ภาพที่ 12 ตําแหนงขาของ ADC0809 27 ภาพที่ 13 หลักการสุมคาสัญญาณ 29 ภาพที่ 14 สวนประกอบความถี่ของฟงกช่ันสุม 30 ภาพที่ 15 สวนประกอบความถี่ของฟงกช่ันสุมกรณีที่ τ << T 30 ภาพที ่ 16 สวนประกอบความถี่ที่ถูกสุม 31 ภาพที ่ 17 ขอกําหนดของ Nyquist 32 ภาพที ่ 18 รูปคลื่นและสเปคตรัมซ่ึงแสดงถึงการ Aliasing 34 ภาพที ่ 19 รูปคลื่นที่ไดจากการสุมและคงคาสัญญาณ 35 ภาพที่ 20 สวนประกอบของวงจรสุมและคงคาสัญญาณ 35 ภาพที ่ 21 สัญญาณ PAM 36 ภาพที่ 22 สเปคตรัมสัญญาณ PAM 37 ภาพที่ 23 แผนผังการมอดูเลตแบบ PAM 37

ภาพที่ 24 แผนผังการดีมอดูเลตสัญญาณ PAM 38 ภาพที ่ 25 สัญญาณ PWM เทียบกับสัญญาณขาวสารอินพุต 39 ภาพที่ 26 บล็อกไดอะแกรมของวงจรสรางสัญญาณ PWM 40

หนา ภาพที ่ 27 (ก) สัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Natural sampling (ข) สัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Uniform sampling 41

(จ)

ภาพที่ 28 แผนผังของวงจรมอดูเลตแบบความกวางของพัลซโดยทั่วไป 42 ภาพที่ 29 วงจรสรางสัญญาณ PWM อยางงาย 42 ภาพที่ 30 การดีมอดูเลตสัญญาณ PWM 43 ภาพที่ 31 สัญญาณ PPM ในแบบตางๆ 44 ภาพที่ 32 การสรางสัญญาณ PPM จาก PWM 45 ภาพที ่ 33 สัญญาณ PFM 46 ภาพที ่ 34 ไอซี VCO เบอร ICL 8038 47 ภาพที ่ 35 การตอ ICL 8038 เปนวงจรสรางสัญญาณ PFM โดยเอาตพุตคือสัญญาณที่ขา 9 48 ภาพที ่ 36 การดีมอดูเลตสัญญาณ PFM โดยใช PLL 49 ภาพที ่ 37 ระบบรับ-สงสัญญาณ PCM 50 ภาพที่ 38 การควอนไตเซชั่นและการเขารหัสสัญญาณแอนะลอก 51 ภาพที่ 39 หลักการกําเนิดสัญญาณ ASK 53 ภาพที ่ 40 แผนผังการมอดูเลตแบบ ASK 54 ภาพที ่ 41 ลักษณะของสัญญาณขาวสารดิจิตอล 54 ภาพที ่ 42 สเปคตรัมของสัญญาณ ASK 55

ภาพที ่ 43 การดีมอดูเลตสัญญาณ ASK แบบตางๆ 56 ภาพที่ 44 สัญญาณ FSK ที่กําเนิดจากสัญญาณ ASK 58 ภาพที่ 45 การกําเนิดสัญญาณ FSK จาก ASK 59 ภาพที่ 46 การกําเนิดสัญญาณ FSK โดยการใชสวิตซที่ควบคุมดวยสัญญาณขาวสาร 59 ภาพที ่ 47 การกําเนิดสญัญาณ FSK โดยการใชวงจร VCO 60 ภาพที ่ 48 แบนดวิธดของสัญญาณ FSK 60 ภาพที ่ 49 การตรวจจับหรือดีมอดูเลตสัญญาณ FSK โดยการใชวงจรตรวจจับกรอบ

สัญญาณ 61 ภาพที ่ 50 การตรวจจับหรือดีมอดูเลตสัญญาณ FSKโดยใช PLL 62 ภาพที ่ 51 การตอ LM565 เปนวงจรดีมอดูเลตสัญญาณ FSK 62 ภาพที ่ 52 การตรวจจับสัญญาณ FSK แบบโคเฮอรเรนต 63 ภาพที ่ 53 ลักษณะสัญญาณ PSK 64 ภาพที ่ 54 สเปคตรัมของสัญญาณ BPSK 65

หนา ภาพที ่ 55 การมอดูเลตสัญญาณ PSK 65 ภาพที ่ 56 สัญญาณ BPSK ที่ไดจากการมอดูเลตในภาพที ่55 66

(ฉ)

ภาพที ่ 57 การดีมอดูเลตสัญญาณ BPSK 66 ภาพที่ 58 หลักการพื้นฐานของระบบ TDM 67 ภาพที่ 59 การมอดูเลตแบบเดลตาพื้นฐาน 68

ภาพที ่ 60 วงจรมอดเูลเตอรแบบเดลตา 69 ภาพที ่ 61 ผังแสดงขั้นตอนการทํางาน 70 ภาพที ่ 62 ขนาดของแผงทดลองวงจรยอย 78 ภาพที่ 63 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 1 79

ภาพที ่ 64 วงจรแหลงจายไฟที่ใชในชดุทดลองหลัก 82 ภาพที ่ 65 วงจรแหลงกาํเนิดสัญญาณ 83 ภาพที่ 66 แบบและขนาดของชุดแผงทดลองหลัก 84 ภาพที่ 67 หนาปทมของชุดแผงทดลองหลักสวนที่ 1 85 ภาพที่ 68 หนาปทมของชุดแผงทดลองหลักสวนที่ 2 และสวนที่ 3 85 ภาพที ่ 69 การวางอุปกรณภายในชุดทดลองหลัก 86 ภาพที ่ 70 ชุดทดลองหลักสําหรับการทดลอง 89 ภาพที่ 71 การวางอุปกรณภายในชุดทดลองหลัก 90 ภาพที่ 72 ตัวอยางแผงทดลองวงจรยอย 90 ภาพที่ 73 แผงทดลองที่สรางขึ้นทั้งหมด 22 แผงทดลอง 91 ภาพที ่ 74 การประกอบแผงทดลองวงจรยอยกับชุดทดลองหลัก 91 ภาพที ่ 75 สัญญาณรูปซายนและสัญญาณ TTL ที่ความถี่ 12 Hz 116 ภาพที่ 76 สัญญาณรูปซายนและสัญญาณ TTL ที่ความถี่ 125 kHz 116 ภาพที ่ 77 สัญญาณรูปสามเหลี่ยมและสัญญาณ TTL ที่ความถี ่12 Hz 117 ภาพที ่ 78 สัญญาณรูปสามเหลี่ยมและสัญญาณ TTL ที่ความถี ่125 kHz 117 ภาพที่ 79 สัญญาณรูปสี่เหล่ียมและสัญญาณ TTL ที่ความถี่ 12 Hz 118 ภาพที่ 80 สัญญาณรูปสี่เหล่ียมและสัญญาณ TTL ที่ความถี่ 125 kHz 118 ภาพที่ 81 ผลของสัญญาณ PAM เทียบกับสัญญาณอินพุต ในใบประลองที่ 4 119

ภาพที่ 82 สัญญาณ PWM เทียบกับสัญญาณขาวสารอินพุต ในใบประลองที่ 6 119 ภาพที่ 83 สัญญาณ PAM เทียบกับสัญญาณเอาตพุต เมื่อ off สวิตช D1 ในใบประลองที่ 9 120 ภาพที่ 84 สัญญาณดิจิตอลอินพุตเทียบกับ PSK เอาตพุต ในใบประลอง ที่ 12 120

หนา ภาพที่ 85 วงจรแหลงจายไฟตรง V5± และ V12± 130 ภาพที่ 86 วงจรแหลงกําเนิดสัญญาณที่ใชในชุดทดลองหลัก 130

(ช)

ภาพที่ 87 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 1 131 ภาพที่ 88 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 1 131 ภาพที ่89 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่2 132 ภาพที ่90 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่2 132 ภาพที ่91 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่3 133 ภาพที ่92 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่3 133 ภาพที่ 93 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 4 134

ภาพที่ 94 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 4 134 ภาพที่ 95 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 5 135 ภาพที่ 96 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 5 135 ภาพที ่ 97 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่6 136 ภาพที่ 98 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 6 136 ภาพที ่ 99 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่7 137 ภาพที ่ 100 ลายวงจรพมิพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่7 137 ภาพที่ 101 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 8 138 ภาพที ่ 102 ลายวงจรพมิพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่8 138

ภาพที่ 103 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 9 139 ภาพที ่ 104 ลายวงจรพมิพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่9 139 ภาพที่ 105 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 10 140 ภาพที ่ 106 ลายวงจรพมิพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่10 140 ภาพที่ 107 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 11 141 ภาพที่ 108 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 11 141 ภาพที่ 109 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 12 142 ภาพที่ 110 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 12 142 ภาพที่ 111 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 13 143 ภาพที่ 112 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 13 143 ภาพที่ 113 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 14 144

หนา ภาพที่ 114 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 14 144 ภาพที่ 115 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 15 145

(ซ)

ภาพที่ 116 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 15 145 ภาพที่ 117 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 16 146 ภาพที่ 118 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 16 146 ภาพที่ 119 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 17 147 ภาพที่ 120 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 17 147 ภาพที่ 121 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 18 148 ภาพที่ 122 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 18 148 ภาพที่ 123 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 19 149

ภาพที่ 124 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 19 149 ภาพที่ 125 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 20 150 ภาพที่ 126 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 20 150 ภาพที่ 127 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 21 151 ภาพที่ 128 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 21 151 ภาพที่ 129 วงจรบนแผงทดลองยอยที่ 22 152 ภาพที่ 130 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที่ 22 152

(ฌ)

บทที่ 1

บทนํา

ความเปนมาและความสําคัญของปญหา

ในการดําเนินชีวิตของคนเรา จะตองมีการติดตอระหวางกันและกันอยูเสมอ การติดตอระหวางกันนั้นเองที่เปนที่มาของการสื่อสาร โดยเริ่มจากการสื่อสารระยะใกลแลวขยายออกไปเปนการสื่อสารระยะไกล ซ่ึงในอดีตการสื่อสารระยะไกลนี้จะเปนในรูปของสัญญาณตางๆ เชน สัญญาณควันไฟ สัญญาณธง การส่ือสารดวย วิธีการดังกลาวนี้สภาพแวดลอมตางๆ จะมีอิทธิพลอยางมากในการสื่อสารขอมูล เปนผลใหการสื่อสารแบบนี้ไมเปนที่แพรหลาย แตอยางไรก็ตามกระบวนการสื่อสารก็ยังคงมีรูปแบบของกระบวนการส่ือสารที่เหมือนเดิมตั้งแตอดีตจนถึงปจจุบัน คือในระบบสื่อสารนั้นจะประกอบไปดวย ผูสงขาวสารขอมูล สื่อกลางท่ีใชสําหรับการสงขาวสารขอมูล และผูรับขาวสารขอมูล จากองคประกอบของการสื่อสารนี้เองที่ทําใหมีการแปลงขอมูลขาวสารใหเปนสัญญาณไฟฟาแลวสงสัญญาณในรูปคล่ืนแมเหล็กไฟฟาผานไปในอากาศที่เปนตัวกลางในการสื่อสารขอมูล การสื่อสารในรูปสนามแมเหล็กไฟฟาจึงไดมีการพัฒนาไปอยางตอเนื่อง มีการศึกษาและคิดคนระบบการสื่อสารแบบตางๆขึ้นมาใชงานกันอยางมากมาย ปจจุบันเทคโนโลยีการสื่อสารมีการพัฒนาไปอยางรวดเร็วและไดเขามามีบทบาทในชีวิตประจําวันมากขึ้นตามลําดับ เปนไดจากในอดีตระบบวิทยุส่ือสารจํากัดอยูเฉพาะหนวยงานของรัฐเทานั้น แตปจจุบันไดมีการนําเครื่องมือส่ือสารแบบตางๆมาใชประโยชนมากขึ้น อีกทั้งประชาชนทั่วไปก็ใหความสนใจเปนอยางมาก เปนผลใหระบบวิทยุส่ือสารมีการขยายวงในการใชบริการออกไปเรื่อยๆ ในอนาคต จะเห็นวาเทคโนโลยีการสื่อสารใหมที่เกิดขึ้นมานี้เกิดจากการศึกษาและพัฒนาระบบสื่อสารโดยมีพื้นฐานทางวิศวกรรมไฟฟามาเกี่ยวของ ดังนั้นในสาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟาจึงไดบรรจุเนื้อหาเกี่ยวกับระบบการสื่อสารไวในหลักสูตรทั้งทางภาคทฤษฎีและทางปฏิบัติ ซ่ึงการเรียนในภาคปฏิบัติจะทําใหผูเรียนมีประสบการณ ไดเห็นจริงและเขาใจในเนื้อหามากกวาการเรียนทฤษฎีเพียงอยางเดียว ทางภาควิชาครุศาสตรไฟฟา คณะครุศาสตรอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือไดจัดใหมีการเรียนการสอนวิชา 224303 ปฏิบัติการระบบการสื่อสาร 1 (Telecommunication Laboratory I) และ วิชา 224305 ปฏิบัติการระบบการสื่อสาร 2 (Telecommunication Laboratory II) ไวในหลักสูตรปรับปรุงใหม ปการศึกษา 2543 เนื้อหาภายในวิชาไดกลาวถึง การปฏิบัติเกี่ยวกับอุปกรณส่ือสารตางๆ เนื่องจากทั้งสองวิชานี้เปนวิชาที่เปดใหมยังขาดชุดทดลองบางสวนที่ใชในการทดลองในหองปฏิบัติการ ซึ่งระบบการสื่อสารแบบแอนะลอกไดมี

1

2

ผูเสนอจัดทําไปแลวสวนระบบการสื่อสารแบบดิจิตอลยังไมมีผูเสนอจัดทํา เพราะฉะนั้นควรไดมีการจัดหาชุดทดลอง และใบประลอง ทั้งนี้ก็เพื่อที่จะชวยใหการเรียนการสอนมีประสิทธิภาพและบรรลุตามวัตถุประสงคของหลักสูตร ดังนั้นทางผูเสนอโครงงานจึงไดเสนอ เรื่อง ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล เปนหัวขอโครงงานปริญญานิพนธ เพื่อชวยใหการสอนในภาคปฏิบัติใหมีประสิทธิภาพและบรรลุตามวัตถุประสงคของหลักสูตร โดยโครงงานชุดนี้จะประกอบไปดวยใบประลองและชุดทดลองที่สามารถทําการทดลองไดงาย

วัตถุประสงคของโครงงาน เพื่อสราง ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล สําหรับใชประกอบการเรียนการสอนวชิา 224303 ปฏิบัติการระบบการสื่อสาร 1 (Telecommunication Laboratory I) และ วิชา 224305 ปฏิบัติการระบบการสื่อสาร 2 (Telecommunication Laboratory II) ซ่ึงเร่ือง ระบบสื่อสารแบบดิจิตอล จะเกีย่วของกันอยูในสองวิชานี ้ตามหลักสูตรของ ภาควิชาครุศาสตรไฟฟา คณะครุศาสตรอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ ขอบเขตของโครงงาน สวนประกอบของปริญญานิพนธนี้ประกอบไปดวย 1. ชุดทดลอง ประกอบดวย

1.1 ชุดทดลองหลัก 1.1.1 แหลงจายไฟ ± 5 โวลต 1 แอมแปร 1 ชุด 1.1.2 แหลงจายไฟ ± 12 โวลต 1 แอมแปร 1 ชุด 1.1.3 เครื่องกําเนิดความถี่ 2 ชุด ผลิตความถี่ 10 Hz – 100 kHz

1.1.3.1 ผลิต สัญญาณรูปคลื่นซายน(Sinusoidal wave signal) เอาตพุต 0 - 5.6 VP – P

1.1.3.2 ผลิต สัญญาณรูปสามเหลี่ยม (Square wave signal) เอาตพุต 0 - 12 VP – P

3

1.1.3.3 ผลิต สัญญาณรูปสี่เหล่ียม (Triangular wave signal) เอาตพุต 0 -16 VP – P

1.1.3.4 ผลิต สัญญาณ TTL 1.1.4 เครื่องกําเนิดความถี่สามารถเลือกการทํางานในโหมดสัญญาณรูปคลื่นซายน หรือ

สัญญาณรูปสามหลี่ยม หรือ สัญญาณรูปสี่เหล่ียม ไดเพียงโหมดใดโหมดหนึ่งในเวลาเดียว สวน สัญญาณ TTL สามารถใชรวมกับโหมดสัญญาณรูปคลื่นซายน หรือ สัญญาณรูปส่ีเหล่ียม หรือ สัญญาณรูปสามเหลี่ยม ไดในเวลาเดยีวกัน

1.2 ชุดทดลองตามใบประลองในขอ 2.2 2. ซอฟตแวร

2.1 ใบเนื้อหาบทนํา จํานวน 2 เร่ือง ประกอบดวย 2.1.1 การสื่อสารแบบดิจิตอล ( Introduction to Digital Communication ) 2.1.2 สัญญาณพัลส ( Introduction to Pulse Signal )

2.2 ใบประลอง จํานวน 14 เร่ือง ประกอบดวย 2.2.1 การเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอก ( Digital to Analog

Conversion ) 2.2.2 การเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอล ( Analog to Digital

Conversion ) 2.2.3 วงจรสุมและคงคาสัญญาณ ( Sample and Hold Circuit ) 2.2.4 การมอดูเลตเชงิขนาดพัลส ( Pulse Amplitude Modulation , PAM ) 2.2.5 การดีมอดูเลตเชิงขนาดพัลส ( Pulse Amplitude Demodulation ) 2.2.6 การมอดูเลตเชงิความกวางพลัส ( Pulse Width Modulation , PWM ) 2.2.7 การมอดูเลตเชงิตําเหนงพัลส ( Pulse Position Modulation , PPM ) 2.2.8 การมอดูเลตเชงิความถี่พัลส ( Pulse Frequency Modulation , PFM ) 2.2.9 การมอดูเลตเชงิรหัสพัลส ( Pulse Code Modulation , PCM ) 2.2.10 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามขนาด ( Amplitude – Shift Keying ,

ASK ) 2.2.11 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามความถี่ ( Frequency – Shift Keying ,

FSK ) 2.2.12 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามเฟส ( Phase – Shift Keying , PSK ) 2.2.13 การมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา ( Time Division Multiplex , TDM ) 2.2.14 การมอดูเลตแบบเดลตา ( Delta Modulation , DM )

2.3 เฉลยการทดลอง

4

2.4 คูมือการใชชุดทดลอง 2.5 โปรแกรมนําเสนอทฤษฎีหัวงาน ( Power point )

ประโยชนที่คาดวาจะไดรับ

1. เปนแนวทางในการศึกษาและทดลองระบบการสื่อสารแบบดิจิตอล 2. เพิ่มประสิทธิภาพในการเรียนการสอนใหบรรลุตามวัตถุประสงคของหลักสูตร 3. เปนแนวทางในการสรางชุดทดลองอื่น ๆ ตอไป

บทที่ 2

ทฤษฎีที่เก่ียวของกับโครงงาน ทฤษฎีและเอกสารที่เกี่ยวของที่นํามาใชในงานปริญญานิพนธ เร่ือง ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบ ดิจิตอล ประกอบดวย 3 สวน คือ

2.1 ทฤษฎีเกี่ยวกับการเรียนการสอน 2.2 ทฤษฎีเกี่ยวกับการสอนแบบทดลอง 2.3 เนื้อหาวิชาตามหัวเร่ืองในการประลอง

2.1 ทฤษฎีเกี่ยวกับการเรียนการสอน ความหมายของสื่อการเรียนการสอน สมบูรณ สงวนญาติ (2534 : 43) ไดใหความหมาย สื่อการเรียนการสอน วา ทุกสิ่งทุกอยาง ที่ผูสอนและผูเรียนนํามาใชในการเรียนการสอน เพื่อชวยใหกระบวนการเรียนการสอนดําเนินไปสูเปาหมายอยางมีประสิทธิภาพ ไดแก วัตถุส่ิงของที่มีอยูในธรรมชาติ หรือมนุษยสรางขึ้นมา รวมทั้งวิธีการสอนและกิจกรรมในรูปแบบตาง ๆ นิรุต ถึงนาค (2536 : 249) ไดใหความหมายวา เปนวัสดุเครื่องมืออุปกรณทุกชนิด รวมทั้งวิธีการสอนจะนําไปใชในการสอนเพื่อส่ือความหมาย ตามวัตถุประสงคในการถายทอดของผูสอนไปยังผูเรียน อบรม สินภิบาล และ กุญชรี องคสิริพร (2523 : 93) ไดใหความหมายของ สื่อสารการเรียนการสอน วา หมายถึง ส่ิงใดก็ตามที่เปนตัวกลางนําความรูความคิดทัศนคติจากครูไปสูผูเรียน และทําให การเรียนการสอนนั้นเปนไปตามวัตถุประสงคที่วางไวเปนอยางดี อาจกลาวไดวา ส่ือการสอนนั้นเปนทุกสิ่งทุกอยางที่ชวยใหการจัดกระบวนการเรียนการสอนประสบผลสําเร็จอยางมีประสิทธิภาพ คุณคาของสื่อการเรียนการสอน

5

เร่ืองคุณคาของสื่อการเรียนการสอน เปนผลสืบเนื่องมาจากการวิจัยส่ือ ซ่ึงอาจหาอานไดจากเอกสารการวิจัยและวิทยานิพนธที่เกี่ยวของ เพื่อใหตระหนักถึงคุณคาของสื่อการเรียนการสอนโดยทั่ว ๆ ไป จึงขอนําผลการวิจัยเกี่ยวกับคุณคาของสื่อการเรียนการสอนมากลาวโดยสรุปดังนี้

1. ชวยใหผูเรียนเรียนรูไดดีขึ้นจากประสบการณที่มีความหมายในรูปแบบตาง ๆ 2. ชวยใหผูเรียนเรียนรูไดมากขึ้น โดยใชเวลานอยลง 3. ชวยใหผูเรียนมีความสนใจในการเรียน และมีสวนรวมในการเรียนอยางกระฉับกระเฉง 4. ชวยใหผูเรียนเกิดความประทับใจ มั่นใจ และจดจําไดนาน

4

5. ชวยสงเสริมการคิดและการแกปญหาในการเรียนรู 6. ชวยใหสามารถเอาชนะขอจํากัดตาง ๆ ในการเรียนรูได

6.1 ทําส่ิงที่ซับซอนใหงายขึ้น 6.2 ทําส่ิงที่เปนนามธรรมใหเปนรูปธรรมมากขึ้น 6.3 ทําส่ิงที่เคล่ือนไหวเร็วใหดูชาลง 6.4 ทําส่ิงที่เคล่ือนไหวหรือเปลี่ยนแปลงชาใหดูเร็วขึ้น 6.5 ทําส่ิงที่ใหญมากใหเล็กเหมาะแกการศึกษา 6.6 ทําส่ิงที่เล็กมากใหมองเห็นไดชัดเจนขึ้น 6.7 นําส่ิงที่เกิดในอดีตมาศึกษาในปจจุบัน 6.8 นําส่ิงที่อยูไกลมาศึกษาในหองเรียนได

7. ชวยลดการบรรยายของผูสอนลง แตชวยใหผูเรียนเขาใจไดงายขึ้น 8. ชวยลดการสูญเปลาทางการศึกษาลง เพราะชวยใหการเรียนมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ผูเรียนสอบตกนอยลง ประเภทของสื่อการเรียนการสอน ประเภทของสื่อการเรียนการสอน มีนักศึกษาไดแบงประเภทไวมากมาย เพื่อใหเกิดความเขาใจ จะยกตัวอยางการแบงของนักศึกษาบางทาน เพื่อเปนแนวทางใหกับผูศึกษาไดเขาใจ ดังนี้ ชัยยงค พรหมวงศ ผูอํานวยการสํานักเทคโนโลยีการศึกษา มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช ไดแบงสื่อการเรียนการสอนตามแนวของเทคโนโลยีทางการศึกษาไว 2 ประเภท คือ (อางโดย สมบูรณ , 2534 : 45) 1. สื่อประเภทวัสดุ หมายถึง ส่ิงชวยสอนที่มีการผุพัง ส้ินเปลือง เชน ฟลม ภาพถาย ภาพยนตร สไลด และสิ่งของที่มีการเสื่อมสลายตามการใชงานตาง ๆ

6

2. สื่อประเภทอุปกรณ หมายถึง ส่ิงชวยสอนที่เปนเครื่องมือ เชน กลองถายรูป เครื่องฉายภาพ

ยนตร เครื่องฉายสไลดและฟลมสตริฟ เครื่องรับวิทยุโทรทัศน เครื่องมือประเภทตาง ๆ ที่มีราคา เอ็ดการ เดล (Edgar Dale) แหงมหาวิทยาลัยโอไฮโอ สหรัฐอเมริกา ไดจัดลําดับกรวยประสบการณ (Cone of Experience) ในการเรียนรูของมนุษย โดยคํานึงความเปนรูปธรรมไปหานามธรรม 10 ประเภทดังนี้ (อางโดย สมบูรณ , 2534 : 46 - 47)

1. สื่อท่ีใหประสบการณตรงผานประสาทสัมผัสท้ัง 5 โดยใหผูเรียนไดลงมือทําจริงไดจับตอง ลูบคลํา ล้ิมรส ดมกลิ่น จากสภาพความเปนจริง เชน การฝกหัดขับรถยนต การซอมเครื่องยนต การเดินสายไฟ การทดลอง การทําสวนครัว ซ่ึงรวมทั้งวัสดุ อุปกรณ เครื่องมือเครื่องใช และของจริงทุกชนิด

2. สื่อท่ีใหประสบการณรอง ไดแก ส่ิงที่ทําจําลองขึ้นมาแทนของจริง ในกรณีที่ไมสามารถนํา

ของจริงมาใชได เชน หุนจําลองชนิดตาง ๆ 3. การแสดงละคร หรือการสรางสถานการณจําลอง โดยสรางบท หรือสถานการณใหผูเรียนได

มี สวนรวมแสดงตามบท

4. การสาธิต เปนวิธีการอีกรูปแบบหนึ่งที่ครูผูสอนจัดเตรียมวัสดุ อุปกรณ เครื่องมือ แลวมีผู

แสดงใหผูเรียนชม โดยเนนกระบวนการหรือข้ันตอนการกระทําที่ถูกตอง 5. การศึกษานอกสถานที่ เปนวิธีการอีกรูปแบบหนึ่ง ที่พาผูเรียนไปสัมผัสกับสภาพความเปน

จริง โดยมีการวางแผนเตรียมการอยางรัดกุม ผูเรียนจะพบกับส่ือหลายส่ิงหลายอยาง ตามสภาพที่เปนจริงโดยใชการสังเกตเปนหลัก

6. นิทรรศการ เปนรูปแบบการจัดแสดงทางการศึกษา โดยมีวัตถุประสงคชัดเจน ดวยการนําส่ือ

หลายรูปแบบมาจัดอยางเปนระบบ 7. โทรทัศนและภาพยนตร เปนสื่อท่ีใหทั้งภาพและเสียง มีการเคลื่อนไหลใหเปนคลายของ

จริง สามารถยนยอหรือขยายใหเหมาะสมกับสภาพกับสภาพการเรียนรูได

7

8. ภาพนิ่ง วิทยุ และการบันทึกเสียง เปนสื่ออีกลักษณะหนึ่งที่ใหประสบการณแกผูเรียน โดย

ผานประสาทตาหรือประสาทหู 9. ทัศนสัญลักษณ ไดแก พวกวัสดุกราฟฟกทุกประเภท เชน แผนภูมิ แผนสถิติ

แผนภาพ ภาพโฆษณา การตูนเรื่อง และสัญลักษณรูปแบบตาง ๆ ที่นํามาใชในการสื่อความหมาย ผูเรียนจะตองมีพื้นฐานทางรูปธรรมมากอนจึงจะเขาใจไดดี

10. วจนสัญลักษณ ไดแก คําพูด คําบรรยาย หนังสือหรือเอกสารที่ใชตัวอักษร ตัวเลขแทนความ

หมายของสิ่งตาง ๆ

2.2 ทฤษฎีเกี่ยวกับการสอนแบบทดลอง วิธีการสอนแบบทดลอง ( Laboratory Method ) การสอนแบบทดลอง คือ วิธีการสอนที่ทําใหเกิดประสบการณตรงเกี่ยวกับส่ิงที่ตองนําไปปฏิบัติ หรือขอเท็จจริงจากทฤษฎี เพื่อเปนการสรุปถึงขอเท็จจริงตามทฤษฎีดวยวิธีการคนควาและลงมือปฏิบัติการทดลอง ยังมีบุคคลอีกหลายทานที่ไดใหความหมายเกี่ยวกับการสอนแบบทดลองไว ซ่ึงไดยกมาเปนตัวอยางดังนี้ ละออ การุณยะวณิช กับคณะ ไดกลาวถึงวิชาการสอนแบบทดลองวา วิธีการสอนแบบทดลอง หมายถึง วิธีสอนใหเกิดประสบการณใหม ๆ และขอเท็จจริงจากการสอบสวนและการทดลองนั้นเอง วิธีนี้นักเรียนเปนผูปฏิบัติการทดลองในหองปฏิบัติการ ซ่ึงไมเหมือนกับวิธีสอนแบบสาธิตที่ครูเทานั้นที่ดําเนินการทดลองในขณะที่นักเรียนเปนผูเฝาดู วิธีการสอนแบบนี้อาจเรียกวา วิธีคนควา (Research Method) ก็ได (อางโดย กฤษณะ , ปญญา , 2536 : 4-8) มณฑา ธงอินเนตรเรียกวิธีการสอนแบบทดลองวา การสอนแบบเชิงการทดลอง (Laboratory Approach) และไดกลาววา การสอนแบบนี้ เปนกิจกรรมที่ครูจัดทําขึ้น เพื่อชวยใหเรียนไดงายขึ้น คือ สามารถเห็นไดดวยตากอนที่จะเกิดความเขาใจ แทนที่จะใหนักเรียนเชื่อคํา

8

บอกเลาของครู การทดลองมักใชเมื่อตองการจะพิสูจนกฎตาง ๆ (อางโดย กฤษณะ , ปญญา , 2536 : 4-8) การจัดการเรียนการสอนในวิชาประลอง การศึกษาทางดานเทคโนโลยีจําเปนอยางยิ่งที่จะตองทําใหผูเรียนเกิดการเรียนรูแบบมีเหตุมีผลเชิงวิทยาศาสตรสามารถพิสูจนได หรือแสดงใหเห็นจริงได เพราะการศึกษาแบบเลื่อนลอย จะทําใหผูเรียนเกิดความไมมั่นใจในเนื้อหาวิชาที่ไดศึกษาตามทฤษฎีที่วางไวซ่ึงจะมีผลเสียตอการนําทฤษฎีไปประยุกตใชกับงานอื่น โดยมีจุดประสงคการเรียนการสอนแบบประลองไว 2 ขอคือ 1) พิสูจนความเปนจริงในเนื้อหาวิชาทางทฤษฎี 2) สงเสริมความสามารถทางสติปญญาในการคิดแกปญหา ดังนั้นในการจัดการเรียนการสอนแบบประลองจึงจําเปนตองใชส่ือ ที่สามารถทําการทดลอง เพื่อนําขอมูลจากการทดลอง เพื่อนําขอมูลจากการทดลองไปใชเปรียบเทียบหรือพิสูจนความจริงตามเนื้อหาวิชาทฤษฎีซ่ึงไดแก

