วงจรดิจิตอลและลอจิก

วงจรดจิ ติ อลและลอจกิ บทท่ี 9 ชิฟรีจิสเตอร 285

(ข) รปู รา งจริง

(ค) ไดอะแกรมการทาํ งาน
รูปที่ 9.11 (ตอ)

9.8 ชฟิ รจี สิ เตอร 2 ทิศทาง (Bi-Shift Register)
การเคลื่อนยายขอมูลในรีจิสเตอรทําได 2 แบบ คือ เลื่อนไปทางขวาหรือเล่ือนไปทางซาย

ชฟิ รีจิสเตอรแบบนี้เรียกวา ชฟิ รีจสิ เตอร 2 ทศิ ทาง จากหลกั การนี้นาํ ไปใชใ นการคณู และหารเลขฐานสอง
ได ในรปู ท่ี 9.12 แสดงการทํางานทั้ง 2 แบบ ตามรปู ท่ี 9.12 (ก) เปนการคูณเลขฐานสองดว ย 2 ทุกๆ ครง้ั
ที่มกี ารเล่ือนขอมูลไปทางซาย 1 ตําแหนง สวนในรูปที่ 9.12 (ข) เปนการหารเลขฐานสองดวย 2 ทุกๆ
คร้ังท่ีมีการเล่ือนขอมูลไปทางขวา 1 ตําแหนง คําสั่งที่มีการเลื่อนซายหรือเล่ือนขวา จะใช
ไมโครโปรเซสเซอรเ ปน ตัวส่งั ใหท ําการคณู หรอื หาร

รจี สิ เตอรข นาด 4 บิต ท่สี ามาระทาํ การเลอ่ื นขอ มูลได 2 ทาง แสดงดังรูปท่ี 9.8 ถาขาอนิ พตุ ควบคุม
เปนลอจิก 1 จะทําใหขอมูลเล่ือนไปทางขวา และถาขาอินพุตควบคมุ เปนลอจิก 0 ขอมูลจะถูกเล่อื น
ไปทางซาย เมื่อมีลอจกิ 1 ปอนเขาที่ขาควบคุม right/left จะทําให G1 - G4 ถูกกระตุนใหทํางาน ลอจิก

286 บทที่ 9 ชฟิ รีจิสเตอร วงจรดิจิตอลและลอจกิ

ท่ีเอาตพุตของฟลิปฟลอปแตละตัวท่ีผานเขามาทางอินพุตของฟลิปฟลอปจะถูกเลื่อนไปทางขวา
1 ตําแหนง เมื่อมีการปอนลอจิก 0 เขาที่ขาควบคุม right/left จะทําให G5 - G8 ทํางานทําใหลอจิก
ทีเ่ อาตพตุ Q ของฟลิปฟลอป แตละตัวถกู เลือ่ นไปทางซา ย 1 ตาํ แหนงเมอื่ มีสัญญาณนาฬกิ าเขามา

210 410

410 210

810 110

(ก) เลอ่ื นซา ยเปน การคณู (ข) เลอื่ นขวาเปนการหาร

รปู ท่ี 9.12 การคณู และการหาร

9.9 ชฟิ รีจสิ เตอรเอนกประสงคเ บอร 74194 (74194 Shift Register Universal)
ไอซี 74194 เปน ชิฟรจี ิสเตอรเอนกประสงคท ํางานไดห ลายอยาง เชน ปอนขอมลู เขาและสงออกแบบ

ขนาน เลอื่ นขอ มลู ไปทางซา ยและทางขวาได คงสภาวะขอ มลู ได ในรปู ท่ี 9.13 แสดงวงจรของไอซี 74194
ประกอบดวยฟลปิ ฟลอป 4 ตัว เปน ชิฟรจี ิสเตอรข นาด 4 บติ ถานาํ มาตอ รว มกัน 2 ตวั จะไดเปน รจี ิสเตอร
ขนาด 8 บติ ตาํ แหนง ขาของไอซี 74194 ดูในบล็อกไดอะแกรมตามรปู ท่ี 9.14(ก) มขี าตา งๆ ทาํ หนาทดี่ งั น้ี