1) ชุดประลอง 2) ใบประลอง

ชุดประลอง เปนอุปกรณชวยสอนที่ใชประกอบการสอนเพื่อแสดงเนื้อหาที่เปนกฎ สูตรหรือทฤษฎีที่กําหนดไวหรือใชเพื่อทดลองหาความสัมพันธ สรางกฎเกณฑขึ้นใหมโดยแสดงใหเห็นจริงไดในรูปของคาที่แสดง ความรอน แสง เสียง หรือปฏิกริยาอ่ืนๆ ประเภทของชุดประลอง ชุดประลองที่ใชในการเรียนการสอนแบงออกเปน 2 ประเภท ไดแก

1. ชุดประลองสําหรับผูสอน 2. ชุดประลองสําหรับผูเรียน ชุดประลองทั้ง 2 ประเภท มีจุดประสงคในการออกแบบ และลักษณะการใชในการเรียนการสอน

แตกตางกันดังนี้ 1. ชุดประลองสําหรับผูสอน เปนชุดประลองที่ออกแบบสําหรับผูสอนเพื่อสาธิตประกอบการสอน

หนาชั้นเรียนในวิชาทฤษฎี วิชาเชิงประลอง เพื่อพิสูจนสูตร กฎ โดยแสดงผลอยูในรปูตางๆ แตผลหรือคาที่ไดจากการทดลองสาธิต จะไมสามารถใชเปนตัวเลขอางอิง หรือคามาตรฐานไดจะสรุปอยูในแนวกวางๆ มากกวาเจาะจงในรายละเอียด ชุดประลองประเภทนี้จะตองมีขนาดใหญเพียงพอที่ผูเรียนในชั้นเรียนจะสังเกตุเห็นไดทั่วถึง และชัดเจน

9

2. ชุดประลองสําหรับผูเรียน ชุดประลองประเภทนี้ มีลักษณะใกลเคียงกับสภาพการปฏิบัติงานจริงกวาชุดประลองประเภทแรก ที่ผูสอนใชทําการสาธิต สามารถแบงยอยออกตามลักษณะการใชงานไดอีก 2 ชนิด คือ ชุดประลองสําหรับการเรียนการสอนรายบุคคล และรายกลุม การออกแบบทั่วไปจะมีขนาดเล็ก โดยอาจติดตั้งไวกับแผงหรือบรรจุไวในกระเปา เพื่อสะดวกตอการนําไปศึกษานอกสถานที่เทาที่โอกาสอํานวย คาที่ไดหรือผลการทดลองจากชุดประลอง ประเภทนี้จะมีความแนนอน ใชอางอิงได

การสรางสื่อการเรียนการสอนประเภทชุดประลอง แนวทางหนึ่งในการปรับปรุงกระบวนการเรียนการสอนสาขาชางอุตสาหกรรม คือ การมีส่ือการเรียนการสอนที่ดี สอดคลองกับหลักสูตร และผูสอนนําไปใชอยางถูกวิธี ทําใหประสิทธิภาพของการเรียนการสอนดียิ่งขึ้น ในการผลิตส่ือการเรียนการสอนมีหลัก 3 ประการ คือ

1. เทคนิคการผลิต ใหสามารถใชไดตามตองการ 2. ความคิดสรางสรรคในการผลิตส่ือการเรียนการสอนนั้นๆ 3. การออกแบบใหสอดคลองกับกระบวนการสอน จุดมุงหมายการสอนและลักษณะที่จะนําไป

ใชงาน สําหรับแนวทางในการออกแบบชุดส่ือการสอนอยางมีประสิทธิภาพ สามารถแบงเปน 5 ขั้นตอน

ดังนี้ 1. กําหนดขอบขายเนื้อหาวิชา 2. กําหนดเนื้อหาและวัตถุประสงค 3. การออกแบบและสรางชุดสื่อการเรียนการสอน 4. การทดลองใชงาน 5. การปรับปรุง. 1. กําหนดขอบขายเนื้อหาวิชา ประกอบดวยองคประกอบ 4 ประการ ดําเนินควบคูกันไป คือ

การศึกษาเชิงวิเคราะหเนื้อหาวิชา การศึกษาเปรียบเทียบหลักสูตร การสํารวจโรงงาน 1.1 การศึกษาเชิงวิเคราะหเนื้อหาวิชา เพื่อการวางโครงรางลําดับความสัมพันธและแบงระดับ

ความยาก – งาย ของเนื้อหาวิชาที่จะออกแบบสรางสื่อการสอน โดยศึกษาจากตํารา เอกสารการสัมมนา ปรึกษาผูเชี่ยวชาญและศึกษางานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวของ

10

1.2 การศึกษาเปรียบเทียบหลักสูตร เพื่อศึกษาความสอดคลองและความแตกตางของหลักสูตรที่ใชเรียนในสถานศึกษาตางๆ ที่เกี่ยวของ โดยการศึกษาจากเอกสารหลักสูตรการสอบถามครูผูสอน ผลที่ไดจะชวยในการเลือกและกําหนดหัวขอเร่ือง ไดสอดคลองกับหลักสูตร

1.3 การสํารวจโรงงาน เปนการสํารวจสภาพการทํางาน เครื่องมือ อุปกรณและเทคนิคที่ใชในการทํางานตามหัวขอเร่ืองของชุดสื่อการเรียนการสอน โดยสอบถามวิศวกร โรงงานและศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวของ เพื่อกําหนดรายละเอียดของการวิเคราะหงาน ความสามารถในงาน ความรูและทักษะที่ตองการในงาน

1.4 การสํารวจสถานศึกษา เปนการเรียนรูวิธีการเรียนการสอน ความพรอม เครื่องมือ วัสดุอุปกรณและสิ่งอํานวยความสะดวกตางๆ ในสถานศึกษาตลอดจนปญหาและอุปกรณในการเรียนการสอน โดยการสํารวจหรือสอบถามจากครูผูสอน

2. กําหนดเนื้อหาและวัตถุประสงค จากขอบขายเนื้อหาที่ไดนํามาศึกษา เพื่อใหสามารถจําแนกเปนสวนตางๆ เทาที่จําเปนได กลาวคือ ใหรูถึงจุดมุงหมายและหนาที่ ( Purpose and Function ) ของชุดทดลองวาทําอยางไรจึงจะสามารถทํางานไดตามตองการและสามารถตอบสนองจุดมุงหมายของเนื้อหาวิชาไดอยางครบถวน ผูสรางควรจะตองออกแบบสวนตางๆ ของชุดประลองอยางไรจึงจะเปนไปตามจุดมุงหมายและหนาที่ที่กําหนดไว หรือถามีการคํานวณเพื่อออกแบบ และวิเคราะหสวนประกอบตางๆ ก็ตองมีการจัดเตรียมลวงหนา และทําการคํานวณใหพรอมอีกทั้งตองมองใหครอบคลุมถึงการประกอบสวนตางๆ เขาดวยกัน และการซอมแซมหรือตรวจปรับสวนประกอบที่สําคัญตองเตรียมวิธีการบํารุงรักษาชุดประลองอยางถูกต องเหมาะสม เพื่อใหวัตถุประสงคของชุดประลองนี้ครอบคลุมกับการกําหนดขอบขายของเนื้อหาวิชาที่ไดเตรียมการมาแลว

3. การออกแบบและสรางชุดสื่อการเรียนการสอน วัตถุประสงคของชุดประลอง ที่ผานการวิเคราะหและตรวจสอบแลว เปนแนวทางในการออกแบบและสรางอุปกรณชวยสอนหรือชุดประลองที่ทําการออกแบบนี้สามารถนําไปใชเปนทั้งอุปกรณการสอนของครูและเปนอุปกรณในการทํากิจกรรมของนักศึกษา ชุดประลองจึงมีความสําคัญมากตอความสัมฤทธิ์ผลทางการเรียนของนักศึกษาและความสามารถในการทํางานดานชางอุตสาหกรรม การศึกษาทางดานชางอุตสาหกรรมสื่อการเรียนการสอนประเภทชุดประลอง หรือชุดสาธิตเปนส่ิงที่จําเปนอยางมาก เนื่องจากนักศึกษาชางอุตสาหกรรมจําเปนตองไดรับประสบการณจากการเรียนรูที่เปนรูปธรรมมากที่สุดเพื่อท่ีจะสามารถปฏิบัติงานไดเปนอยางดี ชุดประลองและชุดสาธิตการทดลองตางๆ จึงมีการผลิตขึ้นอยางมากมาย การออกแบบและสรางสื่อประเภทชุดประลองนั้นจําเปนตองนําหลักการดานการออกแบบทางดานวิศวกรรมเชิงปฏิบัติมาประยุกตกับหนวยของงานที่ออกแบบสราง ตามลําดับดังนี้

11

3.1 กําหนดจุดประสงคในการนําชุดประลองไปใชในการสอน การนําชุดประลองไปใชสอน ควรกําหนดใหสอดคลองกับวัตถุประสงคของการเรียนการสอน การออกแบบสรางจะสําเร็จผลตามเปาหมายและใชไดจริง จะตองศึกษาขอมูลตางๆ ประกอบ ไดแก สภาพการณในการเรียนการสอน ศึกษาขอมูลทางดานวิชาการ และกลุมของผูเรียนจากนั้นก็นําไปใชเขียนจุดประสงคเปนขอๆ และกําหนดขอบเขตคุณลักษณะของชุดประลองที่จะออกแบบสราง สุดทายจะตองตรวจสอบความสอดคลองกับวัตถุประสงคของบทเรียนอีกครั้ง

3.2 การกําหนดหนาที่ของชุดประลอง จากการบรรยายคุณลักษณะของชุดประลองที่กําหนดขึ้นในขอ 1 นํามาวิเคราะห เพื่อคนหาคําพื้นฐาน (Basic Term) ซ่ึงจะทําใหเราทราบถึงรายการหนาที่ตางๆ ของชุดประลอง ศึกษาพิจารณาปจจัยที่จะทําใหอุปกรณทํางานไดตามกําหนด

3.3 การศึกษาปจจัยที่จะทําใหชุดประลองทํางานไดตามรายการ หนาที่ในขั้นตอนนี้เปนการคิดคนสิ่งที่ทําใหอุปกรณที่สามารถทํางานไดตามรายการหนาที่ที่กําหนด โดยทั่วไปจะอยูในรูปวัสดุ (Material) พลังงาน (Energy) และสัญญาณ (Signal) ส่ิงที่กําหนดอาจเขียนเปนคําส้ันๆ ภาพสเก็ตตางๆ หรือแบบวงจรเพื่อใหสามารถทราบถึงสวนประกอบของอุปกรณใหมากที่สุด ช้ินสวนหรือแบบของงานที่คิดคนขึ้นมาควรจะพิจารณาถึงการประกอบ ความยากงายในการผลิต อุปกรณที่มีใชในทองตลาดและคาใชจาย

3.4 การวิเคราะหและตัดสินใจเลือกชิ้นสวนประกอบของอุปกรณ จากการเลือกในขอที่ 3 นํามาเลือกหาผลลัพธที่ดีที่สุด โดยพิจารณาเกณฑกําหนดเรื่องประสิทธิภาพในการทํางาน ขนาด รูปราง ความคงทน การบํารุงรักษาและราคา

3.5 การสรางตนแบบและการตรวจสอบ เมื่อเลือกชิ้นสวนและอุปกรณไดแลวจะตองนํามาสเก็ตเปนภาพประกอบตนแบบคราวๆ หรือเปนภาพงานชิ้นงายๆ กอน จากนั้นจึงทําการสรางตนแบบ ในตอนนี้จะตองมีการทดสอบการทํางานของสวนตางๆ ตามรายการหนาที่ที่กําหนดไวดวยอุปกรณที่เลือกมาใชในสวนประกอบตางๆ ตามความจําเปน

3.6 การเขียนแบบ เพื่อประโยชนในการผลิตครั้งตอไป งานเขียนแบบนับวามีความสําคัญเปนอยางมาก แบบงานจะเปนขอมูลสําหรับดําเนินการผลิต ดังนั้นแบบงานของชุดประลองจะตองมีแบบ ทั้งแบบภาพประกอบและแบบแยกชิ้น หรือแบบลายวงจร ของวงจรพิมพ

3.7 การเตรียมเอกสารประกอบ อุปกรณที่ออกแบบสรางโดยทั่วไปควรตองจัดเอกสารประกอบหรือคูมือการใชงานเพื่อผูใชจะไดใชอุปกรณไดอยางถูกตอง สอดคลองกับวัตถุประสงคในการออกแบบและการสราง

12

4. การทดลองใช ชุดสื่อการเรียนการสอนจะถูกนําไปใชในสถานศึกษา โดยผูวิจัยเพื่อคนหาขอบกพรองตางๆ อาทิเชน ความถูกตอง ความเที่ยงตรง ความยาก ความซับซอน ความทนทาน และความสะดวกในการลอกเลียนขึ้นมาใหม

5. การปรับปรุง ขอมูลและประสบการณ ที่ไดจากการทดลองขางตน จะถูกนํามาใชในการปรับปรุงชุดสื่อการเรียนการสอนใหมีคุณภาพจนเปนที่ยอมรับได ขอเสนอแนะในการใชวิธีการสอนแบบทดลอง ในการใชวิธีการสอนแบบทดลองนั้น ละออ การุณยะวณิช กับคณะ ไดกลาวไววาครูควรจะไดคํานึงถึงส่ิงตาง ๆ เหลานี้ คือ (อางโดย กฤษณะ , ปญญา , 2536 : 4-8)

1. ปรับใหบทเรียนวิชาทดลองเหมาะสมสําหรับความตองการของสังคม ปรับใหเหมาะตอความตองการ ความสนใจ และความสามารถของนักเรียน อุปกรณตาง ๆ ตองมีคุณคาทางสังคม ปญหาตาง ๆ ตองเปนเรื่องจริง นาสนใจและปรับใหเหมาะสมกับระดับความสามารถของผูเรียน

2. บทเรียนวิชาทดลอดตองถือกําเนิดจากปญหา การทําตามขอสมมติยอมไมกอใหเกิดการทดลองทางวิทยาศาสตร ในกรณีที่เปนไปได การทดลองงาย ๆ พรอมดวยเทคนิคทางหองทดลองตองใชเปนเครื่องเสริมความรูควรจัดใหมี รวมทั้งอภิปรายการฝกในหองทดลองและการตีความ

3. ควรเลือกคูมือการทดลองดวยความระมัดระวัง จัดใหนักเรียนมีสมุดบันทึก การปองกันอยาใหมีการใชคูมือของปกอน ๆ

คามิลอน (Camilon) ไดใหขอเสนอแนะไวดังนี้ (อางโดย กฤษณะ , ปญญา , 2536 : 4-8)

1. ใหหลักการที่ตองการพิสูจนดวยการทดลองอยางชัดเจน 2. สําหรับผูเร่ิมเรียนวิชาทดลองควรใหรายละเอียดของวิธีการทดลองในการทดสอบความเปน จริงของหลักการในปญหาที่กําลังศึกษา 3. กําหนดใหผูเรียนทํารายงานผลการทดลอง และใหแสดงวาผลการทดลองที่สังเกตไดยืนยัน ความจริงของหลักการที่ใหไวอยางไร 4. ตองแนใจวาไดตระเตรียมเครื่องมือ และวัสดุที่ใชในการทอดลองทั้งหมดไวเปนอยางดีเพื่อ ใหประกันไดวาจะไดผลการทดลองที่นาพอใจ เมื่อการทดลองใดใหผลไมดีก็ควรตัดทิ้งไป

13

5. หลีกเลี่ยงการมอบหมายใหผูเรียนทดลองเรื่องที่ยังสรุปไมได หรือการทดลองที่ตองการ

ทักษะ และเทคนิคในการปฏิบัติการทดลอง ซ่ึงผูเรียนอาจยังไมมีความสามารถเหลานั้น ขอดีของวิธีการสอนแบบทดลอง มณฑา ธงอินเนตร กลาววา การสอนแบบทดลองมีขอดีดังนี้ (อางโดย กฤษณะ , ปญญา , 2536 : 4-8)

1. ทําใหความคิดรวบยอดชัดเจนยิ่งขึ้น 2. วัสดุจริงชวยกระตุนใหเกิดความสนใจ ทําใหการเรียนการสอนจริงจังและมีชีวิตชีวาเพราะ ทุกคนมีงานทํา 3. ชวยใหผูเรียนมีทักษะในการใชเครื่องมือ

ละออ การุณยะวณิช กับคณะ ก็ไดกลาวถึงขอดีของการสอนแบบทดลองไวดังนี้ (อางโดย กฤษณะ , ปญญา , 2536 : 4-8)

1. เปนการเรียนรูดวยการกระทํา 2. ส่ิงที่ประทับใจอันไดจากการสัมผัสหลาย ๆ ทางยอมทําใหการเรียนรูมีประสิทธิภาพ 3. การไดมีประสบการณจริงยอมเปนสิ่งชัดเจน และส่ิงที่ไดเรียนรูจากการทดลองยอมอยูใน ความทรงจํานานกวา

ขอเสียของวิธีการสอนแบบทดลอง ในขณะที่วิธีการสอนแบบทดลองชวยพัฒนาความคิดเชิงสืบสวนและเจตนคติทางวิทยาศาสตรของผูเรียน แตวิธีการสอนแบบนี้ก็มีขอจํากัด ดังนี้

1. มีผูเรียนไมมากนักที่มีจินตนาการ และความสามารถในการใชความคิดอยางพินิจพิเคราะห ซ่ึงสิ่งเหลานี้มีความจําเปนในการเขาถึงหลักการตาง ๆ ที่ไดจากการสังเกต หรือการทดลอง 2. วิธีการสอนแบบนี้ไมเหมาะสมสําหรับนักเรียนระดับชั้นต่ําและเด็กเล็กมาก ๆ หรือผูเรียน

ที่ ยังไมมีประสบการณ

14

3. นักศึกษาที่ขาดความคิดเชิงวิทยาศาสตรและความคิดอยางพินิจพิเคราะห มักจะแสรงสราง

ผลการทดลองใหเหมือนกับผลลัพธที่ตองการ 4. เปนวิธีการสอนที่ไมเหมาะสมสําหรับการพัฒนาใหเกิดทักษะ เพราะการทดลองเปนงานที่ ฝนหลักจิตวิทยาในการสรางนิสัย

ใบสั่งงานและความหมายของใบสั่งงาน ในการสอนวิชาตาง ๆ ครูมักใชเอกสารหรือส่ิงพิมพเปนสื่อประกอบการสอนดวยเสมอ ซ่ึงเอกสารหรือส่ิงพิมพที่ครูแจกใหกับนักเรียนเหลานี้รวมเรียกวา ใบสั่งงาน (Instruction Sheet) ใบสั่งงาน (Instruction Sheet) คือ ส่ือการสอนอยางหนึ่งที่ถูกเตรียมไวดวย จุดประสงคที่สนับสนุนครูชางและชวยเหลือผูเรียน ซ่ึงมีความแตกตางระหวางบุคคล ใบสั่งงานไมใชเปนส่ิงที่จะมาใชแทนครู แตใบสั่งงาน จะชวยใหผูเรียนไดมีการรับรู มีความเขาใจในเนื้อหาสาระ วิธีการปฏิบัติตาง ๆ ไดดียิ่งขึ้น (Manadis . 1977 : 121) วิชัย แหวนเพชร (2530 : 270) ไดใหความหมายวา เปนสื่อการเรียนอยางหนึ่งที่ครูผูสอนหรือผูที่เกี่ยวของเตรียมชวยเหลือใหการเรียนการสอนนั้นไดผลดีขึ้น โดยนํามาใชกับกลุมใหญหรือรายบุคคลก็ได หรือผูเรียนทํางานตางชนิดกันในเวลาเดียวกัน ซ่ึงผูเรียนสามารถศึกษาหาความรูไดจากใบสั่งงานนั้น ๆ ดวยตนเอง ฉะนั้น พอสรุปไดวา ใบสั่งงาน ก็คือ ใบชวยครูที่เปนสื่อนําพาเนื้อหาความรูไปสูผูเรียนอยางหนึ่งที่กําหนดเปาหมายแนวทางการทํางานและรายละเอียดเนื้อหาใหผูเรียนไดศึกษาดวยตนเอง ถึงแมจะเปนกลุมใหญ กลุมเล็ก รายบุคคล หรือผูเรียนที่มีงานปฏิบัติที่แตกตางกันในเวลาเดียวกันก็สามารถใชได หนาท่ีของใบสั่งงาน ไดมีผูกลาวและเขียนถึงใบสั่งงานไวมาก สามารถสรุปไดวา ใบสั่งงานที่จัดสรางไวดีนั้นจะตองทาํหนาที่ตอไปนี้ไดอยางสมบูรณ คือ

1. ใชอธิบายเรื่องราวใหแจมชัด 2. ใหเร่ืองราวที่เจาะจง 3. เสริมเรื่องราวที่เปนคําพูด 4. ใหเนื้อหาเพิ่มเติมเกี่ยวกับที่กําลังสอนอยู 5. เปดโอกาสใหนักศึกษากาวหนาไปตามความสามารถของตน

15

6. สนับสนุนความคิดและฝกนักศึกษาใหรูจักดําเนินการตามคําแนะนําหรือคําส่ังที่เปน ขอเขียน

7. เสริมแรงใหกับนักศึกษาที่เคยเรียนไดชา 8. ทําใหนักศึกษาใหมหรือมาเรียนไมทันติดตามงานที่สอนได 9. เปดโอกาสใหนักศึกษาทํางานที่มีความยากระดับเดียวกันเพิ่มขึ้นเพื่อเปนการปรับปรุงความ สามารถของตน โดยไมตองใหความชวยเหลือ 10. ชวยใหนักศึกษารูจักชวยเหลือตนเอง

การทําใบสั่งงาน การสอนทางวิชาอุตสาหกรรมศึกษานั้น ส่ิงที่ครูจะตองถายทอดและฝกนั้น ไดแก ดานเนื้อหาความรู ซ่ึงก็ไดแก หลักการวิชาการ ที่เราเรียกวา ทฤษฎี สวนอีกดานหนึ่งคือ ดานทักษะและเทคนิค เปนสวนที่เกี่ยวกับ ความคลอง ความชํานาญ ทางดานกลามเนื้อที่จะทําสิ่งตาง ๆ ซ่ึงเราเรียกวา ภาคปฏิบัติ นั่นเอง ในการปฏิบัติการสอนทั้งภาคทฤษฎีและภาคปฏิบัติดังกลาว หากไดส่ือการสอนประเภท ใบสั่งงาน มาใชจะทําใหเกิดการเรียนรูไดดียิ่งขึ้น และยังมีคุณคาตอกระบวนการเรียนรูอยางมาก ชนิดของใบสั่งงาน ไดมีผูจําแนกประเภทของใบสั่งงานออกไวเปน 7 ชนิดดวยกันคือ

1. ใบงานฝก ใบสั่งงานแบบนี้จะใหคําแนะนําในการปฏิบัติงานตอเนื่องกันไปเปนลําดับจน

สําเร็จ ซึ่งอาจมีรายละเอียดรวมอยูดวยพอสมควร หรืออาจมีแบบหรือพิมพเขียวประกอบอยูดวยก็ได

2. ใบปฏิบตัิการ ขีดจํากดัของใบสั่งงานแบบนี้คือ ใชสําหรับการปฏิบัติการพื้นฐานของงาน

อาชีพอยางใดอยางหนึ่ง เมื่อตองการใหเกิดความกาวหนาในการเรียนรู 1 ขั้น ในชวงเวลานั้น วัตถุประสงคหลักของใบสั่งงานแบบนี้คือ เพือ่ใหมีการปฏบิัติดวยวิธีการอยางเดียวกันและชวยใหเกิดนิสัยที่ถูกตองในการปฏิบัติงานที่ตองการทักษะเฉพาะ

3. ใบเนื้อหา ใบสั่งงานแบบนี้ประกอบดวยเนื้อหาที่เปนความจริง ซ่ึงมีความสําคัญในการทํา

16

ใหปฏิบัติการหรืองานอยางใดอยางหนึ่งสําเร็จลงอยางฉลาด ใบสั่งงานนี้ใชสําหรับทบทวนหรือเร่ืองราวที่ครูสอนไปแลว

4. ใบมอบหมายงาน ใชตอจากการสอนของครู ซ่ึงอาจประกอบดวยใบปญหาจํานวนหนึ่ง

เอกสารอางอิง ส่ิงที่ตองสังเกต หรือคําส่ังใหทํางานอยางใดอยางหนึ่งที่มอบหมายให 5. ใบโครงงาน เปนใบสั่งงานที่ประกอบดวย ความรูทุกอยางสําหรับทํางานหรือสราง

ผลิต ภัณฑอยางใดอยางหนึ่ง ดังนั้นใบโครงงานจึงใชในการสอนงานประเภทอุตสาหกรรมศิลป

6. ใบประลอง (Experiment Sheet) ใบสั่งงานแบบนี้มีประโยชนอยางยิ่งในงานทดลองที่ซ่ึง

นักศึกษาสามารถทดสอบหรือทดลอง เพื่อสาธิตและทดสอบหลักการทางวิทยาศาสตร ความจริงหรือสูตรตาง ๆ แมวาใบประลองนี้จะมีคาในการประลอง แตครูก็สามารถใชเทคนิคเดียวกันในการชวยใหนักศึกษาเรียนรูหลักสูตร หรือพิสูจนทฤษฎีบางอยาง

7. ใบงาน (Work Sheet) หมายถึง เอกสารที่พัฒนาขึ้นสําหรับความตองการเฉพาะ ตัวอยาง

ของใบสั่งงานแบบนี้ ไดแก ใบแสดงราคาของงานขนาดใหญ หรือใบคําถามที่ใหแกนักเรียนเปนงานพิเศษ เปนการบาน หรือใชในระหวางการสอนในชั้นเรียน

ลักษณะของใบสั่งงาน ถึงแมวาใบสั่งงานแตละแบบ จะมีรายละเอียดในเนื้อหาแตกตางกัน แตใบสั่งงานเหลานั้นก็ควรมีลักษณะสมบัติรวม (Common Characteristics) บางอยางดังนี้

1. ขอความแสดงจุดมุงหมายของใบสั่งงานนั้น 2. รูปแบบที่แนนอนของหัวกระดาษที่แสดงชื่อเร่ือง เลขดัชนี และรายละเอียดอื่น ๆ 3. รายการเครื่องมือ วัสดุ และอุปกรณตาง ๆ ที่ใช 4. สําดับการทํางานที่ตองปฏิบัติตาม 5. คําถามบางอยางที่กระตุนใหใชความคิด 6. รูปภาพและไดอะแกรมงาย ๆ เมื่อเปนไปได 7. หนังสืออางอิงและตําราอื่น ๆ สําหรับศึกษาตอไป และตรวจสอบ

17

8. การจัดหนากระดาษและรวบรวมเรื่องราวอยางนาสนใจ 9. การพิมพที่ไมมีขอผิดพลาดลงบนกระดาษขาวที่มีคุณภาพดี

ขอแนะนําในการเขียนใบสั่งงาน การนําเสนอเรื่องราวตาง ๆ ดวยใบสั่งงานนั้นเปนวิธีที่รูจักกันดี และเปนเครื่องมือท่ีใหผลดีอยางหนึ่ง ใบสั่งงานที่ครูเตรียมขึ้นมักดีกวาเอกสารที่มีรูปแบบอื่น ทั้งนี้ก็เพราะครูสามารถเสนอความคิดใหม ๆ ดวยวิธีการที่แนนอน สามารถเตรียมขึ้นใหเหมาะสมกับวิธีนําเสนอของครูแตละคน และสามารถดัดแปลงใหเหมาะสมกับวัสดุการสอนอื่น ๆ การเขียนใบสั่งงานใหดีเปนงานที่ตองการความคิดและการวางแผนมากพอสมควร ครูที่ตองเขียนใบสั่งงานควรศึกษาเนื้อหาของเรื่องที่จะเขียนจากตําราที่ดี ควรพิจารณาตัวอยางใบสั่งงานที่ดีและฝกเขียนใบส่ังงานเหลานั้นจนไดผลเปนที่นาพอใจ โดยมีผูใหขอเสนอแนะในการเขียนใบเนื้อหาไวดังนี้

1. ควรเสนอเนื้อหาไวใหตรง ส้ัน แตไดใจความตามลักษณะที่เปนจริงตามลําดับแหงตรรกวิทยา

2. ควรเลือกใชภาษาอยางระมัดระวังใหเหมาะสมกับผูเรียน เมื่อเร่ิมใชคําทางเทคนิคหรือ

ศัพททางวิชาชีพ ควรใหความหมายทันทีดวยภาษาที่ผูเรียนสามารถเขาใจได และควรแสดงใหรูวา ใบเนื้อหาที่เขียนขึ้นใชกับผูเรียนระดับใด

3. ภาพประกอบในใบเนื้อหา ควรสมบูรณที่สุดเทาที่จะทําได นั่นคือ ภาพประกอบควรเรียบ

รอย แมนยํา และวาดขึ้นอยางประณีต ตองมีคําอธิบายประกอบภาพชัดเจน ภาพที่เขียนขึ้นอยางหยาบ ๆ และสะเพรา จะทําใหคุณคาและความสําคัญของใบงานสูญเสียไปอยางนาเสียดาย

4. ขอความและภาพประกอบควรจัดและเวนระยะใหพอดี ไมควรเบียดแนน การจัดหนาของ

ใบเนื้อหา โดยทั่วไปควรใหอานไดงายที่สุดเทาที่จะทําได เพื่อใหผูอานตามไดสะดวก 5. ควรใชวิธีการพิมพแบบอื่น ๆ ชวย เพื่อทําใหใบเนื้อหานาสนใจมองดูเรียบรอยและ

อาน งาย ผลสัมฤทธิ์ของใบเนื้อหาจะสูญหายไปมาก ถาผูเรียนไดรับใบเนื้อหาไมดี ฉีกขาดหรือสกปรก

18

ขอดีของใบสั่งงาน ใบสั่งงานที่ดีนั้นจะกอใหเกิดประโยชนในการเรียนการสอนดังนี้

1. ประหยัดเวลาของครู ชวยตัดการอธิบายดวยคําพูดที่ไมจําเปน และเรื่องที่ตองอธิบายซ้ํา ออกไป

2. แสดงใหเห็นถึงการเตรียมการอยางถ่ีถวนของครู 3. ชวยครูในการใหเนื้อหาแกกลุมผูเรียนที่กําลังทํางานแตกตางกันอยางไดผลดี 4. ทําใหครูสอนนักเรียนที่มีระดับทางวิชาชีพแตกตางพรอมกันได 5. กระตุนใหเกิดการเรียนดวยส่ือที่มองเห็นได เพราะปกติใบสั่งงานมักมีภาพวาดและรปูภาพ

รวมอยูดวย 6. ยอมใหนักเรียนกาวหนาในการเรียนไดเร็วตามความสามารถของนักเรียนแตละคน ทําให นักเรียนที่เรียนรูไดเร็วจะไมถูกถวงไวโดยนักเรียนที่เรียนไดชากวา 7. ทําใหนักเรียนทํางานของตนเมื่อครูไมอยู หรือเมื่อครูตองใชเวลากับนักเรียนคนอื่นในชั้น 8. กําจัดความเขาใจผิดที่อาจเกิดขึ้นไดเสมอ เมื่อครูอธิบายดวยคําพูด 9. ตัดคําแกตัวของนักเรียนที่ไมจริงจังกับการทํางาน 10. พัฒนานิสัยที่เปนแบบเดียวกันในการทํางาน 11. สนับสนุนใหนักเรียนเกิดความเชื่อมั่นในตนเอง 12. เตรียมนักเรียน สําหรับการทํางานทางอุตสาหกรรมที่มักใชเอกสารเรื่องราวตาง ๆ

เปน ส่ืออยูเสมอ 13. ใชงานบันทึกที่ถาวรแกนักเรียน 14. เปนสิ่งอางอิงสําหรับตรวจการทํางาน 15. ใชสะดวกและเก็บรักษาไดงาย

ขอเสียของใบสั่งงาน ถึงแมวาใบสั่งงานจะมีขอดีอยูหลายประการ แตก็มีขอเสียอยูบาง ดังนี้

1. ในบางกรณีใบสั่งงานมีระยะขั้นตอนตาง ๆ ในการทํางาน แตไมไดอธิบายวาจะปฏิบัติ

ตามขั้นตอนเหลานั้นอยางไร 2. ถาเขียนไมชัดเจน จะทําใหนักศึกษาเขาใจไดยาก

19

3. เปนการยากสําหรับบางคนที่จะตีความเรื่องราวตาง ๆ ที่อยูในรูปของสิ่งพิมพ 4. นักศึกษาจะถามเนื้อหาจากนักศึกษาที่ทํางานรวมกันอยูมากกวาที่จะอานจากใบสั่งงานดวย ตนเอง 5. ครูจะพบวาเปนการยากที่จะกระตุนใหนักศึกษาใชใบสั่งงาน 6. ถาใบสั่งงานสมบูรณเกินไป นักศึกษาก็จะไมมีความคิดริเร่ิมในการหาหนทางทํางาน

ดวย ตนเอง และจะใหความคิดเพียงเล็กนอยเทานั้นในการทํางาน เพราะมีคําแนะนําตาง ๆ อยูพรอมแลว

7. นักศึกษาไมสนใจการสาธิตและการอธิบายของครูเพราะสิ่งที่ครูกระทําก็จะอยูในใบสั่งงาน ที่ครูแจกให 8. นักศึกษาหลายคนมีความสามารถในการอานจํากัด ซ่ึงผลที่ตามมากก็คือ ทําใหเกิด

ความ ผิดพลาดในการทํางานอยางหลีกเลี่ยงไมได

2.3 เนื้อหาวิชาตามหัวเรื่องในการประลอง

ใบประลอง จํานวน 14 เร่ือง ประกอบดวย 2.3.1 การเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอก ( Digital to Analog Conversion ) 2.3.2 การเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอล ( Analog to Digital Conversion ) 2.3.3 วงจรสุมและคงคาสัญญาณ ( Sample and Hold Circuit ) 2.3.4 การมอดูเลตเชงิขนาดพัลส ( Pulse Amplitude Modulation , PAM ) 2.3.5 การดีมอดูเลตเชิงขนาดพัลส ( Pulse Amplitude Demodulation ) 2.3.6 การมอดูเลตเชงิความกวางพลัส ( Pulse Width Modulation , PWM) 2.3.7 การมอดูเลตเชงิตําเหนงพัลส ( Pulse Position Modulation , PPM) 2.3.8 การมอดูเลตเชงิความถี่พัลส ( Pulse Frequency Modulation , PTM) 2.3.9 การมอดูเลตเชงิรหัสพัลส ( Pulse Code Modulation , PCM) 2.3.10 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามขนาด ( Amplitude – Shift Keying , ASK)

20

2.3.11 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามความถี่ ( Frequency – Shift Keying , FSK) 2.3.12 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามเฟส ( Phase – Shift Keying , PSK) 2.3.13 การมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา( Time Division Multiplex , TDM) 2.3.14 การมอดูเลตแบบเดลตา ( Delta Modulation, DM ) ซ่ึงจะกลาวถึงรายละเอียดหวัขอในการทดลองดังตอไปนี้

2.3.1 การแปลงสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอก ( Digital to Analog Conversion ) : (Howard, 1990 . Romakant,1993. D. Roy, Robert,1994 . Sergio , 1988 . and Darold,1987. )

สัญญาณไฟฟาในงานอิเล็กทรอนิกส สามารถแบงออกไดเปน 2 ประเภทใหญๆ คือ สัญญาณ

แอนะลอก (Analog signal) และสัญญาณดิจิตอล (Digital signal) ซ่ึงในบางครั้งจําเปนตองมีการเปลี่ยนแปลงรูปสัญญาณเพื่อความเหมาะสมในการทํางานของการควบคุมระบบ ในการทดลองนี้จะเปนการแปลงสัญญาณดิจิตอลใหเปนแอนะลอก ( Digital to Analog conversion, D/A หรือ DAC )

วงจรแปลงสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอก เราสามารถสรางวงจรแปลงสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอกไดโดยใชออปแอมปสําหรับวงจรนี้จะรับเอาสัญญาณดิจิตอล ตัวอยางเชนมีขนาด 3 บิตมาแปลงใหเปนสัญญาณแอนะลอกดังภาพที่ 1

อินพุต

b2 b1 bo

เอาตพุต Vo (V) 0

0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

0 0.714 1.428 2.142 2.856 3.57 4.289

5

21

(ก)

D

A

0b

1b

2b

oV

(ข)

D

A

0b

1b

2b

oV1−=

จํานวนบิต2

สเกลแรงดันเต็มดของแรงดันความละเอีย

1−= 32

V5 ดของแรงดันความละเอีย

V0.714ดของแรงดันความละเอีย =

ภาพที ่1 หลักการแปลงสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอก

จากภาพที่ 1 สมมติที่แรงดันเต็มสเกลคือ 5 V เมื่อใหทุกบิตเปน “1” จะไดแรงดัน Vo = 5 V ถาใหเปน “0” ทุกบิต จะไดแรงดัน Vo = 0 V และถาเปลี่ยนแปลงบิตตางๆก็จะไดคา Vo ตามตารางในภาพที่ 1 (ก) วงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอกโดยใชออปแอมปมีอยู 2 ชนิด คือ - แบบ Binary-weighted resistors - แบบ R-2R resistors

ภาพที ่2 วงจร D/A แบบ Binary-weighted resistors

R

R/4

R/8

b

0

b1 b2 b3

Rf b0 R/2

Vo

วงจร D/A แบบ Binary-weighted resistors แสดงในภาพที่ 2 ซ่ึงเปนตัวอยางของวงจรแปลงสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอกขนาด 4 บิต จากวงจรจะเห็นไดวาเปนการตอออปแอมปเปนวงจรขยายบวกสัญญาณแบบกลับเฟส แตคาตัวตานทานที่อินพุตแตละบิตจะมีคาตางกัน วงจร D/A ขนาด 4 บิต จะใหคาแรงดันเอาตพุตแอนะลอก 16 คาตามสมการ

22

จํานวน step = 2 จํานวนบิต (1) จากสมการที่ (1) ของวงจรขยายผลบวกสัญญาณในภาพที่ 2 เราจะไดสมการของแรงดันเอาตพุต Vo ดังนี้

⎛= + + +⎜⎝ ⎠o f

b b b bV - R

R R / R / R /0 1 2 3

2 4 8⎞⎟ (2)

โดยที่ b 0 ถึง b3 เปนสัญญาณดิจิตอลซึ่งมีเพียงลอจิก “0” และลอจิก “1” โดยที่ลอจิก “0” หมายถึงมีการตออินพุตนั้นลงกราวนด สวนลอจิก “1” หมายถึงตอกับแรงดันที่ตองการ ยกตัวอยาง เชน แรงดัน +5 V เปนตน จากวงจรในภาพที่ 2 ถากําหนดแรงดัน +5 V R = 10 kΩ และ Rf = 1 kΩ เราจะไดแรงดันเอาตพุต Vo ในแตละขั้นดังภาพที่ 3 (ก) และ (ข) โดยที่คาแรงดัน Vo สามารถคํานวณไดจาก สมการ (2)

อินพุตB

เอาตพุต Vo (V)

B3 b2 b1 bo 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 -0.5 -1

-1.5 -2

-2.5 -3

-3.5 -4

-4.5 -5

-5.5 -6

-6.5 -7

-7.5

(ข)

(ก)

- 0.5- 1- 1.5

- 7.5- 7

0

เอาตพุต( )oV V

1 2 3 15

เลขฐานสิบเทียบเทาของเลขฐานสองอินพุต

ภาพที่ 3 (ก) แรงดันเอาตพุต Vo ที่แตละข (ข) กราฟความสัมพันธระหวางอ

ั้นของลอจิกอินพุต ินพุตและเอาตพุต R

b1 b2 b3b0

Vo

RfR R

2R 2R 2R 2R2R

23

ภาพที ่4 วงจร D/A แบบ R-2R resistors

ขอเสียของวงจร D/A แบบแรกคือตองการตัวตานทานหลายคาซึ่งอาจเปนการยากในทางปฏิบัติ ดังนั้นสามารถใชวงจร D/A อีกแบบหนึ่งคือ แบบ R-2R resistors ดังแสดงในภาพที่ 4 วงจรดังกลาวใชตัวตานทานเพียง 2 คา คือ R และ 2R โดยแรงดันเอาตพุต Vo จะมีคา

⎛ ⎞= + + +⎜ ⎟⎝ ⎠

0 31 2o fV -R

2 4 8 16

b bb b

R R R R (3)

ยกตัวอยางเชน ถากําหนดแรงดันของลอจิก “1” เทากับ +5V และกําหนด Rf = 20 kΩ R = 10 kΩ จากสมการที่ (3) จะไดคาของแรงดันเอาตพุตเปนไปตามภาพที่ 5

อินพุต B

เอาตพุต Vo (V)

B3 b2 b1 bo0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 -0.625 -1.25 -1.85 -2.50 -3.125 -3.750 -4.375 -5.0

-5.625 -6.25 -6.875 -7.50 -8.125 -8.875 -9.375

(ข) (ก)

- 0.625

- 1.875

- 3.125

- 9.375

1 3 5 15

( )oV V

เลขฐานสิบเทียบเทาของเลขฐานสองอินพุต

ภาพที่ 5 (ก) แรงดันเอาตพุตในแตละขัน้ของลอจิกอินพุต (ข) กราฟแสดงความสมัพันธระหวางอินพุตแล

DAC ในรูปแบบวงจรรวมหรือไอซ ี

24

ในปจจุบันไดมีการผลิตวงจร DAC ออกมาในรูปแบบของวงจรรวมหรือไอซี ยกตัวอยางเชน เบอร DAC0808 ซ่ึงเปนเบอรที่ใชในการทดลองของบทนี้ DAC0808 มีตําแหนงขาและโครงสรางภายใน ดังภาพที่ 6

12

3

4

56

7

8

10

1112

13DAC0808

14

9

15

16VREF(+)VREF( -)

GNDCompensation

A2A3A4 A5

A6A7A8 LSB

NC

IOMSB A1

1

VCC

VEE

8 Digital InputRangeControl

GND

Compen

Current Switches

2R Ladder Bias Current

NPN CurrentSource Pair

ReferenceCurrent Amp

IO

VREF(+)

VREF(-)

VCC

VEE

ภาพที ่6 ตําแหนงขาและโครงสรางของ DAC0808

สําหรับการใชงานโดยทั่วไปของ IC DAC0808 แสดงดังภาพที่ 7 จะเห็นไดวามกีารตอวงจรเปลี่ยนกระแสเปนแรงดัน (Current to Voltage Converter) ที่ขา 4 ซึ่งเปนขาเอาตพุตของ DAC0808 ใหเอาตพุตออกมาในรูปของกระแสจึงตองทําการเปลี่ยนกระแสเปนแรงดัน

จากวงจรในภาพที่ 7 จะทําใหไดสัญญาณเอาตพุต Vo มีคาเปน

⎛= + + + +⎜⎝ ⎠

1 2 3 8102 4 8 256

o

A A A AV V ... ⎞⎟ (4)

LF351+

- Vooutput

0.1 Fμ

5kΩ

5.000kΩ 10.000V = VREF567

11

8

109

12

1314

152

4

16

3

VCC= 5V

VEE= -15V

DAC0808

A1

A7A6

A2

A8

A3A4A5

MSB

LSB

DIGITALINPUT{ 5kΩ

25

ภาพที ่7 การตอ DAC0808 ใชงานโดยทั่วไป

2.3.2การเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอล ( Analog to Digital Conversion ) : (A.John,1994 . and Ramesh, 2001 . ) สัญญาณขาวสารเชนสัญญาณเสียงหรือสัญญาณภาพ ตามปกติจะมีลักษณะเปนสัญญาณ

แอนะลอก ดังนั้นเมื่อตองการสงสัญญาณขาวสารนั้นในระบบสื่อสารแบบดิจิตอล ซ่ึงเปนระบบที่ใหความปลอดภัย กวาแบบแอนะลอก จึงจําเปนตองเปนสัญญาณขาวสารใหเปนสัญญาณดิจิตอลเสียกอน สําหรับการแปลงสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอล โดยทั่วไปมีอยู 3 วิธี คือ 1. แบบขนาน (Parallel) หรือแบบทันที (Flash)

2. แบบ Successive approximation 3. แบบ Dual-Slope integration

ในที่นี้จะบอกกลาวเพียง 2 วิธีแรกเทานั้น เนื่องจากเปนวิธีที่ใชในการทดลองนี้ ADC แบบ Parallel หรือ Flash ในบางครั้ง ADC แบบนี้จะเรียกวา Comparator Ladder เปนวิธีการแปลงสัญญาณแอนะลอก เปนสัญญาณดิจิตอลที่ใหการตอบสนองที่เร็วที่สุดกวาแบบอื่นๆ แตก็มีโครงสรางที่ซับซอน โดยวิธีการนี้คือ การใชวงจรเปรียบเทียบแรงดัน (Comparator) ที่เปนชุด ดังแสดงในภาพที่ 8 ซ่ึง เปน ตัวอยางของการแปลงสัญญาณแอนะลอกเปนดิจิตอลที่ใหเอาตพุตออกมามีขนาด 3 บิต จะเห็นวามีการใชชุดวงจรเปรียบเทียบแรงดันถึง 7 ตัว ซ่ึงสามารถหาไดจากสูตร

= −2nN 1 (5)

เมื่อ N เปนจํานวนวงจรเปรียบเทียบแรงดัน n เปนความละเอียดหรือจํานวนบิตของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุต

จากสมการที่ (8) จะเห็นวา ถาตองการสัญญาณดิจิตอลที่มีความละเอียดถึง 12 บิต จะตองใชวงจรเปรียบเทียบแรงดันถึง 4,095 ตัว วิธีการ ADC แบบนี้จึงไมคอยนิยมใชเนื่องจากวงจรที่ไดจะมีขนาดใหญมากในกรณีที่ตองการความละเอียดสูงถึงแมมันจะมีการตอบสนองที่เร็วก็ตาม

26

สําหรับการทํางานของ ADC แบบนี้ ยกตัวอยางวา แรงดันอางอิง (Vref) มีคา 7.0 V ดังนั้น จุดอางอิงของวงจรเปรียบเทียบแรงดัน A คือ 0.5 V ในขณะที่ B มีจุดอางอิงเทากับ 1.5 V สวนวงจรเปรียบเทียบแรงดัน D, E, F และ G ก็จะมีจุดอางอิงเทากับ 3.5 V, 4.5 V, 5.5 V และ 6.5 V ตามลําดับ

เมื่อมีสัญญาณอินพุต (Vin) ยกตัวอยางกับ 4.9V วงจรเปรียบเทียบแรงดัน Aถึง E กจ็ะทาํงาน สงสัญญาณออกมาที่เอาตพุต ในขณะที่ F และ G ยังคงไมมีสัญญาณเอาตพุตออกมา ทําใหการเขารหัส (Encoding) ไดสัญญาณดิจิตอลออกมาคือ 101 ซ่ึงเปนการแสดงวา สัญญาณอินพุตมีคาอยูในชวง 4.50-5.49V ตามที่แสดงในตารางที่ 1

ภาพที ่8 วงจร ADC แบบ Parallel หรือ Flash

G

F

E

D

C

B

A

R/2

R

R

R

R

R

R

R/2

refV inV

วงจรถอดรหัส

MSB

NMSB

LSB

ตารางที่ 1 ความสัมพันธของสัญญาณอินพุตและสัญญาณดิจิตอลเอาตพุต ของวงจร ADC ภาพที่ 8

ลอจิกเอาตพุตของวงจรเปรียบเทียบแรงดัน รหัสไบนารี ยานแรงดันอินพุต (Vin)

A B C D E F G MSB LS

B

27

0-0.49 0.5-1.49 1.5-2.39 2.5-3.49 3.5-4.49 4.5-5.49 5.5-6.49 >6.5

0 1 1 1 1 1 1 1

0 0 1 1 1 1 1 1

0 0 0 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 0 0 1 1 1

0 0 0 0 0 0 1 1

0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

ADC แบบ Successive Approximation ADC แบบนี้เปนวิธีหนึ่งที่ไดรับความนิยมมาก เนื่องจากมีโครงสรางที่ไมซับซอน ภาพที่ 9 เปนโครงสรางของ ADC แบบนี้ ซ่ึงพบวาประกอบไปดวย DAC เพื่อใชในสรางสัญญาณแอนะลอก เพื่อเปรียบเทียบสัญญาณที่สรางขึ้นภายใน สําหรับการทํางานของ ADC แบบนี้ เร่ิมตน DAC จะกําเนิดสัญญาณแอนะลอกที่มีคาเปนครึ่งหนึ่งของแรงดันเต็มสเกล โดยสามารถสรางไดจากการกําหนดใหบิตนัยสําคัญสูงสุด (Most Significant Bit, MSB) เปน “1” ถาปรากฎวา แรงดันอินพุตของวงจรเปรียบเทียบแรงดันมีคามากกวาแรงดันของสัญญาณอางอิง ซ่ึงเทากับศูนยเอาตพุตของวงจรเปรียบเทียบแรงดันจะยังไมมีสัญญาณออกมา สัญญาณดิจิตอลที่บิต MSBก็ยังคงเปน “1” แตถาวงจรเปรียบเทียบแรงดันใหสัญญาณเอาตพุตออกมาบิต MSB ก็ยังคงเปน “0” กระบวนการนี้จะกระทําไปเร่ือยๆ ในแตละจังหวะของสัญญาณนาฬิกา จนกระทั่งครบทุกบิตจนถึงบิตที่มีนัยสําคัญตํ่าสุด 1 (Last Significant Bit, LSB)

DAC

วงจร SuccessiveApproximation

วงจรเปรียบเทียบแรงดัน

สัญญาณแอนะลอกอินพุต

Rแรงดันอางอิง

สัญญาณดิจิตอลเอาตพุต

สัญญาณนาฬิกา

28

ภาพที ่9 โครงสรางของ ADC แบบ Successive Approximation

แรงดันเต็มสเกล

3/4 แรงดันเต็มสเกล

1/4 แรงดันเต็มสเกล

1/2 แรงดันเต็มสเกล

1 2 3 4 5 6 7 8

ภาพที ่10 การทํางานของ ADC แบบ Successive Approximation คาบเวลา

ภาพที่ 10 แสดงสัญญาณอินพุตของวงจรเปรียบเทียบกับชวงเวลาสัญญาณนาฬิกาจะเห็นวา ADC แบบนี้จะใหการตอบสนองที่เร็วอยูในยานของไมโครวินาที ในปจจุบันไดมีการผลิต ADC ออกมาจําหนายในรูปของไอซี ซ่ึงมีอยูหลายเบอรหลายบริษัท ในที่นี้ขอยกตัวอยาง ADC0809 ซ่ึงเปนเบอรที่ใชในการทดลองของบทนี้ โดย ADC0809 เปน ADC แบบ Successive Approximation นอกจากนั้นยังมีจุดตอสัญญาณอินพุตไดถึง 8 ชอง ใชการเลือกไดมีวิธี มัลติเพล็กซ (8-ChanelMultiplexer)

ภาพที่ 11 เปนโครงสรางภายในของ ADC0809 สวนภาพที่ 12 แสดงตําแหนงขาของ ADC0809

ภาพที ่11 โครงสรางภายในของ ADC0809 cc

VGND

+

8 Bit Output

Interupt

Start Clock

8 AnalogInput

3 BitAddress

AddressLatch Enable

Comparator

8 Bit A/DControl & Timing

S.A.R

Swith Tree

Resister Ladder256R

AddressLatchand

Decoder

8 ChannelsMultiplexing

Analog

Switches

OutputLatch

Tri-state

Buffer

REFV− Output Enable

1 2

3

4

56

7

8

28

27

26

25

24

23

22

21

ADC

0809

IN2IN1IN0ADD AADD BADD CALE2-1 MSB

IN3IN4IN5IN6IN7

STARTEOC

-52

29

ภาพที ่12 ตําแหนงขาของ ADC 0809 2.3.3 วงจรสุมและคงคาสัญญาณ ( Sample and Hold Circuit ) : ( John , 1992. ) ตามปกติสัญญาณขาวสารซึ่งสวนใหญจะเปนสัญญาณแอนะลอก เมื่อตองการใชวิธีมอดูเลตแบบ

ดิจิตอล (Digital modulation) จําเปนตองมีการสุม (Sampling) และคงคาสัญญาณ (Holding) นั้นใหกลายเปนสัญญาณพัลส เพื่อความสะดวกในการสงสัญญาณขาวสาร การสุมคาสัญญาณ

หลักการพื้นฐานของการสุมสัญญาณ คือ การสงผานสัญญาณแอนะลอกในชวงเวลา “On” ของสัญญาณพัลสที่เปนสัญญาณควบคุมในลักษณะคาบเวลา (Periodic pulse train) โดยสัญญาณพัลสที่ควบคุมจะเรียกวา ฟงกช่ันสุม (Sampling function,s(t)) ลักษณะของฟงกช่ันสุมนี้เปนสัญญาณพัลสที่มีความสูงคงที่ มีความกวางพัลส τ วินาที และมีคาบเวลา T คงที่ ดังแสดงในภาพที่ 13 (ข) สัญญาณ แอนะลอกหรือสัญญาณแบนดมูลฐาน (Baseband,Vm) ตามปกติจะถูกยกระดับ (Level shift) เพื่อไมใหมีสวนประกอบที่เปนสัญญาณไฟลบ ทําใหไดสัญญาณที่ถูกสุมดังภาพที่ 13 (ง) สําหรับกรณีที่สัญญาณ ขาวสารไมไดมีการยกระดับ จะไดสัญญาณที่ถูกสุมดังภาพที่ 13 (ค)

ในการวิเคราะหเกีย่วกับการสุมสัญญาณ ยกตัวอยางวาสัญญาณขาวสารเปนสัญญาณโคซายน ที่มีแอมปลิจูดเทากับ 1 ที่มีการยกระดับ ตามสมการ

1 cosmv mtω= + (6)

สัญญาณที่ถูกสุม (Sampling signal, Vs ) สามารถหาไดจากการคูณสัญญาณขาวสาร Vm และ ฟงกช่ันสุม ตามสมการ

30

( )s mv v s t= (7)

โดยที่กระบวนการสุม มีคาบเวลาในการสุมเทากับ T มีชวงเวลาในการคงคาสัญญาณเทากับ τ และ fs เปนความถี่ของการสุม (Sampling frequency) และตามปกติชวงเวลาในการสุมและคงคาสัญญาณ มักจะมีการกําหนดใหนอยกวาคาบเวลาในการสุม ( τ<<T ) เพื่อใหเปนการแสดงเฉพาะความสูงของขนาดสัญญาณแบนดมูลฐาน

ภาพที ่13 หลักการสุมคาสัญญาณ

สัญญาณแบนดมูลฐาน

สัญญานสุมS(t)

สัญญาณที่ไดรับการยกระดับ

T tVm×s(t)

t

t

t

t(ก)

(ข)

(ค)

(ง)

ฟงกชั่นสุม

ฟงกช่ันสุม คือ ขบวนพัลสแคบๆ ที่แสดงไวในภาพที่ 13 (ข) จากการวิเคราะหสัญญาณโดยใช ฟูเรียร (Fourier analysis) จะไดสเปคตรัมความถี่ของสัญญาณ s(t) เปน

2( ) 1 2[(sin )cos (sin )cos 2 ...]cs t c t c tT T Tτ πτ πτω⎧ ⎫= + + +⎨ ⎬⎩ ⎭

cω (8)

ซ่ึงสัญญาณ s(t) ที่มีสเปคตรัม ดังสมการที่ (5.3) แสดงภาพที ่5.2 โดยที ่

31

sin ( )sin c xcx

= (9)

ถาหากวาชวงเวลาสุมมีคานอยกวาคาบเวลาในการสุมมากๆ แลว ( τ << T) เราสามารถกลาว

ไดวา

( )1

T

ncsin =

πτ

ดังนั้น ( ) (1 2cos 2cos 2 2cos3 ...)s s ss t t t t

Tτ ω ω ω= + + + + (10)

ซ่ึงจะพบวาสวนประกอบความถี่ของสัญญาณฟงกช่ันสุม s(t) เปนดังภาพที ่15

T

1

T

2

T

3

T

4

τ1

τ2

τ3

T = 5τ 1

f

ภาพที ่14 สวนประกอบความถี่ของฟงกช่ันสุม

ภาพที ่15 สวนประกอบความถี่ของฟงกช่ันสุมกรณทีี่ τ << T

1 T >> τ

f

32

การวิเคราะหการสุมคาสัญญาณ จากสัญญาณทีถู่กสุมเปนผลมาจากการคูณสัญญาณแบนดมูลฐานดวยสัญญาณฟงกช่ันสุม

ตามสมการที่ (7)

( )s mv v s t= (1 cos ) (1 2cos 2cos 2 ...)m m s sv t t t

Tτω ω ω= + + + +

(1 cos 2cos 2cos cos

2cos 2 2cos cos ...)

mm s s

s s m

v t t tT

t t t

mtτ ω ω ω

ω ω ω

ω+ +

+ + +

= +

(1 cos cos( ) 2cos cos( )

cos(2 ) 2cos cos( ) ...)

mm s m s s

s m s s m

v t t tT

t t

m tτ ω ω ω ω ω ω

ω ω ω ω ω

= + + − + + +

+ − + + + + (11)

จากสมการที่ (11) จะเห็นไดอยางชัดเจนวา สัญญาณที่ถูกสุมไดประกอบไปดวยแรงดันไฟตรง ( mv

Tτ ) สัญญาณแบนดมูลฐาน cosmv

T mtτ ω รวมดวยสัญญาณที่เกิดจากการมอดูเลตเชิงขนาด

(Amplitude modulation) และสวนประกอบความถี่สูงที่เกิดจากการสุม โดยสวนประกอบความถี่ของสัญญาณ Vs ตามสมการที่ (11) สามารถแสดงไดดังภาพที่ 16 (ก) สวนในภาพที่ 16 (ข) เปนการแสดงถึง สวนประกอบความถี่ของแบนดมูลฐานในทางปฏิบัติที่มีลักษณะเปนแถบความถี่

f

f

fm fs2fs

3fs 4fsfs -fm fs +fm

2fs -fm 2fs +fm

fmax

fs -fmax

fsfs + f max

2fs -fmax

2fs

2fs +fmax 3fs 4fs

(ก)

(ข)

33

ภาพที ่16 สวนประกอบความถี่ที่ถูกสุม (ก) ความถี่แบนดมูลฐานเดี่ยว (fs = 3.2 fm = 1.6 fn) (ข) แถบความถี่ของแบนดมูลฐาน [(0 – fmax) - fs = 3.2 fmax = 1.6 fn]

จากสวนประกอบความถี่ของสัญญาณที่ถูกสุมแสดงใหเห็นชัดเจนวา เราสามารถกูคืนสัญญาณ ขาวสารออกจากสัญญาณที่ถูกสุมไดโดยการใชวงจรกรองความถี่ตํ่า ขอกําหนดของ Nyquist

Nyquist ไดคนพบในป ค.ศ.1928 วาการสุมที่สมบูรณที่สามารถใหกลับคืนมาไดนั้น ความถี่ของสัญญาณฟงกขั่นสุมจะตองมีคาอยางนอยเปน 2 เทาของความถี่แบนดมูลฐานสูงสุด (fm) ซ่ึงเราเรียกวา ขอกําหนดของ Nyquist (Nyquist criterion) โดยที่

)f(f2f

nmS=≥ (12)

จากสมการที่ (12) ซ่ึงเปนขอกําหนดของ Nyquist ถาหากความถี่สุมมีคาเทากับ 2fm จะ

เรียกความถี่นี้วา เปนความถี่ Nyquist (Nyquist criterion, fn)

fmax fs -fmaxfs

fmax

fs -fmax

fs

ภาพที ่17 ขอกําหนดของ Nyquist fmax

fs -fmax fs

การทับซอน

f

fs = 1.2 fn

fs = 0.8 fn

fs = fn

(ก)

(ข)

(ค)

f

f

34

ในภาพที่ 17 เปนการแสดงใหเห็นถึง ขอกําหนดของ Nyquist ถาการสุมมีความถี่ตํ่ากวา fn

คือ fs = 0.8fn ดังในภาพที่ 17 (ค) เราจะเห็นวาความถี่แถบขางดานตํ่า (Lower sideband, fs -fm) ที่เกิดจากการสุม จะเกิดการทับซอน (Overlab) ความถี่แบนดมูลฐาน ทําใหเมื่อใชวงจรกรองความถี่ตํ่ากูคืนสัญญาณขาวสาร กลับคืนมาจะเกิดความผิดเพี้ยน (Distortion) ขึ้นมา

สวนในภาพที่ 17 (ก) เปนกรณีที่ใชความถี่สุม (fs) เทากับ 1.2fN จะเห็นวาสเปคตรัมของแบนด มูลฐานที่ไดจะถูกแยกออกมาจากแถบความถี่ที่เกิดจากการสุมอยางชัดเจน ทําใหไมมีความผิดเพี้ยนเกิดขึ้นหลังจากการใชวงจรกรองความถี่ตํ่ากูคืนสัญญาณขาวสาร แตถาหากเราใชความถี่สุมเทากับความถี่ Nyquist พอดี (fs = fn) จะไดสเปคตรัมความถี่ดังภาพที่ 17 (ข) ซ่ึงแถบความถี่ของแบนดมูลฐานจะติดกับแถบความถี่ ที่เกิดจากการสุมพอดี แตอยางไรก็ตามการกูคืนสัญญาณขาวสารโดยใชวงจรกรองความถี่ ตํ่าจะทําไดยาก ดังนั้นควรมีการกําหนดความถี่สุมใหมีคามากกวา การ Aliasing

ปญหาอยางหนึ่งในการสุมคาสัญญาณ คือการ Aliasing ซ่ึงเกิดขึ้น เมื่อความถี่แถบขางดาน ตํ่าของ fs ปรากฏอยูในยานแถบความถี่มูลฐาน ปรากฎการณจะเกิดจากการที่ความถี่สุมมีคานอยกวา ความถี่ Nyquist ดังแสดงในภาพที่ 18 ซ่ึง fs = 1.6 fm(0.8 fn)

ภาพที่ 18 (ก) เปนสเปคตรัมความถี่ของสัญญาณที่ถูกสุม จะเห็นวาความถี่แถบขางดานตํ่าอยูที่ 0.8fn (มาจากความถี่สุมเทากับ 1.6fm ลบดวยสัญญาณขาวสาร fm) ซ่ึงทําใหเกิดความผิดเพี้ยนเกิดขึ้นหลังจากการใชวงจรกรองความถี่ตํ่ากูคืนสัญญาณ

ในภาพที่ 18 (ข) เปนรูปคลื่นของสัญญาณขาวสารเทียบกับสัญญาณ aliased โดยที่

1 11.6s m.6

s m

f fT T

= = =

ดังนั้น

1.6m

sTT = 58s mT T=

แตเนื่องจากการสุมที่มีความถี่ตํ่าเกินไป จึงเปนไปไดวาจะเกิดสัญญาณที่มีความถี่ตํ่ากวา

ดังแสดงในภาพที่ 18 (ข) เราสามารถหาความถี่แถบขางที่ไมตองการของ fs (fs - fm) ไดจาก 1.5 2.5x mT T=

ดังนั้น

35

53x mT T=

0.6x m x mf f f f= = − (13)