CLR (clear) เปนขาอินพุต ทํางานท่ีลอจิก 0 ทําใหรีจิสเตอรมีคาเปน 00002 ขาน้ีมีความสําคัญ
มากกวา ขาอื่นๆ

QA - QD (register output) เปน ขาทแี่ สดงคาของเอาตพ ุตท่เี ก็บไวใ นรีจสิ เตอรแ ตล ะตวั
DSR (data shift-right input) เปนขาท่ีใชปอนขอมูลเขา เมื่อตองการใหขอมูลเล่ือนไปทางขวาจาก
QA ไปยัง QD โดยขอ มูลทีป่ อ นเขา จะเปนแบบตามลาํ ดบั เมอ่ื เลอ่ื นไปถงึ QD ขอมูลจะหายไป

วงจรดจิ ติ อลและลอจกิ บทท่ี 9 ชิฟรจี ิสเตอร 287

G1 G5 G2 G6 G3 G7 G4 G8

รปู ที่ 9.13 ชิฟรีจสิ เตอร 2 ทิศทาง

DSL (data shift-left input) เปนขาท่ีใชป อ นขอ มูลเขา เมือ่ ตองการใหขอ มูลเลอ่ื นไปทางซายจาก QD
ไปยงั QA โดยขอมลู ที่ปอ นเขา จะเปนแบบตามลาํ ดับ เม่ือเลือ่ นไปถึง QA ขอ มูลจะหายไป

Parallel input เปนขาท่ีปอนขอมลู เขารีจิสเตอรแ บบขนานโดยปอ นเขา ท่ีขา A - D
S0 และ S1 (mode control input) ควบคุมการทํางานของรีจิสเตอร ใหทํางานในโหมดใด ใชการ
ปอนขอมลู เขาท่ขี า S0 และ S1 ตามตารางที่ 9.2
Parallel load เม่ือตองการปอนขอมูลเขาแบบขนาน ตองทําให S0 และ S1 เปนลอจิก 0 แลว ปอ น
ขอ มลู เขาทข่ี า A – D และปอนสญั ญาณนาฬิกาเขาทีข่ า CLK
Shift right เมื่อตองการเล่ือนขอมูลไปทางขวา ตองปอนลอจิกเขาท่ีขา S0 S1 เปนลอจิก 1 0
ตามลําดับและตอ งการปอนสญั ญาณนาฬกิ าเขา ที่ขา CLK ถา ตอ งการใหเ ลอื่ นขอมลู ไปทางขวาครบวงจร
ใหตอเอาตพ ตุ QD เขา ท่ีอินพตุ DSR
Shift left การเลื่อนขอมูลไปทางซาย ทําไดโดยการปอนลอจิก 0 เขาที่ขา S0 ลอจิก 1 เขาท่ีขา S1
และปอ นสญั ญาณนาฬิกาเขาทีข่ า CLK ถา ตองการเล่อื นไปทางซา ยครบวงจร ใหตอขา QA เขา กับขา DSL
Hold เปน การคงสภาวะของลอจิกในรีจสิ เตอร โดยทาํ ใหขา S0 และ S1 เปน ลอจิก 0
ชฟิ รจี สิ เตอร 74194 มีตารางการทาํ งานตามรูปท่ี 9.15 (ค)

ตารางที่ 9.2 โหมดการทํางานของไอซี 74194
ขาควบคุมอินพุต
โหมดการทาํ งาน S0 S1

ปอนขอมลู แบบขนาน 1 1
เล่ือนขอ มลู ไปทางขวา 1 0
เลือ่ นขอ มูลไปทางซา ย 0 1
คงสภาวะขอ มูล 00

288 บทท่ี 9 ชฟิ รจี ิสเตอร วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ

QA QB QC QD

รูปท่ี 9.14 วงจรชิฟรีจสิ เตอร 74194

QA
QB

QC
QD
DSR
DSL

S0 (ข) รปู รา งจริง

S1

(ก) สัญลกั ษณ

รปู ที่ 9.15 ชิฟรจี สิ เตอร 74194

วงจรดิจติ อลและลอจกิ บทท่ี 9 ชฟิ รีจิสเตอร 289

เอาตพตุ

VCC QA QB QC QD CLOCK S1 S0

16 15 14 13 12 11 10 9

12 3 45 678
CLEAR SRSINHEIGPRIFHUIATTTL- A BC D SSLINEEHPFRIFUTIATTL- GND

ปอแนบขบอขมนูลาเนขา

(ค) ตาํ แหนง ขา

โหมดการทาํ งาน INPUTS OUTPUTS QD
RESET (CLEAR) CLK CLR S1 S0 DSR DSL QA QB QC L
X L XXXXL LL qd
HOLD (DO NOTHING) X H X X qa qb qc L
SHIFT-LEFT 1 H ฀ ฀ X  qb qc qd H
SHIFT-RIGHT 1 H ฀ X h qb qc qd qc
PARALLEL-LOAD 1 H h ฀ XL qa qb qc
1 H h  XH qa qb dd
1 H h X da db dc
฀ h h
฀ h X

H = ระดับแรงดันสงู h

L = ระดบั แรงดนั ตา่ํ
h = ระดับแรงดนั สูงในชว งทส่ี ัญญาณนาฬกิ าเปล่ียนจาก L เปน H
 *= ระดบั แรงดนั ตํ่าในชว งท่สี ัญญาณนาฬิกาเปล่ยี นจาก L เปน H
= ลอจกิ ทอ่ี ินพตุ หรือเอาตพ ุตท่ีใชอ างองิ ในชว งที่มกี ารเปล่ยี นสัญญาณนาฬกิ าจาก L เปน H
X = ไมคํานงึ วาจะเปนลอจิกใด
= การเปล่ียนสญั ญาณนาฬกิ าจาก L และ H
(ง) ตารางการทาํ งาน

รูปที่ 9.15 (ตอ)

ตวั อยา งท่ี 9.2 จงสาธติ วธิ ีการโหลดขอ มลู แบบตามลาํ ดับเขา ไอซี 74194 และเลือ่ นขอมลู เมอ่ื สวติ ช
ควบคมุ การทาํ งานอยูในตาํ แหนงตา งๆ
วิธีทาํ ตรวจสอบการโหลดขอ มลู แบบตามลาํ ดับ และเลอื่ นขอมลู ในรูปท่ี 9.16

290 บทที่ 9 ชฟิ รจี สิ เตอร วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ

MODE INPUTS SERIAL DATA OUTPUTS
CONTROL INPUTS ABCD
LINE S0 S1 CLEAR CLOCK
DSR DSL PULSE

A0 0000
B10 1 10 1000
C10 1 00 0100
D10 1 11 1010
E01 1 00 0100
F01 1 01 1001
G01 1 01 1001
H0 1 1 00 0010
I 00 1 01 0010
J01 1 01 0010
K10 1 10 1001
L00 1 10 1001
M1 0 0 10 0000
N0 1 1 01 0001

รูปที่ 9.16 ชิฟรีจสิ เตอรท ปี่ อนขอ มลู เขา ตามลาํ ดับในตวั อยา งท่ี 9.2

คาํ อธิบายตวั อยา งท่ี 9.2
ดูรปู ท่ี 9.15 บรรทัด A เปนการเคลยี รข อมลู ทาํ ใหข อ มลู ทเ่ี อาตพ ุตเปน 00002
ในบรรทดั B , C และ D เปน การทาํ งานในโหมดเล่ือนขอมลู ไปทางขวา เม่ือขา CLEAR เปนลอจกิ 1

และมีสัญญาณนาฬิกาปอนเขามา จะทําใหขอมูลท่ีขา DSR ปอนเขาไปในรีจิสเตอรที่บรรทัด B ไดขอ มูล
ทเ่ี อาตพ ุตเปน 10002 ทีบ่ รรทดั C เปน 01002 และที่บรรทัด D เปน 10102