ดังนั้นการเกิด Aliasing เปนปญหาอยางมาก ถาสัญญาณแบนดมูลฐานมีความถี่สูงกวา คาความถี่สูงสุดของสัญญาณ ยกตัวอยางเชน สัญญาณรบกวน เพื่อหลีกเล่ียงปญหาดังกลาว ในระบบจริงสัญญาณแบนดมูลฐานจะถูกจํากัดดวยวงจรกรองความถี่ตํ่าเพื่อกรองเอาสัญญาณที่ตองการ เทานั้น โดยวงจรกรองความถี่นี้จะเรียกวา Anti-aliasing filter

ภาพที ่18 รูปคลื่นและสเปคตรัมซ่ึงแสดงถึงการ Aliasing

Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts

Tm2Tm 3TmT

(s- m)

2T(s

- m)

Aliased รูปคลื่นจริงจุดสุมสัญญาณรูปคลื่น

(ก)

(ข)

(ก) สวนประกอบความถี่ของสัญญาณที่ถูกสุม (fs = 0.8fn) (ข) รูปคลื่นที่แสดงถึงการสุม

การสุมและคงคาสัญญาณ

สัญญาณแอนะลอกจะตองถูกเปลี่ยนเปนสัญญาณเชิงพัลส ในระบบการมอดูเลตแบบดิจิตอล ซ่ึงสามารถกระทําไดโดยใชวงจรสุมและคงคาสัญญาณ ภาพที่ 19 เปนตัวอยางสัญญาณที่ไดจากการ สุมและคงคาสัญญาณ โดยวงจรจะผลิตพัลสที่มีความสูงเทากับขนาดของสัญญาณแอนะลอกที่เวลาสุมนั้น และจะคงคาสัญญาณที่ความสูงนั้นไปตลอดจนมีการสุมอีกครั้ง ความสูงของพัลสก็จะเปลี่ยนแปลงไปตามขนาดของสัญญาณแอนะลอกในชวงเวลาที่มีการสุมนั้น

36

ภาพที ่19 รูปคลื่นที่ไดจากการสุมและคงคาสัญญาณ

รูปคลื่นสัญญาน

คาบเวลาสุมสัญญาณ

จังหวะการสุมสัญญาณ

รูปคลื่นจากการสุมและคงคาสัญญาณ

tT

สัญญาณขาวสาร วงจรกันชน

ดานอินพุต

สวิตชควบคุมลอจิก

วงจรกันชนดานเอาตพุต

ตัวเก็บประจุคงคาสัญญาณ

สัญญาณเอาตพุต

R

C

ภาพที ่20 สวนประกอบของวงจรสุมและคงคาสัญญาณ

หลักการสุมและคงคาสัญญาณคือ การอาศัยหลักการเก็บประจุของตัวเก็บประจุอยางรวดเร็วใน ชวง

เวลาสั้นๆ ซ่ึงก็คือวงจรสุมและคงคาสัญญาณที่มีขนาดเทานั้น ไปจนกระทั่งมีการเก็บประจุดวยขนาดแรงดันใหมตามจังหวะในการสุมที่เปลี่ยนไป ดังแสดงในภาพที่ 20 สวนวงจรกันชน (Buffer) มีไวเพื่อ ปองกันการคายประจุของตัวเก็บประจุออกไปทางดานอินพุต และเอาตพุต

2.3.4การมอดูเลตเชิงขนาดพัลส ( Pulse Amplitude Modulation , PAM

) : ( John , 1992. Jack, 1995. and Harold, 2000. )

37

การมอดูเลตเชิงขนาดพัลส เปนวิธีการมอดูเลตเชิงพัลสแบบหนึ่งที่งายตอการสรางที่สุด ซ่ึงในกระบวนการมอดูเลตเชิงพัลสมีอยูดวยกันหลายแบบดังนี้ 1. การมอดูเลตเชิงขนาดพัลส (Pulse Amplitude Modulation, PAM) 2. การมอดูเลตเชิงความกวางพัลส (Pulse Width Modulation, PWM) 3. การมอดูเลตเชิงตําแหนงพัลส (Pulse Position Modulation, PPM)

4. การมอดูเลตเชิงความถี่พลัส (Pulse Frequency Modulation, PFM) 5. การมอดูเลตเชิงรหัสพัลส (Pulse Code Modulation, PCM) ซ่ึงการมอดูเลตเชิงพัลซทั้งหมดนี้จะไดมีการเสนอถึงรายละเอียดในบทตอๆ ไป

หลักการของ PAM การมอดูเลตแบบ PAM สามารถสรางไดจากการใชวงจรสุมและคงคาสัญญาณที่ไดกลาวไป แลวในขอ 2.3.3 โดยในทางปฏิบัติมักจะกําหนดให τ << T โดยสัญญาณ PAM นี้เปนสัญญาณที่มีขนาดเปลี่ยนแปลงไปตามขนาดของสัญญาณขาวสารที่เกิดขึ้นขณะทําการสุมนั้น ดังแสดงในภาพที่ 21

ภาพที ่21 สัญญาณ PAM

สัญญาณ PAM

สัญญาณขาวสาร

ในขอ 2.3.3 สมการของสัญญาณ PAM ก็จะมีคาเปน

(14)

ซ่ึงสเปคตรัมของสัญญาณจะมีรูปรางเชนเดียวกับในภาพที่ 14 โดยนํามาแสดงอีกครั้งในภาพที่ 22 สวนภาพที่ 23 เปนแผนผังการมอดูเลตแบบ PAM

[ 1 cos cos( ) 2cos

cos( ) cos( 2 ) ...)

PAM m s m s

s m s m

v t tT

t

tτ

ω ω ω ω

ω ω ω ω

= + + − +

+ + + − +

ffm1

T

2

T

3

T

4

T1−

1f + f

T

τV

38

ภาพที ่22 สเปคตรัมสัญญาณ PAM กรณีที่ τ << T สําหรับความถี่สัญญาณขาวสารเดี่ยว

จากภาพที่ 22 การกําหนดให τ << T หมายถึง สัญญาณ PAM ที่ไดจะเปนพัลสแคบๆ ซ่ึง

พัลสที่แคบๆ นี้ เราสามารถใชระยะหางที่เหลือในการสงสัญญาณขอมูลขาวสารอื่นๆ วิธีการนี้เรียกวา การมัลติ-เพล็กซ (Multiplex)

ถึงแมการมอดูเลตแบบ PAM จะสามารถสรางขึ้นมาไดงายกวาการมอดูเลตเชิงพัลสชนิดอื่นๆ เนื่องจากใชเพียงวงจรสุมและคงคาเทานั้น แตการมอดูเลตแบบนี้ก็มีขอเสียคือ มีความไวตอสัญญาณ รบกวน เนื่องจากสัญญาณ PAM เปนสัญญาณที่มีขนาดเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณขาวสาร ทําใหสัญญาณรบกวน เขามาปะปนกับขนาดของสัญญาณ PAM ไดงาย

สวนขอเสียอีกประการ คือ การมอดูเลตแบบ PAM ตองการวงจรขยายสัญญาณที่มีแบนดวิดธสูงมากในการสงสัญญาณ PAM ดังนั้นระบบมอดูเลตแบบนี้ มักจะไมคอยไดรับความนิยมในการติดตอส่ือสาร เปนระยะทางไกลๆ

สัญญาณขาวสาร วงจรเล่ือนระดับ

สัญญาณ

สัญญาณฟงกชั่นสุม S(t)

สัญญาณ PAM

ภาพที ่23 แผนผังการมอดูเลตแบบ PAM 2.3.5การดีมอดูเลตเชิงขนาดพัลส ( Pulse Amplitude Demodulation ) : (

John, 1992. Jack, 1995. and Harold, 2000. ) สัญญาณ PAM ที่สรางไดจากวงจรสุมและคงคาสัญญาณในขอ 2.3.4 นั้น สามารถกูคืน

สัญญาณขาวสาร ออกมาจากสัญญาณ PAM นั้นได โดยการใชวงจรกรองความถี่ตํ่าที่มีความถี่คัตออฟ ที่เหมาะสม จากสมการ PAM ที่ไดกลาวไวในการทดลองที่ 4 ตามสมการ (14) คือ

39

(15)

[ 1 cos cos( ) 2cos

cos( ) cos( 2 ) ...)

PAM m s m s

s m s m

v t tT

t

tτ

ω ω ω ω

ω ω ω ω

= + + − +

+ + + − + จากสมการที่ (15) เราจะเห็นไดอยางชัดเจนวาสัญญาณ PAM นั้นประกอบไปดวยสวนประกอบไฟตรงที่มีขนาด τ / Tรวมทั้งสวนประกอบของสัญญาณขาวสารคือ cos ωmt ที่มีขนาดเปน τ / T สวนประกอบที่เหลือจะเปนสวนประกอบที่เปนความถี่สูงที่เกิดจากความถี่สุม (fs) ดังนั้น ถาหากเราใชวงจร กรองความถี่ตํ่าที่มีความถี่คัตออฟที่เหมาะสมแลว สวนประกอบความถี่สูงก็จะโดนกรองทิ้งไป เหลือเพียงแตสวนประกอบที่เปนสัญญาณไฟตรงและสัญญาณขาวสารที่ตองการเทานั้น หลักการดีมอดูเลตสัญญาณ PAM สามารถแสดงไดดังภาพที่ 24

วงจรกรองความถี่ต่ํา ,LPF

สัญญาณ PAM สัญญาณขาวสาร

ภาพที ่24 แผนผังการดีมอดูเลตสัญญาณ PAM

2.3.6การมอดูเลตเชิงความกวางพัลส ( Pulse Width Modulation , PWM) : ( John , 1992. Jack, 1995. and Montree, 2000.)

การมอดูเลตเชิงความกวางพัลส (Pulse Width Modulation, PWM) เปนกระบวน

การมอดูเลตที่สัญญาณ PWM ที่มอดูเลตไดจะมีขนาดความกวางพัลสที่ขึ้นอยูกับขนาดของสัญญาณขาวสาร ทําใหสัญญาณ PWM ที่ได มีขนาดคงที่ไมเปล่ียนแปลงไปตามขนาดของสัญญาณขาวสารเหมือนกับการมอดูเลตแบบ PAM เราจึงสามารถใชตัวจํากัดระดับสัญญาณ (Limiter) เพื่อตัดระดับสัญญาณรบกวนที่มีโอกาสเขามาปะปนกับสัญญาณ PWM ได

40

การมอดูเลตแบบ PWM อาจเรียกวาเปน Pulse Duration Modulation (PDM) หรือ Pulse Time Modulation (PTM) ซ่ึงเปนวิธีการมอดูเลตชนิดเดียวกัน ในภาพที่ 25 เปนตัวอยางสัญญาณ PWM เทียบกับสัญญาณขาวสารอินพุต

τ

Vm

สัญญาณขาวสารอินพุต

ภาพที ่25 สัญญาณ PWM เทียบกับสัญญาณขาวสารอินพุต

T

PWM

จากภาพที่ 25 จะเห็นวาถากําหนดให τ เปนความกวางของพัลสสัญญาณ PWM และ เปนขนาดของสัญญาณขาวสารในชวงเวลา

mvτ α กรณีที่สัญญาณขาวสารเปนสัญญาณความถี่เดียว จะได

(1 cos )o mτ τ ω= + (16) เมื่อ τo คือ คาความกวางพัลส กรณีที่ยังไมมีสัญญาณขาวสารอินพุต ในการวิเคราะหสเปคตรัมความถี่ของสัญญาณ PWM นั้นมีความคลายคลึงกับการวิเคราะห

สัญญาณ PAM ที่ไดวิเคราะหสัญญาณสุมในหัวขอที่ 2.3.4

[ ][ ](1 cos ) / 1 2cos 2cos 2 ...PWM o mt st stv Tτ ω ω ω= + + + + ( / ) (1 cos 2cos 2cos cos 2cos 2o mt st mt stT stτ ω ω ω ω= + + + + ω

2cos cos2 ...)mt stω ω+ + หรือเขียนใหมไดเปน

( / )(1 cos cos( ) 2cosPWM o mt s m stv T tτ ω ω ω= + + − + ω

41

cos( ) cos( 2 ) ...s m s mt tω ω ω ω+ + + − + (17)

จากสมการของสัญญาณ PWM ที่ปรากฎในสมการที่ (17) จะเห็นไดวาสวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PWM มีความคลายคลึงกับสัญญาณ PAM ที่อยูในภาพที่ 22 ซ่ึงเปนการพิจารณาเมื่อ τ << T การสรางสัญญาณ PWM โดยทั่วไปแลว สัญญาณ PWM จะมีอยู 2 รูปแบบ ไดแกสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Natural sampling (NPWM) และสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Uniform sampling (UPWM) โดยมีโครงสรางตามที่แสดงในภาพที ่25 และรูปแบบของสัญญาณทั้งสองแสดงไวในภาพที่ 26

+

-

วงจรสุมและ

คงคาสัญญาณ

วงจรใหกําเนิดสัญญาณสามเหลี่ยม

สัญญาณขาวสาร

Natural Sampling

Uniform Samplingสัญญาณเอาตพุต

ภาพที ่26 บล็อกไดอะแกรมของวงจรสรางสัญญาณ PWM

42

(ก)

(ข)

ภาพที ่27 (ก) สัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Natural sampling (ข) สัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Uniform sampling

จากสัญญาณ PWM ในภาพที ่ 27 จะเหน็ไดวาคาคาบเวลาของ NPWM มีคาไมคงที่โดยขึ้นอยูกับสัญญาณอินพุตที่เขามา แตในสวนของ UPWM นั้นคาบเวลาจะมีคาคงที่ แตจากสัญญาณทั้งสองแบบสามารถพิจารณาไดวา กรณีทีค่วามถี่ของสัญญาณพาหคอืสัญญาณสามเหลี่ยมที่นํามาเปรียบเทียบนั้นมีคาสูงกวาความถี่ของสัญญาณอินพุตที่เปนสัญญาณขาวสารมาก (มากกวา 10 เทา) ก็จะพบวาสัญญาณ PWM มีคาคาบเวลาคงที่ได สวนสัญญาณสามเหลี่ยมที่ใชเปนคล่ืนพาหนั้นมีอยู 2 แบบคือ สัญญาณสามเหลี่ยมแบบฟนเลื่อยและสัญญาณสามเหลี่ยมธรรมดา สัญญาณ PWM ที่ไดจากการเปรียบเทียบกบัสัญญาณสามเหลี่ยมแบบฟนเล่ือยจะเปนสัญญาณ PWM แบบ Single side สวนสัญญาณ PWM ที่เปรียบเทียบกับสัญญาณสามเหลี่ยมธรรมดาจะเปนสัญญาณ PWM แบบ Double side

ในการทดลองนี้ เปนการสรางสัญญาณ PWM ที่เปนแบบ Double side และเพือ่ใหสามารถปรับคาระดับอางอิงของสัญญาณที่มีผลตอการควบคุมคาความกวางของพัลซได จึงไดออกแบบวงจร สรางสัญญาณ PWM ที่มีโครงสรางของวงจรตามแผนผังการทํางานดังภาพที่ 28

43

ภาคเปรียบเทียบสัญญาณ

ภาคกําเนิดสัญญาณสามเหล่ียม

∑สัญญาณอินพุต

สัญญาณเอาตพุต

ระดับสัญญาณอางอิง

ภาพที ่28 แผนผังของวงจรมอดูเลตแบบความกวางของพัลซโดยทั่วไป

สวนลักษณะของวงจรจริงที่สามารถสรางสัญญาณ PWM อยางงายที่สุดสามารถสรางไดดังวงจรในภาพที่ 29 การทํางานของวงจรสรางสัญญาณ PWM อยางงายนี้ มีหลักการคือ ออปแอมป LF351 จะทําการเปรียบเทียบสัญญาณขาวสารอินพุตที่เปนสัญญาณซายนกับสัญญาณพาหที่เปนสัญญาณสามเหลี่ยมแลวทําใหไดสัญญาณ PWM ที่มีขนาดความกวางเปลี่ยนตามแอมปลิจูดของสัญญาณขาวสารอินพุตนั่นเอง

2

3

76

4

LF351+

-

สัญญาณขาวสารอินพุต

สัญญาณ PWMเอาตพุต

สัญญาณพาห

+12V

-12V

ภาพที่ 29 วงจรสรางสัญญาณ PWM อยางงาย

PWM จากสมการที่ (17) พบวาสัญญาณ PWM ก็จะประกอบดวยเทอมของสัญญาณขาวสารที่ถูกแยก

ออกมาอยูทางดานความถี่ตํ่า เชน เดียวกับสัญญาณ PAM ดังนั้นเราจึงสามารถใชวงจรกรองความถี่ตํ่า

44

แยกเอาสัญญาณขาวสารออกมาจากสัญญาณ PWM ไดเชนเดียวกัน ดังนั้นการดีมอดูเลตสัญญาณ PWM จึงเปนดังภาพที่ 30

วงจรกรองความถี่ต่ําสัญญาณขาวสารเอาตพุตสัญญาณ PWM

ภาพที ่30 การดีมอดูเลตสัญญาณ PWM

2.3.7การมอดูเลตเชิงตําเหนงพัลส ( Pulse Position Modulation , PPM) : ( John , 1992. and Jack, 1995. ) การมอดูเลตเชิงตําแหนงพัลส (Pulse Position Modulation, PPM) เปนการมอดู

เลตเชิงพัลสวิธีหนึ่งมีขนาดของสัญญาณพัลสเอาตพุตคงที่ อีกทั้งความกวางพัลสของสัญญาณ PPM ยังมีคาคงที่ เชนเดียวกับการมอดูเลต PWM

ในกระบวนการมอดูเลตแบบ PPM นี้ สัญญาณขาวสารจะทําใหสัญญาณพัลสเอาตพุตเกิดการหนวง (Delay) ดวยระยะเวลาที่ไมเทากัน ซ่ึงขึ้นอยูกับขนาดของสัญญาณขาวสารอินพุต ดังภาพที่ 31 (ก) ซ่ึงจะเห็นวา เมื่อเทียบกับพัลสอางอิง (Reference Pulse) แลวในขณะที่สัญญาณขาวสารมีคามาก หรือเปน คาบวก สัญญาณพัลส PPM จะเกิดกอนสัญญาณพัลสอางอิง และถาสัญญาณขาวสารมีคานอยหรือมีคาลบ สัญญาณพัลส PPM จะเกิดหลังสัญญาณอางอิง หรือสัญญาณ PPM นี้อาจจะเกิดจากการสลับกันก็ได กลาวคือ ถาสัญญาณขาวสารมีคามากสัญญาณพัลส PPM จะเกิดหลังพัลสอางอิงมากแต ถาสัญญาณขาวสารมีคานอย สัญญาณพัลส PPM ก็จะเกิดการเลื่อนหรือหนวงเวลาไปนอย ดังภาพที่ 31 (ข)

45

ภาพที ่31 สัญญาณ PPM ในแบบตางๆ

สัญญาณขาวสาร

พัลสอางอิง

สัญญาณ PWMเอาตพุต

(ก)

(ข)

PPM

Analogue baseband

td

จากการทํางานของการมอดูเลตแบบ PPM เราสามารถกลาวไดวา

.d dot t sv= (18)

เมื่อ td เปน คาเวลาที่สัญญาณ PPM ถูกหนวง

tdo เปน คาเวลาที่สามารถ PPM ถูกหนวงเมื่อสัญญาณอินพุตเทากับศูนย vs เปน ขนาดของสัญญาณขาวสาร ณ ชวงเวลาการสุม

กรณีที่เปนสัญญาณขาวสารความถี่เดียว

(1 cos )d dot t mtω= + (19)

และสัญญาณ PPM สามารถเขียนเปนสมการได ( / )(1 cos sin ){1 2cos [( ) cos ] ...}PPM m do m s do do mv T t t t t t tτ ω ω ω ω= − + + + + (20)

46

เทอม ωs หรือ Ts เปนความถี่หรือคาบเวลาที่ใชในการสุม สัญญาณ PPM ในสมการที่ (20) สามารถลดรูปไดเปน

( / )(1 cos sin ...)PPM m do mv T t tτ ω ω= − + (21)

จากสมการที่ (21) พบวา เราสามารถกูคืนสัญญาณขาวสารไดโดยใชวงจรกรองความถี่ตํ่ารวมกับการใชวงจรอินทีเกรเตอร (เพื่อใหไดสัญญาณ cosωmt กลับคืนมา)แตอยางไรก็ตามจากการ วิเคราะหจะพบวา สัญญาณ PPM ไมไดประกอบดวยสัญญาณขาวสารที่แยกออกมาจากสวนประกอบความถี่สูง เหมือนกับสัญญาณ PAM หรือ PWM ดังนั้นทางดานเครื่องรับจึงจําเปนตองมีการเปลี่ยนสัญญาณ PPM นี้ให เปนสัญญาณ PWM กอน

ระบบมอดูเลตแบบ PPM สามารถสรางไดจากการใชสัญญาณ PWM ที่สรางไดจากขอที่ 2.3.6 มาผานวงจรโมโนสเตเบิ้ลมัลติไวเบรเตอร (Monostable Multivibrator) ดังแสดงในภาพที่ 32 (ก) สวนในภาพที่ 32 (ข) เปนสัญญาณที่ไดจากวงจร

+

-

PWM

PPMโมโนสเตเบลิ

สญัญาณฟนเลือ่ย

x(t)

(ก)

ภาพที ่32 การสรางสัญญาณ PPM จาก PWM

PWM

x(t)

สัญญาณขาวสารที่ถูกมอดูเลตอยูในสัญญาณ PPM สามารถกูคืนมาไดดวยการเปลี่ยนสัญญาณ PPM นั้นใหเปนสัญญาณ PWM หรือ PAM แลวใชวงจรกรองความถี่ตํ่า จะทําใหไดสัญญาณขาวสาร กลับคืนมา

( )t

ข

PPM

t

t

47

2.3.8การมอดูเลตเชิงความถี่พัลส ( Pulse Frequency Modulation , PFM

) : ( John , 1992. and ICL8038 Data sheet, 2001.) ระบบการมอดูเลตเชิงความถี่พัลส (Pulse Frequency Modulation, PFM) นี้

สัญญาณขาวสารจะถูก มอดูเลตเชิงความถี่กับสัญญาณพัลสคลายกับระบบการมอดูเลตสัญญาณ FM ที่สัญญาณขาวสารถูกมอดูเลตกับสัญญาณซายน ภาพที่ 8.1 แสดงตัวอยางของสัญญาณ PFM เห็นไดวาชวงที่ขนาดของสัญญาณขาวสารมี คามากความถี่ของสัญญาณ PFM ก็จะมีคามากถาขนาดของสัญญาณขาวสารมีคา นอย ความถี่ของสัญญาณ PFM จะมีคานอยตามไปดวย สัญญาณขาวสาร

สัญญาณ PFM

ภาพที ่33 สัญญาณ PFM

สัญญาณ PFM เปนสัญญาณที่มีสเปคตรัมเหมือนกับสัญญาณ FM คือ มีสวนประกอบความถี่ เปนอนันตซ่ึงตองใชฟงกช่ันของ Bessel ในการวิเคราะหหาคาขนาดที่แตละสวนประกอบความถี่ เชนเดียวกัน

การกําเนิดสัญญาณ PFM การมอดูเลตสัญญาณ PFM สามารถสรางไดจากการใชวงจรออสซิลเลเตอรควบคุมดวยแรงดัน

(Voltage Controlled Oscillator, VCO) ที่ใหสัญญาณเอาตพุตออกมาเปนสัญญาณส่ีเหล่ียมซ่ึงใน ปจจุบันสามารถกําหนด VCO ที่ถูกผลิตออกมาในรูปไอซีไดหลายเบอร เชน ICL8038,LM565 หรือ 2206 เปนตน

ความถี่ที่เกิดขึน้ขณะยังไมมีสัญญาณอินพุต เรียกวา Free-running Frequency ซ่ึงไอซีสวนใหญสามารถกําหนดไดจากคาตัวเก็บประจุและตวัตานทานที่ตออยูภายนอกตวัไอซี โดยจะมีสมการระบุอยูใน Data Sheet สําหรับไอซีเบอร ICL 8038 ซ่ึงเปนเบอรที่ใชในการทดลองมีตําแหนงขาและ โครงสรางภายใน ดังภาพที ่34

48

ICL8038(PDIP,CERDIP)

TOP VIEW

SINE WAVE ADJUST

SQUARE WAVE OUT8 FM SWEEP INPUT

TIMING CAPACITORV- OR GND

SINE WAVE ADJUSTNCNC

FM BIASV+

DUTY CYCLE FREQUENCYADJUST

TRIANGLE OUTSINE WAVE OUT

1

1

1011121314

765432

{

Pinout

89

(ก) ตําแหนงขา

(ข) โครงสรางภายใน ภาพที ่34 ไอซี VCO เบอร ICL 8038

COMPARATOR#1

COMPARATOR#2

FLIP - FLOP

BUFFER BUFFERSINE

CONVERTER

5

11

10

CURRENTSOURCE

# 1

Function Diagram

CURRENTSOURCE

# 2

+V

ORGNDV

II2

C

−

239

สําหรับวงจรตอไอซีเพื่อทํางานเปนวงจร VCO สามารถตอไดตามภาพที่ 35 โดยตัวตานทาน ทําหนาที่เพิ่มความตานทานดานอินพุตใหสูงขึ้น กรณีที่กําหนดให = =A BR R R

จะไดวา

49

=0.33

fRC

(22)

โดย คือ Free-running frequency ซ่ึงจะทําใหไดความถี่พัลซที่ขา 9 มคีวามถีเ่ทากบัคานี้ในชวงที่ยังไมมีการตอสัญญาณขาวสาร

f

ภาพที ่35 การตอ ICL 8038 เปนวงจรสรางสัญญาณ PFM โดยเอาตพุตคือสัญญาณที่ขา 9

ICL8038

7

810 11 12

2

3

9654 สัญญาณ PFM

สัญญาณขาวสาร

V+

V−

AR BR LR

R

C

C

Ωk81

การดีมอดูเลตสัญญาณ PFM การดีมอดูเลตสัญญาณขาวสารที่ถูกมอดูเลตแบบ PFM ออกจากสัญญาณ PFM สามารถทําได

โดยการใช PLL ดังแสดงในภาพที ่36 ซ่ึง PLL ประกอบไปดวยภาคหลักอยู 3 สวนคือ วงจรตรวจจับเฟส ( Phase detector ) วงจรกรองความถี่ตํ่าและ วงจร VCO สําหรับการทํางานของ PLL คือ วงจรตรวจจับเฟส จะทํา หนาที่ตรวจจบัความผิดพลาดของเฟสระหวางสัญญาณ PFM และสัญญาณปอนกลับ (Feedback signal) ที่ถูกปอนกลับมาจากวงจร VCO ซ่ึงมี่การกําหนดใหวงจร VCO

50

มี Fee-running frequency เทากับวงจร VCO ในระบบมอดูเลตสัญญาณ PFM ดวย ดังนัน้เมื่อวงจรกรองความถี่ตํ่ากรองสัญญาณเอาตพุตออกมาสัญญาณที่ไดก็จะเปนสัญญาณที่เกิดจากผลตางของความถี่ระหวางสัญญาณ PFM และสัญญาณเอาตพุตของวงจร VCO ซ่ึงเปนสัญญาณขาวสารนั่นเอง

สัญญาณขาวสาร

สัญญาณขาวสาร

กรองความถี่ต่ํา

ErrorVoltage

สัญญาณปอนกลับ

VCOวงจร

ตรวจจับเฟส

ภาพที ่36 การดีมอดูเลตสัญญาณ PFM โดยใช PLL

2.3.9การมอดูเลตเชิงรหัสพัลส ( Pulse Code Modulation , PCM) : ( John , 1992. and Leon,1992.) การมอดูเลตแบบ PCM (Pulse Code Modulation, PCM) หมายถึง กระบวนการ

หนึ่งของการมอดูเลต ที่สัญญาณขาวสารจะถูกเปลี่ยนเปนสัญญาณพัลสและจากนั้นจะถูกเขารหัส (Coding) โดยดาน สงจะสงสัญญาณนั้นออกไปยังดานรับ จากนั้นดานรับจะทําหนาที่ถอดรหัส (Decoding) สัญญาณออกมา แลวเปล่ียนใหเปนสัญญาณขาวสารอยางถูกตองตอไป

สําหรับกระบวนการรับ-สงขอมูลแบบ PCM นี้เปนกระบวนการที่ใชกันอยางแพรหลาย เชน นําไปประยุกตใชกับวงจรการมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา (Time Division Multiplexing, TDM) เนือ่งจากสัญญาณ PCM เปนสัญญาณที่เกิดจากการสุม อีกทั้งเปนระบบที่ปองกนัสัญญาณแทรกสอด (Interference) หรือสัญญาณรบกวน (Noise) ไดดีกวาระบบอื่นๆ ยิ่งกวานั้นประโยชนอยางหนึ่งคือ เนื่องมาจากการใชสัญญาณดิจิตอล การประมวลผลสามารถทําไดโดยใชเทคโนโลยีที่ไม

51

ซับซอนมาก และสามารถนําไปประยกุตเขากับระบบสื่อสารทางเสนใยแสง (Optical Fiber Communication) ไดโดยงาย การสรางสัญญาณ PCM

สุมและคงคาสัญญาณ

กระบวนการควอนไนซชั่น

เขารหัส

วงจรกรองความถ่ีตํ่าผาน (LPF)

ถอดรหัส D/Aเปล่ียนอนุกรมเปนขนาน

สัญญาณแอนะลอกอินพุต

steppedPAM

เครื่องสงเปล่ียนสัญญาณแอนะลอกเปนดิจิตอล

8 Bit PCM

steppedPAM

ชองทางการสง

8 Bit PCM

สัญญาณแอนะลอกเอาตพุต

ภาพที ่37 ระบบรับ-สงสัญญาณ PCM

ในภาพที่ 37 เปนระบบรับ-สง PCM จะเห็นไดวาสัญญาณขาวสารที่เปนสัญญาณแอนะลอก

จะถูก สุมโดยใชวงจรสุมและคงคาสัญญาณ โดยสัญญาณที่ไดคือสัญญาณ PAM หลังจากนั้นสัญญาณ PAM นี้จะถูกนํามาปอนใหกับวงจรเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเปนดิจิตอล (Analog to Digital Conversion, A/D) ซ่ึงจะทําหนาที่เปลี่ยนขนาดสัญญาณที่เปนความสูงของสัญญาณ PAM ในแตละชวงเวลาที่สุมใหเปนจํานวนเลขฐานสอง (Binary number) โดยการใชการเขารหัส (Encoding) แลวเปลี่ยนสัญญาณเลขฐานสองนั้นใหเปนสัญญาณ PCM โดยวงจรเปลี่ยนสัญญาณขนานเปนอนุกรม (Parallel to Serial Converter) จากนั้นสัญญาณ PCM จะถูกสงออกไปตามชองทางสง(Transmission channel) ซ่ึงสามารถเปนไดทั้งอากาศ สายสง หรือไฟเบอรออปติก

ทางดานเครื่องรับเมื่อไดรับสัญญาณ PCM แลวก็จะทําการเปลี่ยนสัญญาณ PCM ซ่ึงเปนสัญญาณอนุกรมใหกลับเปนสัญญาณอนุกรมใหกลับเปนเชนเดิม แลวผานไปเขาที่วงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอล เปนแอนะลอกซึ่งจะทําไดสัญญาณ PAM กลับคืนมา ดังนั้นเมื่อนําสัญญาณ PAM ไปผานวงจรกรองความถี่ตํ่า ก็จะไดสัญญาณขาวสารที่เปนสัญญาณแอนะลอกกลับคืนมา

จากภาพที่ 37 กระบวนการควอนไตเซชั่น (Quantization) หมายถึง กระบวนการกําหนดปริมาณเลขฐานสองใหสอดคลองกับขนาดความสูงของสัญญาณ ยกตัวอยางเชน สัญญาณขาวสารมีความสูง

52

V100− จะถูกหารเปนจํานวนที่มากพอในแตละขั้นของระดับแรงดันขนาดเล็กๆ ซ่ึงขึ้นอยูกับความละเอียด (Resolution) ที่ตองการ

เมื่อทําการควอนไตเซชั่นไดปริมาณเลขฐานสองแลว กระบวนการเขารหัสจะทําการเปลี่ยนระดับปริมาณเลขฐานสองใหเปนจํานวนบิต( n )ที่ตองการ

ตามปกติแลว การควอนไตเซชั่นจะทําการเปลี่ยนเปนระดับแรงดันที่มีจํานวน ระดับ ยกตัวอยางเชน ถาใชระบบ PCM ขนาด 8 บิต ก็จะไดระดับแรงดันถึง 256 ระดับ ในภาพที่ 38 เปนการแสดงตัวอยางถึงการควอนไตเซชั่นและการเขารหัสของสัญญาณ PCM ขนาด 3 บิต จะเห็นไดวาระดับสัญญาณมีอยู 8 ระดับ ( ระดับ)

n2

=32 8

ภาพที ่38 การควอนไตเซชั่นและการเขารหัสสัญญาณแอนะลอก

แบนดวิธดสัญญาณ PCM

000

111110101100011010001

0 Τ3 Τ6Τ5Τ4Τ2Τ

Quan

tized

leve

l num

ber

1.Analogue signal

000

111110101100011010001

0 Τ3 Τ6Τ5Τ4Τ2Τ

Quan

tized

leve

l num

ber

4.Original and recovered waveforms compered

000

111110101100011010001

0 Τ3 Τ6Τ5Τ4Τ2Τ

Quan

tized

leve

l num

ber

3.Quantized sample height

000

111110101100011010001

0 Τ3 Τ6Τ5Τ4Τ2Τ

Quan

tized

leve

l num

ber

2.Analogue sample height

PCM signal sent

0 1 0

Sampling instants

0 0000 00 0 0 01 1111 11 1

0 Τ3 Τ6Τ5Τ4Τ2Τ Τ7

แบนดวิธดของสัญญาณ PCM จะมีคามากกวาแบนดวิธดของสัญญาณขาวสารมูลฐานอีกทั้งตองมี คามากกวาสัญญาณ PAM โดยสามารถหาไดจากคาตางๆดังนี้

ความถี่มูลฐานสูงสุด maxfความถี่ Nyquist maxN f2f = ความถี่ในการสุมตํ่าสุด maxNs f2ff == อัตราบิต ( n บิตตอการสุม 1 คร้ัง) maxsb nf2nff ==

53

แบนดวิธดในการสงสัญญาณ PCM (=อัตราบิต)

maxb nf2fB == ดังนั้น

maxnf2B= (23)

ตัวอยาง ถา และ n = 8 บิต ซ่ึงเปนมาตรฐานที่ใชในระบบ โทรศัพททั่วไป ดังนั้น kHz4fm =

kHz64kHz482B =××=

2.3.10 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามขนาด ( Amplitude – Shift Keying , ASK) : ( John , 1992. Harold ,2000. and Andy, 1999.) ในระบบสื่อสารแบบดิจิตอลนั้น สัญญาณขาวสารมักจะเปนสัญญาณดิจิตอล คือเปนเพียงสัญญาณที่

มีระดับ “0” และ “1” เทานั้นเมื่อนําสัญญาณขาวสารนี้มามอดูเลตกับสัญญาณพาหซ่ึงเปนสัญญาณแอนะลอกเราจะเรียกระบบมอดูเลตแบบนี้วา การมอดูเลตแบบดิจิตอล โดยถานําสัญญาณ ขาวสารดิจิตอลนั้นมามอดูเลตเชิงขนาด จะเรียกสัญญาณที่มอดูเลตไดวาสัญญาณ ASK (Amplitude Shift Keying) แตถานําสัญญาณ ขาวสารดิจิตอลมามอดูเลตเชิงความถี่ จะเรียกสัญญาณที่มอดูเลตไดวาสัญญาณ FSK (Frequency Shift Keying) แตถานําสัญญาณขาวสารดิจิตอลนั้นมอดูเลตเชิงเฟสกับสัญญาณพาหเรียกสัญญาณที่ไดวา สัญญาณ PSK (Phase ShiftKeying) การใชงานระบบ Shift Keying มีการนิยมนําไปใชกับระบบโทรศัพทโมเด็มการสื่อสารวิทยุในระบบไมโครเวฟหรือดาวเทียมเปนตน จะเห็นวาเปนการนําไปใชในระบบสื่อสารสมัยใหมแทบทั้งส้ิน การมอดูเลตแบบ ASK

การมอดูเลตแบบนี้ในบางครั้งจะเรียกวา การมอดูเลตแบบ On-Off Keying(OOK) เนื่องจากขนาดของสัญญาณขาวสารดิจิตอลมีเพียง 2 ระดับ ทําใหเมื่อนําไปมอดูเลตเชิงขนาดแลว สัญญาณ ASK ที่ไดจึงมีเพียงชวงเกิดสัญญาณ (On) และชวงไมเกิดสัญญาณ (Off) ซ่ึงขึ้นอยูกับสัญญาณขาวสาร ดังในภาพที่ 39

การมอดูเลตแบบ ASK มีหลักการดงัแสดงในภาพที่ 10.2 ซ่ึงประกอบไปดวยเพยีงวงจรคูณสัญญาณ (Multiplier) ที่ทําหนาที่คูณสัญญาณขาวสารดิจิตอลกับสัญญาณพาหเทานั้น ดังนั้นสัญญาณ ASK ที่มอดูเลตไดจะมีสมการเปน

54

)cos(V)t(v ctmASK φ+ω= เมื่อแรงดันอินพุตเปน “1” (24)

0)t(vASK = เมื่อแรงดันอินพุตเปน “0” เมื่อ เปนระดับของสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่ลอจิก “1” mv

)cos( ct φ+ω เปนสัญญาณพาหที่มีความถี่ แอมปลิจูดเทากับ cω V1φ เปนมุมตางเฟสของสัญญาณพาห

ภาพที ่39 หลักการกําเนดิสัญญาณ ASK

สญัญาณพาห

สญัญาณขาวสารดิจิตอล

ASK

สัญญาณพาห

สัญญาณขาวสารดิจิตอล ตัวมอดูเลต

สัญญาณเอาตพุต

on onoff

tcCOSω

ภาพที ่40 แผนผังการมอดูเลตแบบ ASK

55

ในการวิเคราะหหาสเปคตรัมหรือสวนประกอบความถี่ของสัญญาณ ASK นั้นสามารถกําหนดความถี่พาหมีคาเปน

ωV = COS tc c (25)

สําหรับสัญญาณขาวสารที่เปนสัญญาณดิจิตอลนั้น โดยทั่วไปแลวสามารถเปนได 2 กรณีคือเปน สัญญาณดิจิตอลที่มีขั้วเดียว (Unipolar) 0 โวลต และอีกกรณีหนึ่งของสัญญาณคือเปนสัญญาณที่มี 2 ขั้ว (Bipolar) กลาวคือ ที่ลอจิก “1” แรงดันมีคา +V โวลต และลอจิก “0” แรงดันมีคา -V โวลต ซ่ึงทั้งสองสัญญาณนี้สามารถแสดงใหเห็นในภาพที่ 41

ขั้วเดียว

สองขั้ว

0

S1 ( t )

ภาพที ่41 ลักษณะของสัญญาณขาวสารดิจิตอล สําหรับสมการของสัญญาณดังภาพที ่10.3 นั้นสามารถเขียนไดดังนี้

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −+−+= ....5cos

513cos

31cos2

21)(1 ttttS ooo ωωω

π กรณีเปนสัญญาณขั้วเดียว

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −+−= ωωω

π....t5cos

51

t3cos31

tcos4

)t(S ooo2 กรณีเปนสัญญาณ 2 ขั้ว

เมื่อ ซ่ึงเปนความถี่มูลฐาน (Fundamental frequenay) ของสัญญาณดังนั้นสัญญาณ ASK ซ่ึงเกิดจากการคูณสัญญาณพาหและสัญญาณขาวสารดิจิตอลในที่นี้

กําหนดใหเปนสัญญาณ ขั้วเดียว มีคาเปนดังนี้

T/T2/2o ππω ==

1(S (t))

)t(svv 1cASK =

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −+−

π+= ωωωω ....t5cos

51

t3cos31

t(cos2

21

tcos oooc

...t3costcos32

tcostcos2

tcos21

ococc +π

−π

+= ωωωωω

t)cos(1

t)cos(1

tcos21

ococc ωωωωω +π

+−π

+=

ชวงของบิต

101011

bΤ bΤΤ 20=

S3

คาบ

( t )

56

...51

t)3cos(31

t)3cos(31

ococ π++

π−−

π− ωωωω (26)

ภาพที ่42 เปนตัวอยางสเปคตรัมของสัญญาณ ASK เมื่อสัญญาณดิจิตอลมีอัตรา

มอดูเลตอยูกับสัญญาณพาหความถี่ = =1 / ( / 2 1 / 2 )Tb f To cf

ภาพที ่42 สเปคตรัมของสัญญาณ ASK

ASK

สัญญาณพาห

สัญญาณขาวสาร

0f

f

f

f

cf

05 f03f

จากภาพที่ 42 จะเห็นไดวา แบนดวิธดของสัญญาณที่ถูกสงจะขึ้นอยูกับความตองการในการใชงาน ดวย กลาวคือในการสงสัญญาณขาวสารที่เปนดิจิตอลจะตองสงออกแบนดวิธดที่กวางพอสมควร เพื่อใหดานรับสามารถสรางสัญญาณขาวสารที่เปน สัญญาณพัลสกลับคืนมาได ยกตัวอยางเชน การสงสัญญาณ ASK ออกไปถึงฮารมอนิกสที่ 3 (อาจจะเปนฮารมอนิกสที่ 5 หรือมากกวา) ซ่ึงจะทําใหแบนดวิธดของสัญญาณ ASK มีคาเปน

3 x bit rate

3f6B oASK == (อัตราการเปลี่ยนแปลงสูงสุดของบิต) (27)

แตในบางครั้งในดานรับสามารถตัดสินไดวาสัญญาณขาวสารที่สงมาเปน “1”หรือ “0” ซ่ึงหมายถึง วา รูปรางของสัญญาณไมมีความจําเปนในดานเครื่องรับ ดังนั้นฮารมอนิกสแรกอาจจะเปนการ เพียงพอ ซ่ึงทําใหเราไดแบนดวิธดของสัญญาณ ASK ที่มีคา

=ASKB อัตราของบิต (Bit rate) (28)

57

การดีมอดูเลตสัญญาณ ASK สัญญาณ ASK สามารถดีมอดูเลตเพื่อนําสัญญาณขาวสารกลับคืนมาไดโดยมีหลักการเดียวกับ

สัญญาณ AM คือ สามารถใชวงจรตรวจจับกรอบสัญญาณ (Envelope detector) หรือวงจรตรวจจับแบบ โคเฮอรเรนต (Coherent detector) ก็ไดแตจะมีการเพิ่มวงจรเปรียบเทียบแรงดัน (Comparator) เขาไปที่ภาคเอาตพุตของการดีมอดูเลตสัญญาณ ASK ทั้งนี้ก็เพื่อใหไดสัญญาณขาวสารกลับคือมาเปนสัญญาณสี่เหล่ียม ซ่ึงเปนสัญญาณดิจิตอลอยางสมบูรณนั่นเอง ดังแสดงในภาพที่ 43

การตรวจจับ

กรอบสัญญาณ

วงจรกรองความถี่ตํ่าผาน

(LPF)

วงจรเปรียบเทียบสัญญาณ

สัญญาณASK

สัญญาณขาวสาร

วงจรกรองความถี่ตํ่าผาน

(LPF)

วงจรเปรียบเทียบสัญญาณ

สัญญาณASK

สัญญาณขาวสาร

(ก) การดีมอดูเลตสัญญาณ ASK แบบตรวจจับกรอบสัญญาณ

(ข) การดีมอดูเลตสัญญาณ ASK แบบโคเฮอรเรนต

สัญญาณพาห

ภาพที ่43 การดีมอดูเลตสัญญาณ ASK แบบตางๆ 2.3.11 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามความถี่ ( Frequency – Shift Keying ,

FSK) : ( John , 1992. Harold ,2000. and Andy, 1999.) ระบบการมอดูเลตแบบ ASK มีความไวตอสัญญาณรบกวนมาก เนื่องจากสัญญาณ ASK

เปน สัญญาณที่มีการเปลี่ยนแปลงแอมปลิจูดขึ้นอยูกับสัญญาณขาวสาร เชนเดียวกับสัญญาณ AM ในระบบสื่อสารแบบแอนะลอก จึงทําใหสัญญาณ ASK มีสัญญาณรบกวนมาปะปนไดงายและไมสามารถจํากัดระดับสัญญาณโดยใชภาคจํากัดระดับสัญญาณ (Limiter) เชนเดียวกับระบบ FM ได ดังนั้นจึงมีการปรับปรุงระบบมอดูเลต ASK เปนการนําสัญญาณขาวสารดิจิตอลไปเปลี่ยนแปลงความถี่ของ สัญญาณพาห ซ่ึงมีหลักการเดียวกับระบบ FM เพื่อทําใหระบบมอดูเลตนี้ สามารถใชภาคจํากัดระดับสัญญาณได ระบบมอดูเลตแบบนี้เรียกวา ระบบมอดูเลตแบบ FSK ( Frequency Shift Keying, FSK ) การมอดูเลตสัญญาณ FSK

58

สัญญาณ FSK เปนสัญญาณที่มีแอมปลิจูดคงที่ และมีความถี่เปลี่ยนแปลงใปตามระดับลอจิกของสัญญาณขาวสารดิจิตอล โดยกําหนดให เมื่อระดับลอจิก สัญญาณขาวสารเปน “1” ความถี่พาหมีคา เปน และเมื่อระดับลอจิกเปน “0” ความถี่พาหก็จะมีคาเปน เมื่อกําหนดใหแอมปลิจูด

1f2f

tcosf 1FSK ω= เมื่อเปนลอจิก “1”

tcosf 2FSK ω= เมื่อเปนลอจิก “0” (29)

เมื่อนําสัญญาณ FSK มาเขียนเปนสมการชั่วขณะก็จะได

)t(ssin)t(cosf 221S1FSK ⋅+= ω⋅ω (30)

โดยที ่ เปนสวนกลับ (Complement) ของสัญญาณ นั่นคือ

)t(s2 )t(s1

)t(s1)t(s 12 −=ดังนั้น

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ +−

π+= ωωω ...t3cos

31

tcos2

21

tcosv oo1FSK

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ +−

π−+ ωωω ...t3cos

31

tcos2

21

tcos oo2 (31)

เมื่อนําคา และ คูณเขาไปวงเล็บในสมการที่ (31) จะได tcosf 1ω tcos 2ω

t)cos(1

t)cos(1

tcos21

v o1o11FSK ωωωωω −π

+−π

+=

...t)3cos(31

t)3cos(31

o1o1 +−π

−−π

− ωωωω

t)cos(1

t)cos(1

tcos21

o2o22 ωωωωω −π

−−π

−+

...t)3cos(31

t)3cos(31

o2o2 ++π

+−π

+ ωωωω (32)

จากสมการที่ (32) เห็นไดอยางชัดเจนวา เมื่อเทียบกับสมการที่ (31) สัญญาณ FSK จะ

ประกอบไปดวยสัญญาณ ASK 2 สัญญาณที่มีความถี่พาหคือ และ และสัญญาณขาวสารดิจิตอล 1 2ω ω

สัญญาณพาห สัญญาณพาห

59

2 สัญญาณเปน สวนกลับ (Complement) ซ่ึงกันและกัน ดังแสดงในภาพที่ 44 และการสรางสัญญาณ FSK ดวยวิธีดังกลาวนี้สามารถแสดงไดดังภาพที่ 45

ภาพที ่44 สัญญาณ FSK ที่กําเนิดจากสัญญาณ ASK

ภาพที ่45 การกําเนิดสัญญาณ FSK จาก ASK

ASK1

ASK2

อีกวิธีหนึ่งในการมอดูเลตระบบ FSK คือ การใชสวิตชที่ควบคุมจากสัญญาณขาวสารดิจิตอลใน

การสงผานสัญญาณพาหที่มี 2 ความถี่ออกไปยังเอาตพุต ดังในภาพที่ 46 แตวิธีการนี้ยังไมเปนที่นิยมเนื่องจาก การตัด-ตอของสวิตช จะทําใหเฟสของสัญญาณ FSK เอาตพุตมีความไมตอเนื่อง ( Phase discontinuity ) ซ่ึงเปนผลทําใหสวนประกอบความถี่สูงมีคาเพิ่มขึ้นจึงทําใหแบนดวิธดของสัญญาณ FSK ที่ไดมีคาเพิ่มขั้นนั้นเอง

เฟสไมตอเนื่อง

สัญญาณเอาต FSKสวิตช

ขาวสารอินพุต

)cos( 1tω

)cos( 2tω

60

ภาพที ่46 การกําเนิดสัญญาณ FSK โดยการใชสวิตซที่ควบคุมดวยสัญญาณขาวสาร

แตยังมีอีกวิธีการหนึ่ง ซ่ึงสามารถกําเนิดสัญญาณ FSK ไดงายและเปนที่นิยม อีกทั้งไมมีปญหาจากการที่สัญญาณ FSK เอาตพุตมีเฟสไมตอเนื่อง คือการกําเนิดสัญญาณโดยใชวงจรควบคุมการกําเนดิสัญญาณดวยแรงดัน (Voltage Controlled Oscillator, VCO) ซ่ึงวิธีการนี้จะเปนวิธีการที่ใชในการทดลองนี้ ดังในภาพที่ 47 สัญญาณขาวสารดิจิตอลจะมีผลทําใหความถี่ของวงจร VCO เปลี่ยนแปลงไปตาม ขนาดหรือระดับของสัญญาณขาวสาร แตเนือ่งจากระดับของสัญญาณขาวสารที่เปน ดิจิตอล มีเพียง 2 ระดับเทานั้น จึงทําใหความถี่ของเอาตพุตของวงจร VCO มีคาเปลี่ยนแปลงอยูระหวาง 2 คาเทานัน้ซึ่ง เปนสัญญาณ FSK นั่นเอง

ภาพที ่47 การกําเนิดสัญญาณ FSK โดยการใชวงจร VCO

ขาวสารอินพุต

)cos( tcω

VCO

เอาตพุต FSK

แบนดวิธดของสัญญาณ FSK แบนดวิธดของสัญญาณ FSK จะขึ้นอยูกับยานความถี่ สูงสุดของสเปคตรัมสัญญาณ ซ่ึงก็ขึ้นอยู

กับความถี่ และ 1f 2f อีกทั้งชวงเวลาในการเกิดพัลซ ( Pulse duration, τ ) ของสัญญาณขาวสารดิจิตอลดวย

2f 1f

cfτ1

τ1

ภาพที ่48 แบนดวิธดของสัญญาณ FSK จากภาพที ่48 แบนดวิธดของสัญญาณ FSK สามารถหาไดจาก

61

AbfBW = (33)

τ

+=1

ff 1A

τ

−=1

ff 2B

ชวงเวลาในการเกิดพัลซ (Pulse duration) =τ

ดังนั้น )1

f(1

fBW 21 τ−−

τ+=

τ

+−τ

+=1

f1

f 21

τ

−−=1

ffBW 21

แตเนื่องจาก f2ff 21 Δ=−

ดังนั้น )1

(2f2BWτ

+Δ=

)1

f(2τ

+Δ=

)1

f(2BWτ

+Δ= (34)

จากสมการที่ (34) จะเห็นไดอยางชัดเจนวา แบนดวิธดของสัญญาณ FSK นั้นจะมีคาเปน 2 เทาของคา fΔ บวกกับคาของชวงเวลาในการเกิดพัลส ( )τ

การดีมอดูเลตสัญญาณ FSK

สัญญาณขาวสารดิจิตอลที่ถูกมอดูเลตแบบ FSK สามารถกูคืนออกมาจากสัญญาณ FSK ไดหลายวิธี แตสามารถแบงออกเปน 2 วิธีใหญๆ คือ

1. การตรวจจับสัญญาณ FSK แบบนอนโคเฮอรเรนต (Non-cohorent detection) หมายถึง การตรวจจับหรือดีมอดูเลตสัญญาณ โดยที่ไมจําเปนตองสรางสัญญาณพาหขึ้นมากอน

2. การตรวจจับสัญญาณ FSK แบบโคเฮอรเรนต (Coherent detection) หมายถึง การตรวจจับ สัญญาณที่จําเปนตองสรางสัญญาณพาหขึ้นมาที่ดานเครื่องรับกอน

62

การตรวจจับสัญญาณ FSK แบบนอนโคเฮอรเรนต การตรวจจับสัญญาณแบบนี้โดยทั่วไปมี 2 วิธีคือ การใชภาคตรวจจับกรอบสัญญาณ (

Envelope detector) กับการใชเฟสล็อกลูป (Phase-Locked Loop, PLL) วิธีการแรกแสดงในภาพที่ 49

ภาพที ่49 การตรวจจับหรือดีมอดูเลตสัญญาณ FSK โดยการใชวงจรตรวจจับกรอบสัญญาณ

สัญญาณFSK

สัญญาณขาวสารเอาตพุต

การตรวจจับกรอบสัญญาณ

วงจรกรองความถี่ต่ําผาน

(LPF)

วงจรกรองแถบความถี่ผาน

(BPF)

การตรวจจับกรอบสัญญาณ

วงจรกรองความถี่ต่ําผาน

(LPF)

วงจรกรองแถบความถี่ผาน

(BPF)

วงจรเปรียบเทียบแรงดัน

2f

1f

สัญญาณFSK

สัญญาณขาวสารเอาตพุต

การตรวจจับเฟสสัญญาณ

วงจรกรองความถี่ต่ําผาน

(LPF)

VCO

PLL

ภาพที ่50 การตรวจจับหรือดีมอดูเลตสัญญาณ FSKโดยใช PLL

สวนในภาพที ่50 เปนการตรวจจับสัญญาณ FSK โดยใช PLL ซ่ึงมีลักษณะเดยีวกับการตรวจจับหรือดีมอดูเลตสัญญาณ FM ในระบบสื่อสารแบบแอนะลอก ซ่ึงเปนวิธีที่ใชในการทดลองดีมอดูเลตสัญญาณ FSK ในบทนี ้และสําหรับกรณีที่เราใชไอซี PLL เบอร LM565 ใน Data sheet มีการแนะนําการตอไอซีเพื่อใชในการดีมอดเูลตสัญญาณ FSK ดังภาพที่ 51

LM565

อินพุต

เอาตพุต5

4

6

7

1

3

2

10

8

9

2

7- 8

Ωk2Ωk20

Ωk10

Ωk10

Ωk7.4

Ωk7.4

F001.0 μ

F01.0 μ

F10μ

F1.0 μ

Ωk15

63

ภาพที ่51 การตอ LM565 เปนวงจรดีมอดูเลตสัญญาณ FSK

สัญญาณ FSK

สัญญาณเอาตพุต

วงจรกรองความถี่ต่ําผาน

(LPF)

วงจรกรองความถี่ต่ําผาน

(LPF)

วงจรเปรียบเทียบแรงดนั

tcos2

ω

tcos1

ω

ภาพที ่52 การตรวจจับสญัญาณ FSK แบบโคเฮอรเรนต

ภาพที ่52 แสดงถึงการตรวจจับสัญญาณ FSK แบบโคเฮอรเรนตจะเห็นไดอยางชัดเจนวาทางดานเครื่องรับหรือภาครับจะตองมีการสรางสัญญาณพาหที่มีความถูกตองทั้งเฟสและความถี่ออกมากอน ซ่ึงทําไดคอนขางยากและสงผลใหเกิดความผิดเพี้ยนขึน้มา

ขอดีของระบบมอดูเลตแบบ FSK 1. สัญญาณ FSK เปนสัญญาณที่มีกรอบ (Envelope) ของสัญญาณคงที่ ดังนั้นจึงไมมี

ความไวตอการเปลี่ยนแปลงตอขนาดหรืออัตราขยายของสัญญาณขาวสาร 3. การตรวจจับสญัญาณ FSK สามารถอาศัยหลักการการเปลี่ยนแปลงความถี่ ระหวางสถานะ

2 สถานะ ซ่ึงไมจําเปนตองใชความแมนยาํหรือเที่ยงตรงของความถี่มาก

64

การประยุกตใชงานระบบ FSK ในปจจุบันระบบมอดูเลตแบบ FSK ไดมีการนําไปประยกุตใชอยางแพรหลายโดยสามารถแบง

การนําไปใชงานได 2 ประเภทใหญๆ คือ 1. การนําไปใชงานยานความถี่เสียง เพื่อใชในการมัลติเพล็กซบนชองสื่อสารของระบบโทรศัพท

kHz42. การนําไปใชในงานยานความถี่สูง ตั้งแตยาน HF ( High frequency ) หรือ VHF

( Very High Frequency ) สําหรับระบบสงวิทยุโทรเลข ( Radio teletype ) 2.3.12 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามเฟส ( Phase – Shift Keying , PSK) :

( John , 1992. Harold ,2000. and Andy, 1999.) ระบบมอดูเลตแบบ PSK ถือไดวามีขอดีกวาทั้งระบบมอดูเลตแบบ ASK และ FSK

เนื่องจากสัญญาณ PSK เปนสัญญาณที่มีแอมปลิจูดและความถี่คงที่ อีกทั้งมีแบนดวิธดเทากับสัญญาณ ASK และยังทนตอสัญญาณรบกวนไดดีกวาสัญญาณ FSK ซ่ึงสัญญาณ PSK นี้เปนสัญญาณที่มีเฟสขึ้นอยูกับขั้วของสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่สวนใหญแลวเปนสัญญาณที่มี 2 ขั้ว (Bipolar baseband) ดังแสดงในภาพที่ 53

ภาพที ่53 ลักษณะสญัญาณ PSK

สัญญาณที่มีสองข้ัว

สัญญาณ PSK

cf

X

=

จากภาพที ่53 สัญญาณขาวสารดิจิตอลที่มี 2 ขั้ว สามารถเขียนเปนสมการไดดังนี ้

...]t5cos

51

t3cos31

t[cos4

)t(s 0oo −+−π

= ωωω (35)

สัญญาณ PSK ที่กําเนิดขึน้จากสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่เปนเลขฐานสอง (Binary signal) จะเรียก วาสัญญาณ BPSK (Binary Phase Shift Keying) ซ่ึงสามารถหาไดจาก

65

)t(sv)t(v cBPSK =

...]t3cos.tcos31

tcost.[cos4

)t(v ococBPSK +−π

= ωωωω

t)cos(31

t)tcos(31

t)[cos(2

ocococ ωωωωωω +−++−π

=

...]t)cos(31

oc ++− ωω (36)

จากสมการที่ (36) จะเห็นไดวา คาแบนดวิธดของสัญญาณ BPSK มีคาเทากับแบนดวิธดของสัญญาณ ASK ซ่ึงแสดงใหเห็นในภาพที่ 54

ภาพที ่54 สเปคตรัมของสัญญาณ BPSK

PSK

สัญญาณพาห

สัญญาณขาวสาร

0f

f

f

cf

0f50f3

foc ff − oc ff +cf

oc การมอดูเลตสัญญาณ PSK

ff − oc ff +cfc f3f o− oc f3f +

สัญญาณเอาตพุต

tcosE cω+

tcosE cω−

E

วงจรกรองแถบความถี่ผาน

สัญญาณดิจิตอลินพุตข้ัวเดียวอ

ภาคเปรียบเทียบสัญญาณ 2 ข้ัว

ตัวมอดูเลตสมดุล

ออลซิลเลเตอร

66

ภาพที ่55 การมอดเูลตสัญญาณ PSK สัญญาณ BPSK สามารถสรางขึ้นไดจากการเปลี่ยนสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่มีขั้วเดียว (

Unipolar binary input ) ใหเปนสัญญาณที่มี 2 ขั้วกอน โดยการใชวงจรเปรียบเทียบแรงดัน จากนั้นจะนําสัญญาณที่ไดมามอดูเลตกับสัญญาณพาหโดยผานวงจรคูณสัญญาณ ซ่ึงเมื่อสัญญาณที่ผานการคูณแลวไปเขาวงจรกรองแถบความถี่ผานก็จะทําใหไดสัญญาณ BPSK ออกมา ดังแสดงในภาพที่ 56 โดยสัญญาณที่ไดจากการมอดูเลตแบบ BPSK นี้จะเปนไปดังภาพที่ 57

Data Input

0

0

BPSKSignaloutput

ภาพที ่56 สัญญาณ BPSK ที่ไดจากการมอดูเลตในภาพที ่55

จากสัญญาณในภาพที่ 56 จะเห็นไดวา กรณีที่สัญญาณขาวสารไบนารีมีคาเปน “1” สัญญาณ

BPSK จะมีเฟสเดียวกับสัญญาณพาห แตถาสัญญาณขาวสารไบนารีมีคาเปน “0” สัญญาณ BPSK ก็จะมีการกลับเฟสกับสัญญาณพาหอยู โดยวงจรกรองแถบความถี่ผานที่ใชในภาพที่ 55 จะทําหนาที่กรองเอาเฉพาะแถบความถี่ 2 เทอมแรก ในสมการที่ (36) ออกมา ซ่ึงจะเห็นไดวาเปนสัญญาณ DSBSC ทั้งนี้ เพื่อเปนการจํากัดแบนดวิธดของสัญญาณ นั้นเอง

O180

การดีมอดูเลตสัญญาณ BPSK

สัญญาณ PSK สามารถทําการดีมอดูเลตเพื่อนําสัญญาณขาวสารกลับคืนมาได โดยมีหลักการดังแสดงในภาพที่ 57 สัญญาณ PSK

สัญญาณพาห

วงจรกรองความถี่ต่ําผาน

(LPF)

วงจรเปรียบเทียบแรงดนั

67

ภาพที ่57 การดีมอดูเลตสัญญาณ BPSK 2.3.13 การมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา ( Time Division Multiplex ,

TDM ) : ( John , 1992.and Leon, 1992.) การมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา (Time Division Multiplexing, TDM) หมายถึง

กระบวนการสุมเลือกสัญญาณขาวสารที่มีมากกวา 1 สัญญาณ โดยมีความสอดคลองกับเวลา ดังนั้นสัญญาณขาวสารเหลานี้จึงสามารถสงภายใตชองการสื่อสาร (Communication Channel)

หลักการของระบบ TDM สามารถพิจารณาไดจากภาพที่ 58 โดยเปนการยกตัวอยางของแหลงจายสัญญาณขาวสารที่มีอยู 3 สัญญาณ ซ่ึงถูกมัลติเพล็กซภายใตระบบ PCM เพื่อความสะดวกในการพิจารณาการสุมเปนแบบสุมธรรมชาติ ความกวางพัลซของสัญญาณ TDM PAM คือ

13 3

T sf s

= และความกวางของสัญญาณ TDM PCM เปนจํานวนบิตที่ใชใน PCM โดยที่ เปนความถี่ของการสุม Sfสวนทางดานเครื่องรับจะมีการซิงโครไนซเพื่อใหสัญญาณขาวสารถูกมัลติเพล็กซออกมาไดอยางถูก

ตองโดยวงจรกรองความถี่ตํ่าที่มีจะทําการกรองเอาสัญญาณขาวสารแอนะลอกกลับคืนมาในแตละชอง (Chennel)