ในบรรทดั E F G และ H เปนการทํางานในโหมดเล่อื นขอ มูลไปทางซาย โดยท่ีขา CLEAR เปนลอจิก
1 เมื่อมีสัญญาณนาฬิกาปอนเขามา ขอมูลที่ขา DSL จะปรากฏที่เอาตพุต D ในบรรทัด E จึงไดขอมูล
ทเ่ี อาตพุตเปน 01002 และในบรรทัด F ไดขอมูลที่เอาตพุตเปน 10012 จะเห็นไดว าขอ มูลที่ปอนเขาคือ
ลอจิกท่ีขา DSL เปน 1 ปรากฏท่ีเอาตพุต D แลวเล่ือนขอมูลไปทางซายเปน 10012 ในบรรทัด G ไมมี
สัญญาณนาฬิกาปอนเขามาทําใหเอาตพุตคงเดิม ในบรรทัด H มีสัญญาณนาฬิกาปอนเขามา ทําใหมี
การปอนขอมูลเขาและเลอ่ื นขอ มูลเดมิ ไปทางซา ยไดเ อาตพ ตุ เปน 00102

ในบรรทัด I และ J ขอมูลยังคงเดิมเพราะบรรทัด I ทํางานในโหมดคงเดิม สวนในบรรทัด J ไมมี
สัญญาณนาฬิกาปอนเขา จงึ ทําใหขอมูลเหมอื นเดมิ

เมื่อถึงบรรทัด K เปน การทํางานในโหมดเล่อื นขวา ขอ มลู ทข่ี า DSR ถูกปอ นเขา ทาํ ใหเอาตพ ุตแสดงคา
เปน 10012 ในบรรทัด L เปน การทํางานในโหมดคงเดมิ ทาํ ใหข อ มลู ยงั เหมอื นเดิม

วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ บทที่ 9 ชฟิ รีจสิ เตอร 291

ในบรรทดั M ขา CLEAR เปนลอจิก 0 ทําใหขอมูลที่เอาตพ ุตเปน 00002 และในบรรทัดสุดทายเปน
การทํางานในโหมดเล่ือนซายขอ มูลทขี่ า DSL ถกู ปอ นเขา ทําใหเอาตพุตแสดงคา เปน 10012 ในบรรทัด L
เปน การทํางานในโหมดคงเดมิ ทําใหข อมลู ยงั เหมือนเดิม

ในบรรทดั M ขา CLEAR เปนลอจิก 0 ทําใหข อมูลท่ีเอาตพุตเปน 00002 และในบรรทัดสุดทายเปน
การทํางานในโหมดเลอื่ นซายขอมลู ที่ขา DSL ถกู ปอนเขา ทาํ ใหเ อาตพ ุตเปน 00012

ตวั อยางท่ี 9.3 สาธิตการทํางานของไอซี 74194 ใหทํางานแบบ 2 ทิศทาง และใหเล่ือนขอ มลู ครบเปน
วงจร หลงั จากปอ นขอ มลู แบบขนาน
วิธีทาํ ใหพ จิ ารณาดใู นตารางรูปท่ี 9.17

INPUTS OUTPUTS
MODE PARALLEL ABCD
LINE CONTROL CLEAR DATA INPUTS CLOCK
S0 S1 ABCD PULSE

A0 0000
B 1 1 1 0010 0010
C10 1 0001
D10 1 1000
E01 1 0001
F01 1 0010
G 1 1 1 1000 1000
H01 1 0001
I 01 1 0010
J 01 1 0010
K 1 1 1 0110 0110
L00 1 0110
M10 0 0000
N01 1 0000

รูปท่ี 9.17 ชฟิ รจี สิ เตอรท ปี่ อนขอมลู เขา แบบขนานตามตวั อยางท่ี 9.3

คาํ อธบิ ายตวั อยางที่ 9.3
การทาํ งานของไอซี 74194 ท่ีทํางานแบบ 2 ทิศทาง และใหเ ลอื่ นขอมูลขอ มูลครบเปนวงจร โดยเริ่ม