ภาพที ่58 หลักการพื้นฐานของระบบ TDM

ควอนไตซและ เขารหัส

สัญญาณอินพุตแอนะลอก

สัญญาณขาวสารชองที่ 1

ชองสัญญาณ

LPF

ชองขาวสารที่ 1

LPF

LPFถอดรหัส

ภาคสงสัญญาณ

ตัวสุม

สัญญาณ TDM PAM

ัญญาณเอาตพุตแอนะลอก

ซิงโครไนซ

ภาครับสัญญาณ

ตัวสุม

ชองขาวสารที่ 2

ชองขาวสารที่ 3

สัญญาณ TDM PAM

สัญญาณ TDM PAM

สัญญาณขาวสารชองที่ 2

สัญญาณขาวสารชองที่ 3

ส

68

2.3.14 การมอดูเลตแบบเดลตา ( Delta Modulation, DM ) : ( John , 1992.) การมอดูเลตแบบเดลตา(Delta Modulation, DM) เปนเทคนิคการมอดูเลตหนึ่งที่จะช

วยลดแบนดวธิดในการสงสัญญาณดิจิตอล โดยหลักการของ DM นี ้สัญญาณขาวสารจะถูกสุมและควอนไตซ คลายกบัสัญญาณ PCM จะมีอัตราสุมที่เร็วกวาความถี่ Nyquist โดยหลักการของการมอดูเลตแบบเดลตานี้คือสัญญาณที่ถูกสุมจะไมถูกแปลงใหเปนสัญญาณดิจิตอล แตจะมีการสงสัญญาณดจิิตอลซึ่งเปนสัญญาณสุมในชวงถัดไปโดยมีคามากกวาหรือนอยกวาสัญญาณเดิมทําใหมีการสงเฉพาะสัญญาณที่มี

ความแตกตางกัน (Difference หรือ Δ ) ระบบการมอดเูลตแบบเดลตา ไมไดมีการลดคาแบนดวดิธ ของสัญญาณลงไปมาก เพราะมีการสุ

มที่รวดเร็วขึน้กวาระบบ PCM ทั้งนี้เพื่อทําใหการควอนไตซสัญญาณมีความละเอียดขึ้น แตอยางไรก็ตามระบบมอดูเลตแบบเดลตามีขอดีที่สามารถผลิตใหอยูในรปูแบบของวงจรรวมหรือไอซี (Integreting Circuit, IC) โดยงายโดยเราเรียกไอซีนี้วา CODEC (Coder Decoder)

1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Output signal steps

Input analogue signal

A

C

B สัญญาณเอาตพุต สัญญาณแอนะลอกอินพุต

1 bit output signalรหัสเลขฐานสอง

ภาพที ่59 การมอดูเลตแบบเดลตาพื้นฐาน

Analogue input

Up-downCounterC

ΔM output ≈

69

สัญญาณ แอนะลอกอินพุต สัญญาณเอาตพุต DM

วงจรนับ ข้ึน - ลง

ภาพที ่60 วงจรมอดูเลเตอรแบบเดลตา

ในภาพที่ 59 เปนการแสดงถึงสัญญาณ DM จะเห็นไดวาสัญญาณดิจิตอลที่เปนสัญญาณ DM มีคา

สอดคลองกับสัญญาณแอนะลอกอินพุต จากการทํางานของระบบมอดูเลตแบบเดลตาในภาพที่ 59 สามารถสรุปไดดังนี้

1. สัญญาณดจิิตอลมีคาสลับกันไป (Toggle) เมื่อสัญญาณมีคาคอนขางคงที่(บริเวณ B) 2. สัญญาณดจิิตอลมีคาเปน “1” ตลอดที่สัญญาณขาวสารเพิ่มขึ้น (บริเวณ A) 3. สัญญาณดจิิตอลมีคาเปน “0” ตลอดที่สัญญาณขาวสารลดลง (บริเวณ C) สวนในภาพที ่ 60 เปนวงจรมอดเูลเตอรแบบเดลตา ซ่ึงประกอบไปดวยวงจรนับขึ้น-ลง

(Up-Down counter) โดยที่เอาตพุตของมันถูกนําไปปอนเขาวงจรอินทีเกรเตอรเพื่อเปรียบเทียบกับสัญญาณอินพุต ถาสัญญาณเอาตพุตของวงจรอินทีเกรเตอรมีคามากกวาสัญญาณอินพุตสวนสัญญาณเอาตพุตของ วงจรนบัก็จะเปน “1” และเปน “0” กรณีที่มีคานอยกวา

บทที่ 3

ขั้นตอนและวิธีการดําเนินงาน ในการสรางชุดทดลอง เพื่อใชในวิชาปฏิบัติการระบบสื่อสาร 1 และ วิชาปฏิบัติการระบบสื่อสาร 2 ตามหลักสูตรของภาควิชาครุศาสตรไฟฟา ไดมีการวางแผน กําหนดขั้นตอนและวิธีการดําเนินงาน ดังนี้

ผังแสดงขั้นตอนการทํางาน ( Flow Chart )

เริ่มตน

กําหนดขอบเขตเนื้อหาและวัตถุประสงคเชิงพฤติกรรม

ของการทดลอง

ภาพที ่61 ผังแสดงขั้นตอนการทํางาน วิธีการดําเนินงาน

70

แกไขทดสอบ

ออกแบบและจัดทําใบประลอง

ออกแบบและจัดทําชุดทดลอง

ไมผานผาน

จัดทําชุดเฉลยการทดลองคูมือการใชงานและปริญญานิพนธ

จบ

71

1. กําหนดขอบเขตเนื้อหาและวัตถุประสงคเชิงพฤติกรรมของการทดลอง อธิบายแยกเปนหวัขอยอยได ดังนี ้

1.1 ศึกษาคําอธิบายรายวิชา โดยทําการศึกษาคําอธิบายรายวิชา 224303 ปฏิบัติการสื่อสาร 1 และ วิชา 224305 ปฏิบัติการ

ระบบสื่อสาร 2 ตามหลักสูตรครุศาสตรอุตสาหกรรมบัณฑิต สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟา หลักสูตรปรับปรุง พ.ศ. 2543 คณะครุศาสตรอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ ซ่ึงมีคําอธิบายรายวิชา ดังนี้

224303 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 1

( Telecommunication Laboratory I ) วิชาบังคับกอน : 221307 ปฏิบัติการวัดทางไฟฟา

224302 ระบบการสื่อสาร 1 ปฏิบัติเกี่ยวกับอุปกรณส่ือสารตางๆ เชน โทรศัพท สายเคเบิล โทรพิมพ มัลติเพล็กซ วิทยุ และไมโครเวฟ

224305 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 2 ( Telecommunication System Laboratory II )

วิชาบังคับกอน : 224303 ปฏิบัติการระบบการสื่อสาร 1 224304 ระบบการสื่อสาร 2

ปฏิบัติเกี่ยวกับระบบสื่อสารตางๆ ระบบโทรศัพท การวัดสายเคเบิล ระบบโทรพิมพ ระบบ มัลติเพล็กซ ระบบวิทยุและไมโครเวฟ

1.2 จัดแบงหัวขอการทดลอง จากการศึกษาคําอธิบายรายวิชา ทั้ง 2 วิชา รวมถึงการคนหาขอมูลทางอินเตอรเน็ตจากที่ตางๆ ซ่ึง

ไดศึกษาจากลักษณะและขอบเขตของการสื่อสารแบบดิจิตอล และรวมถึงการปรึกษากับอาจารยที่ปรึกษาแลวจึงไดจัดแบงหัวขอในการทดลอง ไดเปน 14 หัวขอการทดลอง โดยเรียงลําดับจากหัวขอท่ีเปนพื้นฐานไปยังหัวขอที่มีความยากมากขึ้นของระบบสื่อสารแบบดิจิตอล ซ่ึงสามารถกําหนดหัวขอเปนทฤษฎีบทจํานวน 2 เร่ือง คือ การสื่อสารแบบดิจิตอล และสัญญาณพัลส เพื่อเปน ทฤษฎีบทนําในการทดลอง และสวนหัวขอการทดลองสามารถแบงได 14 หัวขอการทดลอง ดังนี้

การทดลองที่ 1 การเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอก ( Digital to Analog Conversion)

72

การทดลองที่ 2 การเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเปนสญัญาณดิจิตอล ( Analog to Digital Conversion )

การทดลองที่ 3 วงจรสุมและคงคาสัญญาณ ( Sample and Hold Circuit ) การทดลองที่ 4 การมอดูเลตเชิงขนาดพลัส ( Pulse Amplitude Modulation ,

PAM ) การทดลองที่ 5 การดีมอดูเลตเชิงขนาดพัลส ( Pulse Amplitude Demodulation

) การทดลองที่ 6 การมอดเูลตเชิงความกวางพัลส ( Pulse Width Modulation ,

PWM ) การทดลองที่ 7 การมอดูเลตเชิงตําเหนงพัลส ( Pulse Position Modulation ,

PPM ) การทดลองที่ 8 การมอดูเลตเชิงความถี่พัลส ( Pulse Frequency Modulation ,

PFM ) การทดลองที่ 9 การมอดูเลตเชิงรหัสพัลส ( Pulse Code Modulation , PCM ) การทดลองที่ 10 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามขนาด ( Amplitude – Shift Keying ,

ASK ) การทดลองที่ 11 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามความถี ่( Frequency – Shift Keying ,

FSK ) การทดลองที่ 12 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามเฟส ( Phase – Shift Keying , PSK ) การทดลองที่ 13 การมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา( Time Division Multiplex ,

TDM ) การทดลองที่ 14 การมอดูเลตแบบเดลตา ( Delta Modulation, DM )

1.3 กําหนดวัตถุประสงคเชิงพฤติกรรมแตละใบประลอง ซ่ึงไดกําหนดวัตถุประสงคขึ้นตามพฤติกรรมที่ตองการใหเกิดขึ้นกับนักศึกษา โดยจะทําการ

กําหนดวัตถุประสงค เชิงพฤติกรรม 1 วัตถุประสงคตอ 1 หัวขอการทดลองยอยในแตละหัวขอการทดลอง มีตัวอยางดังนี้โดยเรียงลําดับตามการทดลอง

- ตอวงจรและทดสอบวงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอก แบบ Binary weighted resistors ได

- ตอวงจรและทดสอบวงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอก แบบ R-2R resistors ได

73

- ตอวงจรและทดสอบวงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอก โดยใช IC DAC0808 ได

- ตอวงจรและทดสอบวงจรเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอล โดยใช IC DAC0809 ได

- ตอวงจรและทดสอบวงจรสุมและคงคาสัญญาณโดยใชออปแอมปได - ตอวงจรและทดสอบวงจรสุมและคงคาสัญญาณโดยใชไอซีเบอร LF398 ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการมอดูเลตสัญญาณ PAM แบบสุมธรรมชาติได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการมอดูเลตสัญญาณ PAM แบบ Flat top ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการมอดีดูเลตสัญญาณ PAM แบบสุมธรรมชาติได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการมอดีดูเลตสัญญาณ PAM แบบ Flat top ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการมอดูเลตสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Natural samplingได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการมอดูเลตสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Uniform sampling ได - ตอวงจรและทดสอบวงจร การดีมอดูเลตสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Natural sampling ได - ตอวงจรและทดสอบวงจร การดีมอดูเลตสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Uniform

sampling ได - ตอวงจรและทดสอบวงจร การมอดูเลตสัญญาณ PPM ได - ตอวงจรและทดสอบวงจร การดีมอดูเลตสัญญาณ PPM ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการมอดูเลตสัญญาณ PFM ได - ตอวงจรและทดสอบวงจร การดีมอดูเลตสัญญาณ PFM ได - ตอวงจรและทดสอบระบบการมอดูเลตสัญญาณ PCM ได - ตอวงจรและทดสอบวงจร การมอดูเลตสัญญาณ ASK ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ ASK ได - ตอวงจรและทดสอบวงจร การมอดูเลตสัญญาณ FSK ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ FSK ได - ตอวงจรและทดสอบวงจร การมอดูเลตสัญญาณ PSK ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ PSK ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการมอดูเลตสัญญาณ TDM ได

74

- ตอวงจรและทดสอบวงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ TDM ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการมอดูเลตสัญญาณ DM ได - ตอวงจรและทดสอบวงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ DM ได

Digital Communication System Experimental Set Lab … : P f

2. ออกแบบและจัดทําใบประลอง โดยในใบประลองจะประกอบดวย เนื้อหาความรูพื้นฐาน และ

การทดลองที่เกี่ยวของตรงกบัวัตถุประสงคเชิงพฤติกรรมแตละใบประลอง ดังตัวอยางตอไปนี้ ตัวอยางใบประลอง

ภาควิชาครุศาสตรไฟฟา สจ.พ.

Digital Communication System Experimental Set ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล

การทดลองที่ 12 Phase Shift

Keying, PSK

วัตถุประสงคเชิงพฤติกรรม

1. …………………………………………………………………………….. 2. …………………………………………………………………………….. 3. ……………………………………………………………………………..

เครื่องมือและอุปกรณที่ใชในการทดลอง

1. …………………………………………..

75

2. ………………………………………….. 3. ………………………………………….. 4. ………………………………………….. 5. ………………………………………….. 6. …………………………………………..

Digital Communication System Experimental Set Lab … : P f7. …………………………………………..

เนื้อหาโดยสรุป …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

เอกสารอางอิง [1] …………………………………………………………………………………

[2] …………………………………………………………………………………

76

[3] ………………………………………………………………………………… [4] …………………………………………………………………………………

Digital Communication System Experimental Set Lab … : P f

การทดลอง ตอนที ่… ……………………………

วงจรที่ใชในการทดลอง

ภาพที่ … ……………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

77

Digital Communication System Experimental Set Lab … : P f

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… คําถามในการทดลอง

………………….……………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………..……………………….….…...….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

สรุปผลการทดลอง ………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………..……………………….….…...….………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………..……………………….….…...….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

78

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. ออกแบบและจัดทําชุดทดลอง ซ่ึงชุดทดลองจะแบงเปน 2 สวน ดวยกันคือ 1. ชุดทดลองวงจรยอย 2. ชุดทดลองวงจรหลัก

3.1 ชุดทดลองวงจรยอย 3.1.1 ออกแบบชุดทดลองวงจรยอย

เมื่อไดวงจรที่จะใชในการทดลองจริงแลวเราจึงนําวงจรทั้งหมดมากําหนดขนาดและออกแบบแผง

ทดลองวงจรยอย โดยพิจารณาการเรียงลําดับตามหัวขอการทดลองและความตอเนื่องของวงจรเปนหลัก จากนั้นจะทําการออกแบบลายวงจร ในการออกลายวงจรจะเริ่มจากการเขียนลายวงจร จัดวางตําแหนงของตัวอุปกรณ ออกแบบลายวงจรพิมพและจัดทําแผงทดลองวงจรยอย ซ่ึงในการทดลองทั้ง 14 หัวขอนี้จะใชแผงทดลองยอย 22 แผง ซ่ึงแผงทดลองวงจรยอยทํามาจากแผน PCB มีขนาด 7.62 x 12.7 เซนติเมตร หรือ 3 x 5 นิ้ว ดังภาพที่ 62 และมีวงจรที่ใชในการทดลองสกรีนอยูบนแผงวงจรทั้ง 22 แผงดวยกันดังไดแสดงตัวอยางลายวงจรที่อยูบนแผงทดลองในภาพที่ 63

ขนาดของแผงทดลองวงจรยอย

79

5 นิว้

3 นิว้

ภาพที ่62 ขนาดของแผงทดลองวงจรยอย

ภาพที ่63 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่1

โดยจากแผงวงจรยอยที่แบงไดทั้ง 22 แผง ในแตละแผงจะประกอบไปดวยวงจรทีใชในการทดลองตางๆ ดังนี้

แผงที่ 1 ประกอบดวย วงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอกแบบ Binary-weighted resistors

80

แผงที่ 2 ประกอบดวย วงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอกแบบ R-2R resistors

แผงที่ 3 ประกอบดวย วงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอกโดยใช IC DAC0808

แผงที่ 4 ประกอบดวย วงจรเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอลโดยใช IC DAC0809

แผงที่ 5 ประกอบดวย วงจรสุมและคงคาสัญญาณโดยใชออปแอมปและวงจรสุมและคงคาสัญญาณโดยใชไอซีเบอร LF398

แผงที่ 6 ประกอบดวย วงจรการมอดูเลตสัญญาณ PAM แบบสุมธรรมชาติ และวงจรการมอดูเลตสัญญาณ PAM แบบ Flat top

แผงที่ 7 ประกอบดวย วงจรการมอดีดูเลตสัญญาณ PAM และแบบสุมธรรมชาติและ แบบ Flat- top

แผงที่ 8 ประกอบดวย วงจรการมอดูเลตสัญญาณ PWM ที่ใชวธีิ Natural sampling และวงจรการมอดูเลตสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Uniform sampling

แผงที่ 9 ประกอบดวย วงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Natural sampling และที่ใชวิธี Uniform sampling

แผงที่ 10 ประกอบดวย วงจรการมอดูเลตสัญญาณ PPM และวงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ PPM

แผงที่ 11 ประกอบดวย วงจรการมอดูเลตสัญญาณ PFM แผงที่ 12 ประกอบดวย วงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ PFM แผงที่ 13 ประกอบดวย วงจรการมอดูเลตสัญญาณ PCM และวงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ

PCM แผงที่ 14 ประกอบดวย วงจรการมอดูเลตสัญญาณ ASK และวงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ

ASK แผงที่ 15 ประกอบดวย วงจรการมอดูเลตสัญญาณ PSK แผงที่ 16 ประกอบดวย วงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ PSK แผงที่ 17 ประกอบดวย วงจรการมอดูเลตสัญญาณ FSK แผงที่ 18 ประกอบดวย วงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ FSK แผงที่ 19 ประกอบดวย วงจรมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา ( Time Division Multiplex

)

81

แผงที่ 20 ประกอบดวย วงจรดีมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา ( Time Division Demultiplex )

แผงที่ 21 ประกอบดวย วงจรการมอดูเลตสัญญาณ DM แผงที่ 22 ประกอบดวย วงจรการดีมอดูเลตสัญญาณ DM

รายละเอียดวงจรที่สกรีนลงบนแผงทดลองยอยที ่2 – 22 อยูในภาคผนวก ข หนา 132 -152 3.1.2 ประกอบแผงทดลองวงจรยอย

เมื่อไดแผงทดลองยอยทั้ง 22 แผงที่ผานขั้นตอนมาแลว นําอุปกรณที่จะใชในการทดลองที่ตองการใหอยูบนแผงทดลองและอุปกรณที่ใชสําหรับปรับเปลี่ยนคาหรือชนิดของอุปกรณมาประกอบและบัดกรีบนแผงทดลองใหเรียบรอย พรอมกับทําสายที่จะใชในการเชื่อมตอจุดตางๆ ดวย

3.2 ชุดทดลองหลัก 3.2.1 ออกแบบชุดทดลองหลัก

เนื่องจากชุดทดลองนี้เปนชุดทดลองเกี่ยวกับการสื่อสารและเพื่อเปนการอํานวยความสะดวกแกผูใช

ชุดทดลองระบบการสื่อสารแบบดิจิตอลจึงมีการสรางชุดเครื่องกําเนิดสัญญาณ ( Function generator ) และแหลงจายแรงดันไฟฟากระแสตรงที่จะปอนใหแกวงจรที่จะทําการทดลอง โดยในสวนของแหลงจายแรงดันไฟฟากระแสตรงที่จะทําการปอนใหกับวงจรทดลองและชวงของกระแสที่จะใชในวงจรจะพิจารณาจากไอซีในวงจรวาตองการแรงดันไฟฟากระแสตรงในชวงใดเพื่อสามารถทํางานได โดยดูจากคุณลักษณะของไอซีตัวนั้น เชนไอซีเบอร LF351 LM565 ตองการแรงดันในชวง ± 5 โวลต ถึง 12 โวลต ไอซีเบอร CD4066 ตองการแรงดันในชวง 5 โวลต ไอซีเบอร 7474 CD4011 CD4017 ตองการแรงดันในชวง +5 โวลต และไอซีเบอร MPY 634 ตองการแรงดันในชวง ± 12 โวลต ดังนั้นจึงพิจารณาเลือกออกแบบแหลงจายแรงดันไฟฟากระแสตรง

12 โวลตสําหรับไอซีเบอร 351 LM 565 MPY 534 และแหลงจาย แรงดันไฟฟากระแสตรง +5 โวลตสําหรับไอซีเบอร 7474 CD4011 CD4017 โดยใหกระแสแหลงจายแรงดัน ไฟฟากระแสตรงทั้งสองชุดอยูในชวง 1 แอมป และสรางชุดเครื่องกําเนิดสัญญาณ (Function generator) ซ่ึงมีดวยกัน 2 ชุด เพื่อใชการทดลองจากคุณสมบัติของวงจรที่ใชทําการทดลองโดยพิจารณาจาก ใบประลองในขั้นตอนการทดลองจะมีการกําหนดชวงความถี่ที่จะใชทําการ

± ±

±

82

ทดลองจึงนําขอมูลดังกลาวมาเปนหลักในการออกแบบชุดเครื่องกําเนิดสัญญาณ ( Function generator ) ใหตรงกับความตองการ

ลักษณะสมบัติของแผงทดลองหลัก

1. แหลงจายไฟ ± 5 โวลต 1 แอมแปร 1 ชุด 2. แหลงจายไฟ ± 12 โวลต 1 แอมแปร 1 ชุด 3. เครื่องกําเนิดความถี ่2 ชุด ผลิตความถี่ 10 Hz – 100 kHz

- ผลิต สัญญาณรูปคลื่นซายน (Sinusoidal wave signal) เอาตพุต 0 - 5.6 VP – P

- ผลิต สัญญาณรูปสามเหลี่ยม (Square wave signal) เอาตพุต 0 - 12 VP – P

- ผลิต สัญญาณรูปสี่เหล่ียม (Triangular wave signal) เอาตพุต 0 -16 VP – P

- ผลิต สัญญาณ TTL 4. เครื่องกําเนิดความถี่สามารถเลือกการทํางานในโหมดสัญญาณรูปคลื่นซายน

หรือ สัญญาณรูปสามหลี่ยม หรือ สัญญาณรูปสี่เหล่ียม ไดเพียงโหมดใดโหมดหนึ่งในเวลาเดียว สวนสัญญาณ TTL สามารถใชรวมกับโหมดสัญญาณรูปคลื่นซายน หรือ สัญญาณรูปสี่เหล่ียม หรือ สัญญาณรูปสามเหลี่ยม ไดในเวลาเดียวกัน

วงจรที่ใชในการสรางชุดทดลองหลัก แหลงจายไฟ ( Power Supply ) แหลงจายไฟที่ใชในการทดลองจะเปนแหลงจายไฟขนาด V5± และ V12± กระแส 1 แอมแปร ซ่ึงจากการทดลองตอแผงวงจรที่กินกระแสสูงสุดไมเกิน1 แอมแปร โดยแหลงจายไฟที่นํามาใชในชุดทดลองหลักนี้จะเปนแหลงจายไฟที่ใหแรงดันตามขนาดที่ตองการ ดังแสดงวงจรของแหลงจายไฟในภาพที่ 64

IC1 7805

GND+5VVinBD1AC 24 Vp-p

GND

-5V

+5VC3

10uF

C410uF

C22200uF

IC2 7905

C12200uF

GND

-5VVin

83

ภาพที ่64 วงจรแหลงจายไฟที่ใชในชุดทดลองหลัก

จากวงจรแหลงจายไฟในภาพที่ 64 จะเห็นวาวงจรแยกออกเปน 2 สวนดวยกันคือ สวนของแหลงจายไฟ V5± และ ซ่ึงใชไอซีเร็กกูเลเตอรเบอร 7805 กับ 7905 เปนวงจรสรางแรงดันขนาด และ ตามลําดับ แหลงจายไฟขนาด

V12±V5+ V5− V12± ก็ใชไอซีเร็กกูเลเตอรเบอร

7812 กับ 7912 เปนตัวสรางแรงดัน V12+ และ V12− แหลงกําเนิดสัญญาณ (Function Generator) แหลงกําเนิดสัญญาณที่ใชในชุดทดลองหลักเปนแหลงจายสัญญาณที่สามารถสรางสัญญาณรูปซายน (Sineusoidal wave) สัญญาณรูปสามเหลี่ยม (Triangle wave) และสัญญาณรูปส่ีเหล่ียม (Square wave) โดยมีความถี่ตั้งแต 10Hz – 100kHz ซ่ึงสรางมาจากไอซีเบอร ICL8038 เปนไอซีผลิตสัญญาณ ซ่ึงอยูในแพคเกจไอซี 14 ขา ดังแสดงวงจรกําเนิดสัญญาณในภาพที่ 65

7414TLE2074ICL8038

100k

C11uF

VR410k R20 22k

R22 4.7M

R21 10M

R710k

R122.7k C6

47uF

SelectorSw.2

1234

+

C2 220nF

C3 22nF

C4 2200pF

C5 220pF

R1010k

+12V

+12V

+12V

+12V

R910k

R810k

R17330

+12V

-12V

-12V

-12V

D1

ZENER+5V

TTL

OUTPUT WAVEFORM

1 2 3 4 5 6 7

1011121314 89

1 2 3 4 5 6 7

1011121314 89 111121314 890

1k

R18330

R16

10kR1510k

R145k

R1110k

100k

1 2 3 4 5 6 7

5k

VR1

VR2VR3

VR6

IC1

IC2

IC3

84

ภาพที่ 65 วงจรแหลงกําเนดิสัญญาณ

จากภาพที่ 65 เปนวงจรกําเนิดสัญญาณที่ใชในชุดทดลองหลัก โดยวงจรกําเนิดสัญญาณที่สรางขึ้นมานี้ประกอบไปดวยไอซีเบอร ICL8038 ซ่ึงทําหนาที่สรางสัญญาณความถี่รวมกับอุปกรณประกอบตางๆ ซ่ึงมีคาความตานทาน VR4 เปนตัวควบคุมความถี่ของวงจรสรางสัญญาณ ซ่ึงวงจรสามารถปรับคาความถี่ของสัญญาณไดจากการปรับคาความตานทานของ VR4 และมีสวิตชเลือกตัวที ่1 ( Selectors Sw.1 ) เปนตัวเลือกสัญญาณ โดยมี VR1 และ VR2 เปนตัวปรับสัญญาณซายน สวิตชเลือกตัวที่ 2 ( Selectors Sw.2 ) เปนตัวเลือกยานความถี่ของสัญญาณที่สรางขึ้น สวน VR3 ปรับดิวตี้ไซเกิ้ล VR5 ทําหนาที่เปนตัวปรับแอมปลิจูดของสัญญาณ และ VR6 ปรับระดับสัญญาณไฟตรง ( DC offset ) IC2 TLE2074 เปนไอซี 14 ขา ภายในเปนออปแอมป 4 ตัว ไดตอเปนภาคขยายสัญญาณ วงจรปรับระดับแรงดันไฟตรง และเปนวงจร กันชน สวน IC3 7414 เปน ชมิตทริกเกอร ( Schmitt trigger ) ทําหนาที่ใหสัญญาณ TTL มีความคงรูปเมื่อความถี่สูงขึ้น

3.2.2 ประกอบวงจรหลัก

เมื่อไดวงจรหลักที่ออกแบบไวแลวก็นําอุปกรณที่ใชในการทดลองที่ตองการใหอยูบนแผงทดลองมาประกอบและบัดกรีลงบนแผงทดลองหลักใหเรียบรอย

3.2.3 ออกแบบตัวกลอง

โดยพิจารณาใหมีขนาดเหมาะสมกับอุปกรณที่ติดตั้งภายในและอุปกรณที่ติดตั้งบนหนาปทม ซ่ึง

การจัดวางอุปกรณตาง ๆ จะคํานึงถึงความสะดวกในการใชงานและความสวยงาม ตัวกลองจะประกอบดวย 3.2.2.1 ลักษณะและขนาดดังแสดงในภาพที่ 66

3.2.2.2 แหลงจายไฟตรง ± 5 V และ ± 12 V 1 A 1 ชุด

85

3.2.2.3 เครื่องกําเนิดความถี่ 2 ชุด 3.2.2.4 หนาปทม ประกอบดวย สวิตซ Power และ ชุดควบคุม

Function Generators 2 ชุด และ Power Supply 5V 1A 1 ชุด ± ± 12V 1A 1 ชุด

รูปแบบตัวกลองของชุดทดลองหลัก

9 3

7 cm.

19.5 cm

4.5 cm.

ภาพที ่66 แบบและขนาดของชุดแผงทดลองหลัก

ภาพที่ 67 หนาปทมของชุดแผงทดลองหลักสวนที่ 1

30 cm.

26.5 cm.

8 cm.1

2

3

30 cm.

7 DIGITAL COMMUNICATION SYSTEMS

EXPERIMENTAL SET

ON

OFF1

10100 1k

10kAMPLITUDE FREQUENCY

DUTY CYCLE

OUTPUT 2 TTL

GENERATOR 2

L H L HDUTY CYCLE

FREQUENCYAMPLITUDE10

100 1k10k

GENERATOR 1

L H L H

OUTPUT 1 TTL 2

86

แผงการทดลองที่ 2

ภาพที ่68 หนาปทมของชุดแผงทดลองหลักสวนที ่2 และสวนที ่3 จากภาพที่ 88 และ89 เปนภาพแสดงตําแหนงในการวางอุปกรณตางๆ บนแผงหนาปทมของชดุ

แผงทดลองหลักสวนที่ 1 สวนที่ 2 และสวนที่ 3 โดยไดแสดงหมายเลขกํากับไวดังนี้ 1. สวิตซ Power 2. ชุดควบคุม Function Generators และ แหลงจายไฟตรง ± 5 V 12 V 1

A ±

3. ที่วางแผงวงจรยอยแผงที่ 1 และแผงที่ 2

การวางอุปกรณภายในชุดทดลองหลัก ภายในชุดทดลองหลักมีการวางอุปกรณดังแสดงในภาพที่ 69

เครื่องกําเนิด สัญญาณ 1 เค รื่องกําเนิดสัญญาณ 2

หมอแปลง 24-0-24

26.5 cm.

87

+12V 0 –12V

+12V 0 –12V

+5V 0V

แหลงจายไฟ +5V 0 –5V

แหลงจายไฟ +12V 0 –12V

แหลงจายไฟเครื่องกําเนิดสญัญาณ

ภาพที่ 69 การวางอุปกรณภายในชุดทดลองหลัก

3.2.4 ประกอบตัวกลอง

เมื่อไดวงจรหลักที่ประกอบไวเรียบรอยแลวก็นําวงจรตางๆมาประกอบ จัดวางแผงวงจรหลักใหเรียบรอยพรอมทั้งเชื่อมตอสายไปยังอุปกรณควบคุมวงจรหลัก 4. ทดสอบและปรับปรุงแกไขชุดทดลอง

นํามิเตอรวัดแรงดันไฟฟากระแสตรงมาวัดคาแรงดันจากวงจรจายแรงดันวาถูกตองหรือไม หากผิดพลาดใหทําการปรับปรุงแกไขภายในวงจรและนําออสซิลโลสโคปมาวัดสัญญาณจากวงจรกําเนิดสัญญาณวาถูกตองหรือไมหากผิดพลาดใหทําการปรับปรุงแกไขภายในวงจร

5. จัดทําชุดเฉลย คูมือการใชชุดทดลองและปริญญานิพนธ 5.1 จัดทําชุดเฉลยใบประลอง เมื่อไดทั้งแผงทดลองหลักและแผงทดลองยอยแลว นําใบประลองตั้งแต 1 – 14 มาทําการ

ทดลองตามขั้นตอนการทดลองที่กําหนดไวในแตละหัวขอการประลอง ตอบคําถามและสรุปผลการทดลองลงในใบประลองทั้งหมดทําเปนเอกสารชุดที่ใชเฉลยการทดลองสําหรับใบประลอง

5.2 จัดทําคูมือการใชแผงทดลอง

คูมือการใชงานชุดทดลองนี้จะกลาวถึงรายละเอียดตางๆ ที่เกี่ยวกับชุดทดลอง เพื่อใหผูใชงาน

สามารถนําชุดทดลองนี้มาใชงานไดอยางถูกตองและเกิดประโยชนสูงสุด โดยกลาวถึงสวนประกอบของชุดทดลอง ตําแหนงของอุปกรณตางๆ บนชุดทดลองหลักเปนตน

88

5.3 จัดทําหนังสือปริญญานิพนธ เมื่อทุกอยางเสร็จเรียบรอยก็จะนําขอมูลตางๆทั้งผลการทดลอง ปญหา วิธีการแกไขในการทํา

โครงงานมาจัดทําปริญญานิพนธและเสนอสอบตอไป

บทที่ 4

ผลการดําเนินงาน ผลที่ไดจากการดําเนินงานสรางชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล สําหรับใชประกอบการเรียนการสอนในวิชา 224303 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 1 และวิชา 224305 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 2 นี้ทําใหไดสวนประกอบของโครงงาน ซ่ึงสามารถแบงออกเปน 4 สวนดวยกัน คือ 1. ชุดทดลองวงจรหลัก ดังภาพที ่70 ประกอบดวย 1.1 แหลงจายไฟคงที่ AV 112± 1 ชุด

1.2 แหลงจายไฟคงที่ AV 15± 1 ชุด 1.3 เครื่องกําเนิดสัญญาณ 2 ชุด สามารถผลิตความถี่ได kHzHz 10010 − และ

สามารถสรางสัญญาณตางๆ ไดดังนี ้ - สัญญาณรูปซายน - สัญญาณรูปสามเหลี่ยม

- สัญญาณรูปสี่เหล่ียม - สัญญาณ TTL

ภาพที่ 70 ชุดทดลองหลักสําหรับการทดลอง

89

90

ภาพที ่71 การวางอุปกรณภายในชุดทดลองหลัก

2. แผงทดลองตามหัวขอใบประลอง 14 หัวขอ ดังแสดงตัวอยางในภาพที่ 72 และภาพที ่73

ภาพที่ 72 ตัวอยางแผงทดลองวงจรยอย

91

ภาพที่ 73 แผงทดลองที่สรางขึ้นทั้งหมด 22 แผงทดลอง

ภาพที ่74 การประกอบแผงทดลองวงจรยอยกับชดุทดลองหลัก

3. ใบประลอง ซ่ึงมีหัวขอใบประลอง 14 หวัขอการประลอง ดังตอไปนี้

การทดลองที่ 1 การเปลี่ยนสัญญาณดิจติอลเปนสัญญาณแอนะลอก ( Digital to Analog Conversion )

การทดลองที่ 2 การเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเปนสญัญาณดิจิตอล (Analog to Digital Conversion )

การทดลองที่ 3 วงจรสุมและคงคาสัญญาณ ( Sample and Hold Circuit ) การทดลองที่ 4 การมอดูเลตเชิงขนาดพลัส ( Pulse Amplitude

Modulation , PAM )

92

การทดลองที่ 5 การดีมอดูเลตเชิงขนาดพัลส ( Pulse Amplitude Demodulation )

การทดลองที่ 6 การมอดเูลตเชิงความกวางพัลส ( Pulse Width Modulation , PWM )

การทดลองที่ 7 การมอดูเลตเชิงตําเหนงพัลส ( Pulse Position Modulation , PPM )

การทดลองที่ 8 การมอดูเลตเชิงความถี่พัลส ( Pulse Frequency Modulation , PFM )

การทดลองที่ 9 การมอดูเลตเชิงรหัสพัลส ( Pulse Code Modulation , PCM )

การทดลองที่ 10 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามขนาด ( Amplitude – Shift Keying , ASK )

การทดลองที่ 11 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามความถี ่( Frequency – Shift Keying , FSK )

การทดลองที่ 12 การมอดูเลตแบบเลื่อนตามเฟส ( Phase – Shift Keying , PSK )

การทดลองที่ 13 การมัลติเพล็กซแบบแบงเวลา( Time Division Multiplex , TDM )

การทดลองที่ 14 การมอดูเลตแบบเดลตา ( Delta Modulation, DM ) ใบประลองที่ไดจัดทําขึ้นมาประกอบดวยสวนตางๆ ดงัตัวอยางในใบประลอง ดังตอไปนี้

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 93

ตัวอยางใบประลองที่ 12

ภาควิชาครุศาสตรไฟฟา สจ.พ.

Digital Communication System Experimental Set

ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล

การทดลองที่ 12 Phase Shift Keying,

PSK

วัตถุประสงคเชิงพฤติกรรม

1.ตอวงจรและทดสอบการมอดูเลตสัญญาณ PSK ได 2.ตอวงจรและทดสอบการดีมอดูเลตสัญญาณ PSK ได

เคร่ืองมือและอุปกรณท่ีใชในการทดลอง

1.ออสซิลโลสโคป 1 2.เครื่องกําเนิดสัญญาณ 1 3.แหลงจายไฟฟากระแสตรง 1 4.ไอซีเบอร LF351 3 5.ไอซีเบอร MPY634 2 6.ซีเนอรไดโอด (1N4733) 3 V1.57.ตัวตานทาน Ωk10 4 8.ตัวตานทานปรับคาได Ωk20 2 9.ตัวเก็บประจุ 2 F01.0 μ

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 94

เนื้อหาโดยสรุป

ระบบมอดูเลตแบบ PSK ถือไดวามีขอดีกวาทั้งระบบมอดูเลตแบบ ASK และ FSK เนื่องจากสัญญาณ PSK เปนสัญญาณที่มีแอมปลิจูดและความถี่คงที่ อีกทั้งมีแบนดวิธดเทากับสัญญาณ ASK และยังทนตอสัญญาณรบกวนไดดีกวาสัญญาณ FSK ซ่ึงสัญญาณ PSK นี้เปนสัญญาณที่มีเฟสขึ้นอยูกับขั้วของสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่สวนใหญแลวเปนสัญญาณที่มี 2 ขั้ว (Bipolar baseband) ดังแสดงในภาพที่ 12.1

สัญญาณที่มีสองข้ัว

สัญญาณ PSK

cf

X

=

ภาพที่ 12.1 ลักษณะสัญญาณ PSK

จากภาพที่ 12.1 สัญญาณขาวสารดิจิตอลที่มี 2 ขั้ว สามารถเขียนเปนสมการไดดังนี้

...]t5cos51

t3cos31

t[cos4

)t(s 0oo −+−π

= ωωω (12.1)

สัญญาณ PSK ที่กําเนิดขึ้นจากสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่เปนเลขฐานสอง (Binary signal) จะเรียก

วาสัญญาณ BPSK (Binary Phase Shift Keying) ซ่ึงสามารถหาไดจาก

)t(sv)t(v cBPSK =

...]t3cos.tcos31

tcost.[cos4

)t(v ococBPSK +−π

= ωωωω

t)cos(31

t)tcos(31

t)[cos(2

ocococ ωωωωωω +−++−π

=

...]t)cos(31

oc ++− ωω (12.2)

จากสมการที่ (12.2) จะเห็นไดวา คาแบนดวิธดของสัญญาณ BPSK มีคาเทากับแบนดวิธดของสัญญาณ ASK ซ่ึงแสดงใหเห็นในภาพที่ 12.2

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 95

PSK

สัญญาณพาห

สัญญาณขาวสาร

0f

f

f

cf

0f50f3

foc ff − oc ff +cf

oc ff − oc ff +cfoc f3f − oc f3f +

ภาพที่ 12.2 สเปคตรัมของสัญญาณ BPSK

การมอดูเลตสัญญาณ PSK

สัญญาณเอาตพุต

tcosE cω+

tcosE cω−

E

วงจรกรองแถบความถี่ผาน

สัญญาณดิจิตอลอินพุตข้ัวเดียว

ภาคเปรียบเทียบสัญญาณ 2 ข้ัว

ตัวมอดูเลตสมดุล

ออลซิลเลเตอร

ภาพที่ 12.3 การมอดูเลตสัญญาณ PSK

สัญญาณ BPSK สามารถสรางขึ้นไดจากการเปลี่ยนสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่มีขั้วเดียว

(Unipolar binary input) ใหเปนสัญญาณที่มี 2 ขั้วกอน โดยการใชวงจรเปรียบเทียบแรงดัน จากนั้นจะนําสัญญาณที่ไดมามอดูเลตกับสัญญาณพาหโดยผานวงจรคูณสัญญาณ ซ่ึงเมื่อสัญญาณที่ผานการคูณแลวไปเขาวงจรกรองแถบความถี่ผานก็จะทําใหไดสัญญาณ BPSK ออกมา ดังแสดงในภาพที่ 12.3 โดยสัญญาณที่ไดจากการมอดูเลตแบบ BPSK นี้จะเปนไปดังภาพที่ 12.4

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 96

ภาพที่ 12.4 สัญญาณ BPSK ที่ไดจากการมอดูเลตในภาพที่ 12.3

Data Input

0

0

BPSKSignaloutput

จากสัญญาณในภาพที่ 12.4 จะเห็นไดวา กรณีที่สัญญาณขาวสารไบนารีมีคาเปน “1” สัญญาณ

BPSK จะมีเฟสเดียวกับสัญญาณพาห แตถาสัญญาณขาวสารไบนารีมี คาเปน “0” สัญญาณ BPSK ก็จะมีการกลับเฟสกับสัญญาณพาหอยู โดยวงจรกรองแถบความถี่ผานที่ใชในภาพที่ 12.3 จะทําหนาที่กรองเอาเฉพาะแถบความถี่ 2 เทอมแรก ในสมการที่ (12.2) ออกมา ซ่ึงจะเห็นไดวาเปนสัญญาณ DSBSC ทั้งนี้เพื่อเปนการจํากัดแบนดวิธดของสัญญาณ นั้นเอง

O180

การดีมอดูเลตสัญญาณ BPSK

สัญญาณ PSK สามารถทําการดีมอดูเลตเพื่อนําสัญญาณขาวสารกลับคืนมาได โดยมีหลักการดังแสดงในภาพที่ 12.5 สัญญาณ PSK

สัญญาณพาห

วงจรกรองความถี่ต่ําผาน

(LPF)

วงจรเปรียบเทียบแรงดนั

ภาพที่ 12.5 การดีมอดูเลตสัญญาณ BPSK

เอกสารอางอิง [1] John Person, Basic Communication Theory, Prentice-Hall International(UK) Ltd, 1992, Pages 208-214. [2] Harold Kolimbriris, Digital Communications Systems, Prentice-Hall Inc., 2000, Pages 82-127. [3] Andy Bateman, Digital Communications, Person Edition Ltd, 1999, Pages 127-138.

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 97

การทดลอง ตอนที่ 1 การมอดูเลตแบบ PSK

ภาพที่ 12.6 วงจรที่ใชในการทดลองตอนที่ 1 1.1 ตอวงจรดังภาพที่ 12.6 โดยกําหนดสัญญาณดิจิตอลอินพุตและสัญญาณพาหดังนี้

สัญญาณดิจิตอลอินพุต สัญญาณพาห ขนาด ขนาด V50− PPV4 − ความถี่ ความถี่ kHz1 kHz10สัญญาณรูปคลื่นสี่เหล่ียม สัญญาณรูปคลื่นซายน

สัญญาณ PSK2

14

6

1

7 811

12

10

สอัญญาณดจิิตอลินพุต

สัญญาณพาห

V12+

V12−

2

3

76

4

+12V

-12V

LF351+

-

+ V5

k

10

Ω

Ωk

20POT

1N4733ZD 5.1V

1N4733ZD 5.1V MPY634

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 98

1.2 เปดแหลงจายไฟเลี้ยงใหวงจร ใชออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ PSK เทียบกับ สัญญาณดิจิตอล อินพุต บันทึกผลลงในภาพที่ 12.7

T/div = ……....s V/div : Ch1= ……..V

Ch2= ……..V

ภาพที่ 12.7 สัญญาณ PSK เอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต

1.3 ใชฟงกช่ัน FFT ของออสซิลโลสโคป วัดสวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK เอาตพุต บันทึกผลลงในภาพที่ 12.8

F/div = …….Hz dB/div : Ch1= ……..dBV

Ch2= ……..dBV

ภาพที่ 12.8 สวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK เอาตพุต

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 99

1.4 ผลที่ไดในขอ 1.3 สอดคลองกับสมการที่ (12.2) หรือไม อยางไร ………………….……………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………..……………………….….…...….………………………………………………………………………………………………………

1.5 เปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลอินพุตจากความถี่ เปน kHz1 kHz2 1.6 ใชฟงกช่ัน FFT ของออสซิลโลสโคป วัดสวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK อีกครั้งบันทึกผลลงใน

ภาพที่ 12.9

F/div = …….Hz dB/div : Ch1= ……..dBV

Ch2= ……..dBV

ภาพที่ 12.9 สวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK เมื่อความถี่ของสัญญาณดิจิตอลเทากับ kHz2 1.7 จากผลที่ไดในขอ 1.6 มีความแตกตางจากผลที่ไดในขอ 1.3 หรือไมอยางไร

………………….…………………………………………………………………………………….….……………………………………………………………………………..……………………….………...….………………………………………………………………………………………………………..…………………….…………………………………………………………………………………….….…..…………………………………………………………………………..……………………….…..…...….…………………………………………………………………………………………………….….…….…………….……………………………………………………………………………………....……..………………………………………………………………………..………………………..….…...….…………………………………………………………………………………………………….

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 100

ตอนที่ 2 การดีมอดูเลตสัญญาณ PSK

สัญญาณดิจิตอลเอาตพุต

สัญญาณ PSK

MPY6342

14

6

1

7 8

11

12

10สัญญาณพาห

V12+

V12−

2

3

76

4

+12V

-12V

LF351+

-2

3

76

4

+12V

-12V

LF351+

-

1N4733ZD 5.1V

V12+

V12−

Ωk20POT

Ωk10Ωk10

F01.0 μ

F01.0 μΩk10

ภาพที่ 12.10 วงจรที่ใชในการทดลองตอนที่ 2 2.1 ตอวงจรเพิ่มเติมดังภาพที่ 12.10 โดยนําเอาสัญญาณ PSK มาจากสัญญาณ PSK เอาตพุตของ วงจรใน

ภาพที่ 12.6 ปรับแตงสัญญาณดิจิตอลอินพุตและ สัญญาณพาหตามขอ 1.1 2.2 เปดแหลงจายไฟเลี้ยงใหวงจร ใชออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุต ปรับ POT Ωk20

ให เปนสัญญาณดิจิตอลที่มีคาดิวตี้ไซเกิ้ลเทากับ 50% โดยสามารถสังเกตไดจากออสซิลโลสโคป 2.3 ใชออสซิลโลสโคป วัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุตบันทึกผลลงใน

ภาพที่ 12.11

T/div = ……....s V/div : Ch1= ……..V

Ch2= ……..V

ภาพที่ 12.11 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 101

2.4 ใชออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณ PSK บันทึก ผลลงในภาพที่ 12.12

T/div = ……....s V/div : Ch1= ……..V

Ch2= ……..V

ภาพที่ 12.12 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณ PSK 2.5 ปรับคาดิวตี้ไซเกิ้ลของสัญญาณดิจิตอลอินพุตใหมีคา 30% ใชออสซิลโลสโคป วัดสัญญาณดิจิตอลเอาต

พุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต บันทึกผลลงใน ภาพที่ 12.13

T/div = ……....s V/div : Ch1= ……..V

Ch2= ……..V

ภาพที่ 12.13 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต เมื่อสัญญาณดิจิตอลอินพุตมีดิวตี้ไซเกิ้ล 30%

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 102

2.6 ปรับคาดิวตี้ไซเกิ้ลของสัญญาณดิจิตอลอินพุตใหมีคา 70% ใชออสซิลโลสโคป วัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุต เทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต บันทึกผลลงใน ภาพที่ 12.14

T/div = ……....s V/div : Ch1= ……..V

Ch2= ……..V

ภาพที่ 12.14 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต เมื่อสัญญาณดิจิตอลอินพุตมีดิวตี้ไซเกิ้ล 70%

2.7 จากผลที่ไดในขอ 2.5 และ 2.6 สัญญาณดิจิตอลเอาตพุตมีลักษณะเปนอยางไร

………………….……………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………..……………………….….…...….…………………………………………………………………………………………………………

2.8 ปรับคาดิวตี้ไซเกิ้ลของสัญญาณดิจิตอลอินพุตเปน 50% ตามเดิม แลวเพิ่มคาความถี่ของสัญญาณดิจิตอล

อินพุตเปน kHz2 2.9 ใชออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุต เทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุตบันทึกผลลงใน ภาพที่

12.15

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 103

T/div = ……....s V/div : Ch1= ……..V

Ch2= ……..V

ภาพที่ 12.15 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต เมื่อความถี่ของสัญญาณอินพุตเทากับ kHz2

2.10 จากผลที่ไดในขอที่ 2.9 สัญญาณดิจิตอลเอาตพุตมีลักษณะเปนอยางไรเมื่อ เทียบกับสัญญาณดิจิตอล

อินพุต ………………….……………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………..……………………….….…...….…………………………………………………………………………………………………………

สรุปผลการทดลอง

………………….…………………………………………………………………………………….….……………………………………………………………………………..……………………….………...….………………………………………………………………………………………………………..………………….…………………………………………………………………………………….….…..…………………………………………………………………………..……………………….…..…...….………………………………………………………………………………………………………..……..…………….……………………………………………………………………………………...……..………………………………………………………………………..……………………….….…...….………………………………………………………………………………………………………..

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 104

4. ชุดเฉลยใบประลอง 14 การทดลอง ดังตัวอยางเฉลยใบประลองที่ 12 ตอไปนี้

ภาควิชาครุศาสตรไฟฟา สจ.พ.

Digital Communication System Experimental Set

ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล

การทดลองที่ 12 Phase Shift Keying,

PSK

วัตถุประสงคเชิงพฤติกรรม

1.ตอวงจรและทดสอบการมอดูเลตสัญญาณ PSK ได 2.ตอวงจรและทดสอบการดีมอดูเลตสัญญาณ PSK ได

เคร่ืองมือและอุปกรณท่ีใชในการทดลอง

1.ออสซิลโลสโคป 1 2.เครื่องกําเนิดสัญญาณ 1 3.แหลงจายไฟฟากระแสตรง 1 4.ไอซีเบอร LF351 3 5.ไอซีเบอร MPY634 2 6.ซีเนอรไดโอด (1N4733) 3 V1.57.ตัวตานทาน Ωk10 4 8.ตัวตานทานปรับคาได Ωk20 2 9.ตัวเก็บประจุ 2 F01.0 μ

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 105

เนื้อหาโดยสรุป

ระบบมอดูเลตแบบ PSK ถือไดวามีขอดีกวาทั้งระบบมอดูเลตแบบ ASK และ FSK เนื่องจากสัญญาณ PSK เปนสัญญาณที่มีแอมปลิจูดและความถี่คงที่ อีกทั้งมีแบนดวิธดเทากับสัญญาณ ASK และยังทนตอสัญญาณรบกวนไดดีกวาสัญญาณ FSK ซ่ึงสัญญาณ PSK นี้เปนสัญญาณที่มีเฟสขึ้นอยูกับขั้วของสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่สวนใหญแลวเปนสัญญาณที่มี 2 ขั้ว (Bipolar baseband) ดังแสดงในภาพที่ 12.1

สัญญาณที่มีสองข้ัว

สัญญาณ PSK

cf

X

=

ภาพที่ 12.1 ลักษณะสัญญาณ PSK

จากภาพที่ 12.1 สัญญาณขาวสารดิจิตอลที่มี 2 ขั้ว สามารถเขียนเปนสมการไดดังนี้

...]t5cos51

t3cos31

t[cos4

)t(s 0oo −+−π

= ωωω (12.1)

สัญญาณ PSK ที่กําเนิดขึ้นจากสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่เปนเลขฐานสอง (Binary signal) จะเรียก

วาสัญญาณ BPSK (Binary Phase Shift Keying) ซ่ึงสามารถหาไดจาก

)t(sv)t(v cBPSK =

...]t3cos.tcos31

tcost.[cos4

)t(v ococBPSK +−π

= ωωωω

t)cos(31

t)tcos(31

t)[cos(2

ocococ ωωωωωω +−++−π

=

...]t)cos(31

oc ++− ωω (12.2)

จากสมการที่ (12.2) จะเห็นไดวา คาแบนดวิธดของสัญญาณ BPSK มีคาเทากับแบนดวิธดของสัญญาณ ASK ซ่ึงแสดงใหเห็นในภาพที่ 12.2

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 106

PSK

สัญญาณพาห

สัญญาณขาวสาร

0f

f

f

cf

0f50f3

foc ff − oc ff +cf

oc ff − oc ff +cfoc f3f − oc f3f +

ภาพที่ 12.2 สเปคตรัมของสัญญาณ BPSK

การมอดูเลตสัญญาณ PSK

สัญญาณเอาตพุต

tcosE cω+

tcosE cω−

E

วงจรกรองแถบความถี่ผาน

สัญญาณดิจิตอลอินพุตข้ัวเดียว

ภาคเปรียบเทียบสัญญาณ 2 ข้ัว

ตัวมอดูเลตสมดุล

ออลซิลเลเตอร

ภาพที่ 12.3 การมอดูเลตสัญญาณ PSK

สัญญาณ BPSK สามารถสรางขึ้นไดจากการเปลี่ยนสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่มีขั้วเดียว

(Unipolar binary input) ใหเปนสัญญาณที่มี 2 ขั้วกอน โดยการใชวงจรเปรียบเทียบแรงดัน จากนั้นจะนําสัญญาณที่ไดมามอดูเลตกับสัญญาณพาหโดยผานวงจรคูณสัญญาณ ซ่ึงเมื่อสัญญาณที่ผานการคูณแลวไปเขาวงจรกรองแถบความถี่ผานก็จะทําใหไดสัญญาณ BPSK ออกมา ดังแสดงในภาพที่ 12.3 โดยสัญญาณที่ไดจากการมอดูเลตแบบ BPSK นี้จะเปนไปดังภาพที่ 12.4

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 107

Data Input

0

0

BPSKSignaloutput

ภาพที่ 12.4 สัญญาณ BPSK ที่ไดจากการมอดูเลตในภาพที่ 12.3

จากสัญญาณในภาพที่ 12.4 จะเห็นไดวา กรณีที่สัญญาณขาวสารไบนารีมีคาเปน “1” สัญญาณ

BPSK จะมีเฟสเดียวกับสัญญาณพาห แตถาสัญญาณขาวสารไบนารีมี คาเปน “0” สัญญาณ BPSK ก็จะมีการกลับเฟสกับสัญญาณพาหอยู โดยวงจรกรองแถบความถี่ผานที่ใชในภาพที่ 12.3 จะทําหนาที่กรองเอาเฉพาะแถบความถี่ 2 เทอมแรก ในสมการที่ (12.2) ออกมา ซ่ึงจะเห็นไดวาเปนสัญญาณ DSBSC ทั้งนี้เพื่อเปนการจํากัดแบนดวิธดของสัญญาณ นั้นเอง

O180

การดีมอดูเลตสัญญาณ BPSK

สัญญาณ PSK สามารถทําการดีมอดูเลตเพื่อนําสัญญาณขาวสารกลับคืนมาได โดยมีหลักการดังแสดงในภาพที่ 12.5 สัญญาณ PSK

สัญญาณพาห

วงจรกรองความถี่ต่ําผาน

(LPF)

วงจรเปรียบเทียบแรงดนั

ภาพที่ 12.5 การดีมอดูเลตสัญญาณ BPSK

เอกสารอางอิง [1] John Person, Basic Communication Theory, Prentice-Hall International(UK) Ltd, 1992, Pages 208-214. [2] Harold Kolimbriris, Digital Communications Systems, Prentice-Hall Inc., 2000, Pages 82-127. [3] Andy Bateman, Digital Communications, Person Edition Ltd, 1999, Pages 127-138.

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 108

การทดลอง ตอนที่ 1 การมอดูเลตแบบ PSK

ภาพที่ 12.6 วงจรที่ใชในการทดลองตอนที่ 1 1.1 ตอวงจรดังภาพที่ 12.6 โดยกําหนดสัญญาณดิจิตอลอินพุตและสัญญาณพาหดังนี้

สัญญาณดิจิตอลอินพุต สัญญาณพาห ขนาด ขนาด V50− PPV4 − ความถี่ ความถี่ kHz1 kHz10สัญญาณรูปคลื่นสี่เหล่ียม สัญญาณรูปคลื่นซายน

สัญญาณ PSK2

14

6

1

7 811

12

10

สอัญญาณดจิิตอลินพุต

สัญญาณพาห

V12+

V12−

2

3

76

4

+12V

-12V

LF351+

-

+ V5

k

10

Ω

Ωk

20POT

1N4733ZD 5.1V

1N4733ZD 5.1V MPY634

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 109

1.2 เปดแหลงจายไฟเลี้ยงใหวงจร ใชออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ PSK เทียบกับ สัญญาณดิจิตอล อินพุต บันทึกผลลงในภาพที่ 12.7

T/div = 2.5kHz V/div :

Ch2= 10 dBV

T/div = 200 μs V/div : Ch1= 5.0 V

Ch2= 2.0 V

ภาพที่ 12.7 สัญญาณ PSK เอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต

1.3 ใชฟงกช่ัน FFT ของออสซิลโลสโคป วัดสวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK เอาตพุต บันทึกผลลงในภาพที่ 12.8

ภาพที่ 12.8 สวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK เอาตพุต

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 110

1.4 ผลที่ไดในขอ 1.3 สอดคลองกับสมการที่ (12.2) หรือไม อยางไร สวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK เอาตพุตทีวัดไดมีความสอดคลองกับสมการที่ 12.2 เพราะวาจากสวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK ทีวัดไดมีคาแบนดวิธดของสัญญาณ BPSK เทากับแบนดวิธดของสัญญาณ ASK

1.5 เปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลอินพุตจากความถี่ เปน kHz1 kHz2 1.6 ใชฟงกช่ัน FFT ของออสซิลโลสโคป วัดสวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK อีกครั้งบันทึกผลลงใน

ภาพที่ 12.9

T/div = 2.5 kHz V/div :

Ch2= 10 dBV

ภาพที่ 12.9 สวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK เมื่อความถี่ของสัญญาณดิจิตอลเทากับ kHz2 1.7 จากผลที่ไดในขอ 1.6 มีความแตกตางจากผลที่ไดในขอ 1.3 หรือไมอยางไร

สัญญาณดิจิตอลอินพุตจากความถี่ 1 kHz เปน 2 kHz สวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK ทีวัดไดจะมีความแตกตางจากเดิมคือ จะมีฮาโมนิกสแทรกเขามาระหวางสวนประกอบความถี่ของสัญญาณ PSK เดิม

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 111

ตอนที่ 2 การดีมอดูเลตสัญญาณ PSK

สัญญาณดิจิตอลเอาตพุต

สัญญาณ PSK

MPY6342

14

6

1

7 8

11

12

10สัญญาณพาห

V12+

V12−

2

3

76

4

+12V

-12V

LF351+

-2

3

76

4

+12V

-12V

LF351+

-

1N4733ZD 5.1V

V12+

V12−

Ωk20POT

Ωk10Ωk10

F01.0 μ

F01.0 μΩk10

ภาพที่ 12.10 วงจรที่ใชในการทดลองตอนที่ 2 2.1 ตอวงจรเพิ่มเติมดังภาพที่ 12.10 โดยนําเอาสัญญาณ PSK มาจากสัญญาณ PSK เอาตพุตของ วงจรใน

ภาพที่ 12.6 ปรับแตงสัญญาณดิจิตอลอินพุตและ สัญญาณพาหตามขอ 1.1 2.2 เปดแหลงจายไฟเลี้ยงใหวงจร ใชออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุต ปรับ POT Ωk20 ใหเป

นสัญญาณดิจิตอลที่มีคาดิวตี้ไซเกิ้ลเทากับ 50% โดยสามารถสังเกตไดจากออสซิลโลสโคป 2.3 ใชออสซิลโลสโคป วัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุตบันทึกผลลงใน ภาพที่

12.11

T/div = 200 μs V/div : Ch1= 5.0 V

Ch2= 5.0 V

ภาพที่ 12.11 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 112

2.4 ใชออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณ PSK บันทึก ผลลงในภาพที่ 12.12 T/div = 200

T/div = 200 μs V/div : Ch1= 5.0 V

Ch2= 5.0 V

μs V/div : Ch1= 2.0 V

Ch2= 5.0 V

ภาพที่ 12.12 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณ PSK 2.5 ปรับคาดิวตี้ไซเกิ้ลของสัญญาณดิจิตอลอินพุตใหมีคา 30% ใชออสซิลโลสโคป วัดสัญญาณดิจิตอลเอาต

พุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต บันทึกผลลงใน ภาพที่ 12.13

ภาพที่ 12.13 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต เมื่อสัญญาณดิจิตอลอินพุตมีดิวตี้ไซเกิ้ล 30%

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 113

2.6 ปรับคาดิวตี้ไซเกิ้ลของสัญญาณดิจิตอลอินพุตใหมีคา 70% ใชออสซิลโลสโคป วัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุต เทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต บันทึกผลลงใน ภาพที่ 12.14

T/div = 200 μs

V/div : Ch1= 5.0 V

Ch2= 5.0 V

ภาพที่ 12.14 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต เมื่อสัญญาณดิจิตอลอินพุตมีดิวตี้ไซเกิ้ล 70%

2.7 จากผลที่ไดในขอ 2.5 และ 2.6 สัญญาณดิจิตอลเอาตพุตมีลักษณะเปนอยางไร

ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุต เทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุตเมื่อสัญญาณดิจิตอลอินพุตมี ดิวตี้ไซเกิ้ล 30% กับดิวตี้ไซเกิ้ล 70% สัญญาณดิจิตอลเอาตพุตก็จะไดเปนสัญญาณพัลสที่มีดิวตี้ไซเกิ้ลเทากับ 50% เหมือนกัน

2.8 ปรับคาดิวตี้ไซเกิ้ลของสัญญาณดิจิตอลอินพุตเปน 50% ตามเดิม แลวเพิ่มคาความถี่ของสัญญาณดิจิตอล

อินพุตเปน kHz2 2.9 ใชออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณดิจิตอลเอาตพุต เทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุตบันทึกผลลงใน ภาพที่

12.15

Digital Communication System Experimental Set Lab 12: Phase Shift Keying 114

T/div = 200 μs V/div : Ch1= 5.0 V

Ch2= 5.0 V

ภาพที่ 12.15 ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต เมื่อความถี่ของสัญญาณอินพุตเทากับ kHz2

2.10 จากผลที่ไดในขอที่ 2.9 สัญญาณดิจิตอลเอาตพุตมีลักษณะเปนอยางไรเมื่อ เทียบกับสัญญาณดิจิตอล

อินพุต ผลของสัญญาณดิจิตอลเอาตพุตเทียบกับสัญญาณดิจิตอลอินพุตเมื่อความถ่ีของสัญญาณอินพุต

เทากับ 2 kHz สัญญาณดิจิตอลเอาตพุตก็จะมีลักษณะเปนเหมือนกับสัญญาณดิจิตอลอินพุต

สรุปผลการทดลอง

จากการทดลองจะเห็นไดวาระบบมอดูเลตแบบ PSK จะเห็นไดวามีขอดีกวาทั้งระบบมอดูเลตแบบ ASK และ FSK เนื่องจากสัญญาณ PSK เปนสัญญาณที่มีแอมปลิจูดและความถี่คงที่ อีกทั้งมีแบนดวิธดเทากับสัญญาณ ASK และยังทนตอสัญญาณรบกวนไดดีกวาสัญญาณ FSK ซ่ึงสัญญาณ PSK นี้ เปนสัญญาณที่มีเฟสขึ้นอยูกับขั้วของสัญญาณขาวสารดิจิตอล ซ่ึงสัญญาณ BPSK สามารถสรางขึ้นไดจากการเปลี่ยนสัญญาณขาวสารดิจิตอลที่มีขั้วเดียว ใหเปนสัญญาณที่มี 2 ขั้วกอน โดยการใชวงจรเปรียบเทียบแรงดัน จากนั้นจะนําสัญญาณที่ไดมามอดูเลตกับสัญญาณพาหโดยผานวงจรคูณสัญญาณ ซ่ึงเมื่อสัญญาณที่ผานการคูณแลวไปเขาวงจรกรองแถบความถี่ผานก็จะทําใหไดสัญญาณ BPSK ออกมา

สวนการดีมอดูเลตสัญญาณ PSK สามารถทําโดยการนําสัญญาณ PSK ที่ไดมาคูณกับสัญญาณพาหแลวนําไปแลวผานการกรองความถี่ต่ําจากนั้นก็นําไปเขาวงจรเปรียบเทียบแรงดันแลวจึงไดสัญญาณ ขาวสารดิจิตอลเอาตพุตออกมา

115

การทดสอบ การทดสอบชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอลแบงการทดสอบออกเปน 2 สวนดวยกัน คือ การทดสอบวงจรหลักและการทดสอบใบประลอง ซ่ึงทําการทดสอบพรอมกับชุดทดลองยอยทั้ง 22 แผงทดลอง 1. การทดสอบชุดทดลองวงจรหลัก

ชุดทดลองวงจรหลักนี้ตองทําการทดสอบ การทํางานของวงจรอยู 3 สวน คือ 1.1 ชุดแหลงจายไฟ 1 ชุด ±5V

1.2 ชุดแหลงจายไฟ 1 ชุด ±12V

1.3 ชุดกําเนิดสัญญาณ 2 ชุด

ผลการทดสอบชุดแหลงจายไฟ ±5V สามารถสรุปไดดังนี้

แรงดันที่เอาตพุต ( V ) : o ±4.93 V

การกระเพื่อมของแรงดัน ( Ripple Voltage ) : 0.40 −Vp p

( ทดสอบดวยตัวตานทาน 100 โอหม 10 วัตต ) ผลการทดสอบชุดแหลงจายไฟ ±12V สามารถสรุปไดดังนี้

แรงดันที่เอาตพุต ( V ) : o ±12.05 V

การกระเพื่อมของแรงดัน ( Ripple Voltage ) : 0.30 −Vp p

( ทดสอบดวยตัวตานทาน 100 โอหม 10 วัตต ) ผลการทดสอบชุดกําเนิดสัญญาณ สามารถสรุปไดดังนี้ กําเนิดสัญญาณที่มีความถี่ได 12 Hz – 125kHz และสัญญาณรูปคลื่นตางๆ ไดดังนี้

116

- สัญญาณรูปซายน มีแอมปลิจูดสูงสุด 12 −Vp p และสัญญาณ TTL โดยทําการ

วัดสัญญาณที่ความถี่ต่ําที่สุดที่ 12 Hz และความถี่สูงที่สุดที่ 125 kHz ดังแสดงในภาพที่ 75 และ 76 ตามลําดับ

ภาพที่ 75 สัญญาณรูปซายนและสัญญาณ TTL ที่ไดจากชุดกําเนิดสัญญาณที่ความถี่ 12 Hz

ภาพที่ 76 สัญญาณรูปซายนและสัญญาณ TTL ที่ไดจากชุดกําเนิดสัญญาณที่ความถี่ 125 kHz

117

- สัญญาณรูปสามเหลี่ยม มีแอมปลิจูดสูงสุด 17 −Vp p สัญญาณ TTL โดยทําการวัด

สัญญาณที่ความถี่ต่ําที่สุดที่ 12 Hz และความถี่สูงที่สุดที่ 125 kHz ดังแสดงในภาพที่ 77 และ 78 ตามลําดับ

ภาพที่ 77 สัญญาณรูปซายนและสัญญาณ TTL ที่ไดจากชุดกําเนิดสัญญาณที่ความถี่ 12 Hz

ภาพที่ 78 สัญญาณรูปซายนและสัญญาณ TTL ที่ไดจากชุดกําเนิดสัญญาณที่ความถี่ 125 kHz

118

- สัญญาณรูปสี่เหล่ียม มีแอมปลิจูดสูงสุด 24 −Vp p สัญญาณ TTL โดยทําการวัด

สัญญาณที่ความถี่ต่ําที่สุดที่ 12 Hz และความถี่สูงที่สุดที่ 125 kHz ดังแสดงในภาพที่ 79 และ 80 ตามลําดับ

ภาพที่ 79 สัญญาณรูปสี่เหล่ียมและสัญญาณ TTL ที่ไดจากชุดกําเนิดสัญญาณที่ความถี่ 12 Hz

ภาพที่ 80 สัญญาณรูปสี่เหล่ียมและสัญญาณ TTL ที่ไดจากชุดกําเนิดสัญญาณที่ความถี่ 125 kHz

119

2. การทดสอบใบประลองกับชุดทดลองวงจรยอย โดยทําการประลองตามตามใบประลอง ผลการทดลองที่ไดเปนไปตามวัตถุประสงคของการทดลอง ทั้ง 14 หัวขอการประลอง ดังตัวอยางผลการทดลองที่ไดจากการทดลองดังนี้

ภาพที่ 81 ผลของสัญญาณ PAM เทียบกับสัญญาณอินพุต ในใบประลองที่ 4

ภาพที่ 82 สัญญาณ PWM เอาตพุต เทียบกับสัญญาณขาวสารอินพุต ในใบประลองที่ 6

120

ภาพที่ 83 ผลของสัญญาณ PAM เทียบกับสัญญาณขาวสารเอาตพุต เม่ือ off สวิตช D1 ในใบประลองที่ 9

ภาพที่ 84 ผลของสัญญาณดิจิตอลอินพุตเทียบกับสัญญาณ PSK เอาตพุต ในใบประลองที่ 12

บทที่ 5

สรุป ปญหาและขอเสนอแนะ

ปริญญานิพนธ เร่ืองชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล มีวัตถุประสงคเพื่อใชประกอบการเรียนการสอนวิชา 224303 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 1 (Telecommunication Laboratory I) และวิชา 224305 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 2 (Telecommunication Laboratory II) ในหลักสูตรระดับปริญญาตรีของภาควิชาครุศาสตรไฟฟา คณะครุศาสตรอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ เนื่องจากวิชานี้เปนวิชาที่เปดใหม ยังขาดชุดทดลองที่ใชในการทดลองในหองปฏิบัติการ และระบบการสื่อสารแบบดิจิตอลก็เปนพื้นฐานของระบบการสื่อสารที่จะนําไปสูระบบการสื่อสารที่ซับซอนยิ่งขึ้น ดังนั้นควรไดมีการจัดหาชุดทดลองและใบประลอง ทัง้นีก้็เพื่อที่จะชวยใหการเรียนการสอนมีประสิทธิภาพและบรรลุตามวัตถุประสงคของหลักสูตร เพราะฉะนั้นจึงไดจัดทําปริญญานิพนธนี้ขึ้น ซ่ึงขอบเขตของปริญญานิพนธประกอบดวย 7 สวน คือ สวนที่ 1 แผงทดลองวงจรหลัก ประกอบดวย 1.1 แหลงจายไฟฟากระแสตรงคงที่ AV 112± 1 ชุด

1.2 แหลงจายไฟฟากระแสตรงคงที่ AV 15± 1 ชุด 1.3 แหลงกําเนิดสญัญาณ 2 ชุด

สวนที่ 2 แผงทดลองวงจรยอย จํานวน 22 แผงทดลอง สวนที่ 3 ใบเนื้อหาบทนํา จํานวน 2 เร่ือง สวนที่ 4 ใบประลอง จํานวน 14 หัวขอการประลอง สวนที่ 5 เฉลยใบประลองทั้ง 14 หัวขอการประลอง สวนที่ 6 คูมือการใชงานชดุทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล สวนที่ 7 โปรแกรมนําเสนอทฤษฎีหัวงาน ( Power point)

โดยขั้นตอนการปฏิบัติงานเริ่มจากการศึกษาคําอธิบายรายวิชาและจากอาจารยผูสอน แลวนํามากําหนดเปนหัวขอการทดลองทั้ง 14 การทดลอง และใบเนื้อหาบทนํา 2 เร่ือง จากนั้นทําการกําหนดวัตถุประสงคเชิงพฤติกรรมของแตละหัวขอการทดลอง เพื่อนํามาเปนแนวทางในการสรางชุดทดลองหลักและแผงทดลองยอยตอไป หลังจากทําชุดทดลองหลักและแผงทดลองยอยเสร็จเรียบรอยแลวจึงนําแผงทดลองที่ไดมาทําการทดลองตามใบประลอง เพื่อแกไขขอผิดพลาดที่เกิดขึ้นพรอมทั้งจัดทําชุดเฉลยใบ

121

122

ประลองและ คูมือการใชงานชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล หลังจากปริญญานิพนธนี้เสร็จสมบูรณแลวจะไดผลตามขอบเขตที่กําหนดไวขางตนทุกประการสามารถนํามาใชประกอบการเรียนการสอนได ปญหาและการแกไข

1. การหาซื้อไอซีบางเบอร หาซ้ือไมไดในประเทศหรือไมก็มีราคาแพงมาก แกไขโดยใชการหา

ซ้ือเบอรแทนที่มีคุณสมบัติใกลเคียงกัน 2. การทดสอบวงจรยอยบางวงจรไมทํางาน แกไขโดยการตรวจสอบวงจรหาขอผิดพลาดที่เกิดขึ้น

แลวทําการแกไขใหทํางาน

ขอเสนอแนะ

1. หากตองการทดลองใหเห็นภาพที่ชัดเจนยิ่งขึ้นมากกวานี้ก็สามารถนําเครื่องกําเนิดสัญญาณภายนอกที่ความถี่สูงกวานี้มาใชทดลองรวมกันได

2. เพื่อความสะดวกในการใชงานควรมีภาคนับความถี่ของแหลงกําเนิดสัญญาณประกอบในชุดทดลองหลักดวย

123

บรรณานุกรม ภาษาไทย กฤษณะ โดษะนันทและปญญา ศรีกระจาง. ชุดประลองอิเล็กทรอนิกส ปริญญานิพนธบัณฑิตคณะ

ครุศาสตรอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ , 2536 . นิรุต ถึงนาค. พฤติกรรมการสอนกลุมการงานพื้นฐานอาชีพ. มหาสารคาม : ภาควิชาหลักสูตรและ

การสอน คณะครุศาสตร สถาบันราชภัฏมหาสารคาม, 2536. มนฑา ธงอินเนตร. การเปรียบเทียบผลการสอนวิชาเลขาคณิต โดยวิธีกระบวนการแบงกลุมสัมพันธ

และวิธีการสอนแบบธรรมดาในชั้น ป. 5 อางโดย กฤษณะ โดษะนันทและปญญา ศรีกระจาง. ชุดประลองอิเล็กทรอนิกส หนา 4 และ 8 ปริญญานิพนธบัณฑิตคณะครุศาสตรอุตสาหกรรม

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ, 2536. มนตชัย เทียนทอง. อุปกรณชวยสอน. กรุงเทพฯ : สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ ยุทธพงษ ไกยวรรณ. พฤติกรรมการสอนชางอุตสาหกรรม. ภาควิชาหัตถศึกษาและอุตสาหกรรมศิลป

คณะวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี สถาบันราชภัฏมหาสารคาม ละออ การุณยวณิชและคณะ. วีธีการสอนทั่วไป. อางโดยกฤษณะ โดษะนันทและปญญา ศรีกระจาง.

ชุดประลองอิเล็กทรอนิกส. หนา 4 และ 8 ปริญญานิพนธบัณฑิตคณะครุศาสตรอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ, 2536.

วิชัย แหวนเพชร. เทคนิคและวิธีการสอนอุตสาหกรรมศึกษา. กรุงเทพฯ : คณะวิชาอุตสาหกรรมศึกษา สถาบันราชภัฏพระนคร, 2530.

สมบูรณ สงวนญาติ. เทคโนโลยีทางการเรียนการสอน. กรุงเทพฯ : โรงพิมพการศาสนา, 2534. อบรม สินภิบาล, และกุญชี องคสิริพร. ประสบการณวิชาชีพภาคปฏิบัติ. กรุงเทพฯ : สํานักพิมพ

โอเดียนสโตร, 2523. ภาษาอังกฤษ A.Bruce Carlson, Communication Systems, McGraw-Hill Book Company, 3 rd edition, pages 358-362

124

A.John Diefenderfer and Brian E. Holton “Principles of Electronic Instrumentation”, Harcourt Brace & Company, 3rdedition, 1994, Pages 349-365.

Andy Bateman, Digital Communications, Person Edition Ltd, 1999, Pages 105-138.

D. Roy Choudhury and Shail Jain, Linear Integrated Circuits, Wiley Eastern Limited New Age International Limited, 1994.

Darold Wobschall, Circuit Design for Electronic Instrumentation, 2nd edition, McGraw-Hill Company, 1987.

Harold Kolimbiris, Digital Communications Systems, Prentice-Hall Inc., 2000, Pages 35-40 and 77-127.

Howard M. Berlin, Design of Op-Amp Circuits, with experiments, Howard W. Sam & Company, 1990. Jack Quinn, Digital Data Communication,s Prentice – Hall Career & Technology Inc.,1995, Pages 15-28 John Person, Basic Communication Theory, Prentice-Hall Inc., 1992, Chapter 14 - 17. Leon W.Couch II, Digital and analog communication systems,

Prentice-Hall, Inc, 5th edition, Pages 136-209 Ramesh S.Gaonkar, “The Z 80 Microprocessor”, Prentice-Hall, Inc.,3rdedition, 2001, Pages 663-667 Robert G. Irvine, Operational Amplifiers Characteristics and Applications, 3rd edition, 1994. Romakant A. Gayakwad, Op-Amp and Linear Integrated Circuits,

3rd edition, Prentice-Hall International Editions, 1993. Sergio Franco, Design with Operational Amplifiers and Analog

Integrated Circuits, McGraw-Hill International Editions, 1988.

125

125

ภาคผนวก

126

ภาคผนวก ก งบประมาณรายจายของโครงการ

รายการวัสดุสําหรับโครงงานปริญญานิพนธ

ราคาปจจุบัน ลําดับที่ รายการโดยละเอียด จํานวน (ชุด) หนวยละ รวม

ช่ือรานคา และหมายเลขโทรศัพท

127

1 ชุดกําเหนิดความถี่ 2 500 1000

2 แหลงจายไฟ - ± 5 โวลต 1 แอมป - ± 12 โวลต 1 แอมป

1 1

200 200

400

3 กลองชุดทดลอง 1 200 200

4 แผงวงจร Digital to Analog Conversion - Binary-weighted resistors - R-2R resisitors - IC DAC0808

1 1 1

250 250 300

800

5 แผงวงจร Analog to Digital Conversion

1 350 350

6 แผงวงจร Sample and Hold Circuit 1 300 300

7 แผงวงจร Pulse Amplitude Modulation (PAM)

1 300 300

8 แผงวงจร Pulse Amplitude Demodulation

1 250 250

9 แผงวงจร Pulse Width Modulation (PWM) - Modulation - Demodulation

1 1

350 250

600

10 แผงวงจร Pulse Position Modulation (PPM)

1 250 250

11 แผงวงจร Pulse Frequency Modulation (PFM) - Modulation - Demodulation

1 1

350 300

650

บ. ซีเกต เซอรกิต จํากัด 0-2225-

9177

บ. นัฐพงษ เซลลแอนดเซอรวิส จํากัด 0-2225-0094

บ. เวสเท ็ค คอมโพเนนท จําก ัด 0-2512-1081

หจก.ไทย อิเล็กทรอนิคส

0-2221-5450

12 แผงวงจร Pulse Code Modulation (PCM)

1 450 450

13 แผงวงจร Amplitude – Shift Keying (ASK)

1 250 250

14 แผงวงจร Frequency – Shift Keying (FSK) - Modulation - Demodulation

1 1

350 300

650

ราน LAY

ELECTRONICS

128

15 แผงวงจร Phase – Shift Keying (PSK) - Modulation - Demodulation

1 1

250 250

500

16 แผงวงจร Time Division Multiplex (TDM) - Modulation - Demodulation

1 1

250 250

500

17 แผงวงจร Delta Modulation (DM) - Modulation - Demodulation

1 1

300 250

550

18 อื่นๆ 1 ,000 1,000

0-2623-9095

รานประกิต 0-2623-9729

รานพี แอนด พี

0-2623-9730

รานดี แอนด อี 0-2623-9231

รวมเงินทั้งสิ้น 9,000

129

ภาคผนวก ข วงจร และลายวงจรพิมพ

IC1 7805

GND+5VVinBD1AC 24 Vp-p

GND

+5V

-5V

C310uF

C410uF

C22200uF

C12200uF

IC2 7905

IC3 7812BD2 +12VVin +12V

GND-5VVin

130

ภาพที ่ 85 วงจรแหลงจายไฟตรง V5± และ V12±

ภาพที ่ 86 วงจรแหลงกาํเนิดสัญญาณที่ใชในชดุทดลองหลัก

7414TLE2074ICL8038

100k

C11uF

VR410k R20 22k

R22 4.7M

R21 10M

R710k

R122.7k C6

47uF

SelectorSw.2

1234

+

VR5

10k

Selector Sw.1

C2 220nF

C3 22nF

C4 2200pF

C5 220pF

R1010k

+12V

+12V

+12V

+12V

R910k

R810k

R17330

+12V

-12V

-12V

-12V

D1

ZENER+5V

TTL

OUTPUT WAVEFORM

1 2 3 4 5 6 7

1011121314 89

1 2 3 4 5 6 7

1011121314 89 111121314 890

1k

R18330

R16

10kR1510k

R145k

R1110k

100k

1 2 3

1 2 3 4 5 6 7

5k

VR1

VR2VR3

VR6

IC1

IC2

IC3

131

ภาพที ่87 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่1

ภาพที ่88 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่1

132

ภาพที ่89 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่2 ภาพที ่90 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่2

ภาพที ่91 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่3

133

ภาพที ่92 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่3

ภาพที ่93 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่4

134

ภาพที ่94 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่4

ภาพที ่95 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่5

135

ภาพที ่96 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่5

ภาพที ่97 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่6

136

ภาพที ่98 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่6

ภาพที ่99 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่7

ภาพที ่100 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่7

137

ภาพที ่101 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่8

ภาพที ่102 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่8

138

ภาพที ่103 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่9

ภาพที ่104 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่9

ภาพที ่105 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่10

139

ภาพที ่106 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่10

ภาพที ่107 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่11

140

ภาพที ่108 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่11

ภาพที ่109 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่12

141

ภาพที ่110 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่12

ภาพที ่111 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่13

142

ภาพที ่112 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่13

ภาพที ่113 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่14

ภาพที ่114 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่14

143

ภาพที ่115 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่15

ภาพที ่116 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่15

144

ภาพที ่117 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่16

ภาพที ่118 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่16

145

ภาพที ่119 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่17

ภาพที ่120 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่17

ภาพที ่121 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่18

146

ภาพที ่122 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่18

ภาพที ่123 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่19

147

ภาพที ่124 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่19

ภาพที ่125 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่20

148

ภาพที ่126 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่20

ภาพที ่127 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่21

ภาพที ่128 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่21

149

ภาพที ่129 วงจรบนแผงทดลองยอยที ่22

ภาพที ่130 ลายวงจรพิมพ ของวงจรบนแผงทดลองยอยที ่22

153

ภาคผนวก ค คูมือการใชชุดทดลอง

170

ภาคผนวก ง DATA SHEET

154

คูมือการใชงานชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดจิิตอล

คูมือการใชงานชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอล ชุดทดลองระบบสื่อสารแบบดิจิตอลนี้เปนชุดทดลองที่ใชประกอบการเรียนการสอนในวิชา 224303 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 1 (Telecommunication Laboratory I) และวิชา 224305 ปฏิบัติการระบบสื่อสาร 2 (Telecommunication Laboratory II) ซ่ึงชุดทดลองนี้แบงออกเปน 2 สวนที่สําคัญ คือ

1. แผงทดลองวงจรหลัก 2. แผงทดลองวงจรยอย

1. แผงทดลองวงจรหลัก ในแผงทดลองประกอบดวยอุปกรณที่สําคัญ คือ

1. สวิตช ปด-เปดใชเปนตัวควบคุมการทํางานของแผงวงจรหลักทั้งหมด 2. แหลงจายไฟคงที่ 1 ชุด AV 112±

3. แหลงจายไฟคงที่ 1 ชุด AV 15±4. เคร่ืองกําเนิดสัญญาณ 2 ชุด สามารถผลิตความถี่ได kHzHz 10010 − และสามารถสรางสัญญาณตางๆ ไดดังนี้

- สัญญาณรูปซายน −10 VP P

155

- สัญญาณรูปสามเหลี่ยม −15VP P - สัญญาณรูปสี่เหล่ียม −22 VP P - สัญญาณ TTL

ตําแหนงตาง ๆ บนชุดทดลองหลัก ตําแหนงตางๆ บนชุดทดลองหลักที่ใชในการทดลองแยกออกเปน 3 สวนดวยกัน สวนที่ 1 เปนสวนของสวิตชปด-เปดควบคุมการทํางานของชุดทดลองหลักแสดงในภาพที่ 1 สวนที่ 2 เปนสวนของแหลงกําเนิดสัญญาณและแหลงจายไฟฟากระแสตรงดังแสดงในภาพที่ 2 และสวนที่ 3 เปนสวนของจุดตอแผงทดลองยอยดังภาพที่ 3 ซ่ึงในรายละเอียดของตําแหนงตางๆ ไดแสดงหมายเลขกํากับดังนี้

ภาพที่ 1 สวนของแหลงกําเนิดสัญญาณบนชุดทดลองหลัก

DIGITAL COMMUNICATION SYSTEMS ON

OFFEXPERIMENTAL SET 1

1. สวิตชปด-เปด การทํางานของแผงทดลองหลัก 2. สวิตชเลือกรูปรางสัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 1 3. สวิตชเลือกตัวคูณสัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 1 4. สวิตชปรับขนาดสัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 1 5. สวิตชปรับความถี่สัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 1 6. สวิตชเลือกรูปรางสัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 2 7. สวิตชเลือกตัวคูณสัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 2 8. สวิตชปรับขนาดสัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 2 9. สวิตชปรับความถี่สัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 2 10. ขั้วลบ ( - ) จายสัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 2 11. สวิตชปรับดิวตี้ไซเกิ้ลของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 2 12. สวิตชปรับระดับสัญญาณไฟฟากระแสตรงของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 2

28

2 3 4 5

27

10100 1k

10kAMPLITUDE FREQUENCY

DUTY CYCLE

DC OFFSET

OUTPUT 1 TTL+ -

GENERATOR 1

L H

L H L H

29

6 7 8 9

11

10100 1k

10kAMPLITUDE FREQUENCY

DUTY CYCLE

DC OFFSET

OUTPUT 2 TTL+ -

GENERATOR 2

L H

L H L H10

156

ภาพที ่2 สวนของแหลงกําเนิดสัญญาณบนชุดทดลองหลัก

13. ขั้วจายสัญญาณ TTL ของชุดกําเนิดสัญญาณที ่2 14. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง -12 โวลต 15. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง -5 โวลต 16. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง 0 โวลต (กราวด) 17. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง +5 โวลต 18. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง +12 โวลต 19. ขั้วบวก ( + ) จายสัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที ่2 11. สวิตชปรับดิวตี้ไซเกิ้ลของชุดกําเนิดสัญญาณที่ 1 12. สวิตชปรับระดับสัญญาณไฟฟากระแสตรงของชุดกําเนิดสัญญาณที ่1 22. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง -12 โวลต 23. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง -5 โวลต 24. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง 0 โวลต (กราวด) 25. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง +5 โวลต 26. ขั้วของแหลงจายไฟฟากระแสตรง +12 โวลต 27. ขั้วบวก ( + ) จายสัญญาณของชุดกําเนิดสัญญาณที ่1 28. ขั้วลบ ( - ) จายสัญญาณของชุดกาํเนิดสัญญาณที่ 1 29. ข้ัวจายสญัญาณ TTL ของชุดกําเนิดสัญญาณที ่1 30. ที่วางแผงทดลองยอยที ่1 31. ที่วางแผงทดลองยอยที ่2

30 31

157

ภาพที ่3 สวนของที่วางแผงทดลองยอย

2. แผงทดลองวงจรยอย ซ่ึงเปนแผงทดลองที่เปนวงจรกึ่งสําเร็จรูป สําหรับชุดทดลองนี้มีทั้งหมด 22 แผงทดลองดวยกัน นักศึกษาจะตองทําการตอไฟเลี้ยงใหกับวงจรตามใบประลองใหสมบูรณกอนแลวจึงสามารถทําการทดลองได ซ่ึงแตละแผงทดลองมีรายละเอียดดังนี้ แผนท่ี 1 แผงทดลองแผนที่ 1 เปนแผงทดลองที่ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 1 เปนการทดลองเรื่อง การเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอกแบบ Binary-weighted resistors แสดงในภาพที่ 4

ภาพที ่4 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 1 แผนท่ี 2 แผงทดลองแผนที่ 2 เปนแผงทดลองที่ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 1 เปนการทดลองเรื่อง การเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอกแบบ R-2R resistors ดังแสดงในภาพที่ 5

158

ภาพที ่5 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 2

แผนท่ี 3 แผงทดลองแผนที่ 3 ใชประกอบการทดลองตามหัวขอใบประลองที่ 1 ซ่ึงเปนการทดลองเร่ือง วงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอกโดยใช IC DAC0808 ดังแสดงในภาพที่ 6

ภาพที ่6 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 3

แผนท่ี 4 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 2 การเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอก เปนดิจิตอลโดยใช IC DAC0809 ดังแสดงในภาพที่ 7

ภาพที ่7 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 4

159

แผนท่ี 5 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 3 เปนการทดลองเรื่อง การสุมและคงคาสัญญาณโดยใชออปแอมป และไอซีเบอร LF398 ดังแสดงในภาพที่ 8

ภาพที ่8 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 5 แผนท่ี 6 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 4 การมอดูเลตสัญญาณ PAM แบบสุมธรรมชาติ และแบบ Flat top ดังแสดงในภาพที่ 9

ภาพที ่9 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 6 แผนท่ี 7 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 5 การมอดีดูเลตสัญญาณ PAM แบบสุมธรรมชาติ และแบบ Flat top ดังแสดงในภาพที่ 10

160

ภาพที ่10 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 7 แผนท่ี 8

แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 6 การมอดูเลตสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Natural sampling และวิธี Uniform sampling ดังแสดงในภาพที่ 11

ภาพที ่11 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 8

แผนท่ี 9 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 6 การดีมอดูเลตสัญญาณ PWM ที่ใชวิธี Natural sampling และวิธี Uniform sampling ดังแสดงในภาพที่ 12

161

ภาพที ่12 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 9 แผนท่ี 10 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 7 การมอดูเลตสัญญาณ PPM และการดีมอดูเลตสัญญาณ PPM ดังแสดงในภาพที่ 13

ภาพที ่13 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 10 แผนท่ี 11 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 8 การมอดูเลตสัญญาณ PFM ดังแสดงในภาพที่ 14

162

ภาพที ่14 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 11 แผนท่ี 12 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 8 การดีมอดูเลตสัญญาณ PFM ดังแสดงในภาพที่ 15

ภาพที ่15 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 12

แผนท่ี 13 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 9 การมอดูเลตสัญญาณ PCM และการดีมอดูเลตสัญญาณ PCM ดังแสดงในภาพที่ 16

ภาพที ่16 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 13 แผนท่ี 14 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 10 การมอดูเลตสัญญาณ ASKและการดีมอดูเลตสัญญาณ ASK ดังแสดงในภาพที่ 17

163

ภาพที ่17 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 14

แผนท่ี 15 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 11 การมอดูเลตสัญญาณ FSK ดังแสดงในภาพที่ 18

ภาพที ่18 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 15 แผนท่ี 16 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 11 การดีมอดูเลตสัญญาณ FSK ดังแสดงในภาพที่ 19

164

ภาพที ่19 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 16

แผนท่ี 17 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 12 การมอดูเลตสัญญาณ PSK ดังแสดงในภาพที่ 20

ภาพที ่20 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 17 แผนท่ี 18 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 12 การดีมอดูเลตสัญญาณ PSK ดังแสดงในภาพที่ 21

165

ภาพที ่21 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 18

แผนท่ี 19 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 13 การมอดูเลตสัญญาณ TDM ดังแสดงในภาพที่ 22

ภาพที ่22 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 19 แผนท่ี 20 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 13 การดีมอดูเลตสัญญาณ TDM ดังแสดงในภาพที่ 23

ภาพที ่23 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 20

166

แผนท่ี 21 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 14 การมอดูเลตสัญญาณ DM ดังแสดงในภาพที่ 24

ภาพที ่24 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 21 แผนท่ี 22 แผงทดลองนี้ใชประกอบการทดลองในหัวขอตามใบประลองที่ 16 การดีมอดูเลตสัญญาณ DM ดังแสดงในภาพที่ 25

ภาพที ่25 แผงทดลองวงจรยอยแผนที ่ 22

167

ภาพที ่26 ตัวอยางแผงทดลองวงจรยอยที่ใชงานจริง ลําดับขั้นตอนในการทดลองโดยสรุป 1. เลือกแผงทดลองวงจรยอยใหตรงกับหวัขอใบประลองที่จะทําการทดลอง 2. ประกอบแผงทดลองวงจรยอยเขากับแผงทดลองวงจรหลัก 3. ตอวงจรตามใบประลองใหสมบูรณ 4. จายไฟใหกับวงจรการทดลอง โดยกด ON ที่สวิตช POWER 5. ทําการวัดและบันทึกผลการทดลองตามจุดตาง ๆ ตามขั้นตอนการทดลองในแตละใบประลอง 6. เมื่อเสร็จการทดลองใหหยุดจายไฟใหกับวงจร โดยกด OFF ที่สวิตช POWER 7. ทําการรื้อวงจรที่ตอไว 8. เก็บอุปกรณทัง้หมดใหเรียบรอย

ขอควรระวัง

ควรตอขั้วตอแหลงจายไฟฟาใหกับแผงทดลองใหถูกตอง เพื่อปองกันการชํารุดเสียหายของแผงทดลองได

168

ตารางที่ 2 แผนผังเวลาการทํางาน

พ.ศ.2545 พ.ศ.2546 ระยะเวลา

ขั้นตอน มิ.ย. ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. มี.ค. พ.ค.

1. ศึกษาขอมลู

2. จัดแบงหัวขอการทดลอง

4. จัดทําใบประลอง

5. ออกแบบแผงวงจรยอยแตละการทดลอง

6. ประกอบวงจรยอย

7. ทดสอบ

8. ออกแบบแผงทดลองหลัก

9. ทดสอบ

10. ประกอบวงจรหลัก

11. ทดสอบ

12. จัดทําชุดเฉลย

13. จัดทําชุดคูมือการใชแผงทดลอง

14. จัดทําปริญญานิพนธ

3. กําหนดวัตถุประสงคแตละใบประลอง

เม.ย.

ผังเวลาที่กําหนด ปฏิบัติการจริง