จากการปอนขอมูลเขาแบบขนาน ในบรรทดั A เปนการเคลียรข อมูล ทาํ ใหข อมูลท่ีเอาตพตุ เปน 00002
ในบรรทดั B เปน การทํางานในโหมดปอ นขอมลู แบบขนาน ขอมลู ที่ขาเอาตพุต A B C D จะถกู ปอนเขา
ในชวงทม่ี ีสัญญาณนาฬิกาเขามา ทําใหขอมูลทเี่ อาตพตุ เปน 00102

292 บทท่ี 9 ชิฟรีจสิ เตอร วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ

ในบรรทัด C D เปน การทํางานในโหมดเล่อื นขอ มลู ไปทางขวา ทําใหข อ มูลทเ่ี ปนลอจิก 1 ทีเ่ อาตพตุ C
เลื่อนไปอยูทีเ่ อาตพ ตุ D ในบรรทัด C ไดเปน 00012 เมอื่ ถงึ บรรทดั D ลอจกิ 1 ทเี่ อาตพ ุต D จะเล่ือนไปท่ี
เอาตพตุ A ไดเปน 10002

ในบรรทัด E, F เปนการทํางานในโหมดเลื่อนขอมูลไปทางซาย ทําใหลอจิก 1 ที่เอาตพุต A เล่ือน
กลับไปทเ่ี อาตพ ุต D ไดขอ มลู เปน 00012 ในบรรทัด E เม่ือถึงบรรทดั F ท่ีเอาตพุต D จะเลอื่ นไปทางซา ย
มาอยทู ่ีเอาตพ ุต C ทําใหไ ดขอ มูลเปน 00102

เม่อื ถงึ บรรทัด G จะเปนการทาํ งานในโหมดปอ นขอมูลเขา แบบขนาน ขอ มูลที่ขาอินพุต A B C และ D
มคี าเปน 10002 จะถูกปอนเขา ไดข อมูลท่ีเอาตพตุ เปน 00012 และ 00102 ตามลําดับ เมือ่ ถึงบรรทัด J
ขอมูลยงั คงเดิม เพราะไมมีสัญญาณนาฬกิ าเขามา

ในบรรทดั J เปนการโหลดขอ มลู แบบขนานเก็บไวในรีจิสเตอรไดขอมูลเปน 01102 เม่อื ถึงบรรทัด L
ขอ มลู ยังคงเดิมเพราะเปน การทํางานในโหมดคงเดิม

ในบรรทดั M และ N เปน 00002 เพราะในบรรทัด M มีการเคลยี รขอ มลู สว นในบรรทัด N เปนการ
เล่ือนขอ มลู ไปทางซา ย แตขอมลู ท่เี กบ็ ไวเปนลอจิก 0 ทุกบิต จึงไดคาทีเ่ อาตพ ุตเปน 00002

การตอไอซี 74194 เปนรจี ิสเตอร 8 บติ 2 ทศิ ทาง ทีม่ กี ารเลือ่ นขอมลู ครบวงจร แสดงในรูปท่ี 9.18

เอาตพ ตุ

ลออนิ จพกิ ตุ พัลส DSR QA ABCD E F GH
สเใรหาม่ิ กยตลตนับอ ใไหปม
DSL QB

A ACLKRE(SLGHSISIBFTsTE) R QC
B B QD
C
D C
E D S0 S1 CLR
ปแบอบนขขอนมานูล F
G A QA
H B
C QB
D RE(SMGHSISIFBTTsE)R QC
QD
DSR
DSL

CLSK0 S1 CLR ใเสรหาม่ิ กยตลตนบัอ ใไหปม

คอโหินวมบพดคุตุม SS01

รปู ที่ 9.18 การตอ ไอซี 74194 2 ตวั ใหเ ลอื่ นขอ มลู 2 ทศิ ทางแบบครบวงจร

วงจรดจิ ติ อลและลอจกิ บทท่ี 9 ชิฟรจี สิ เตอร 293

9.10 วงจรนบั แบบเล่ือนขอ มลู (Shift-Register Counter)
วงจรนับแบบเลื่อนขอมูลเปนวงจรนับที่มีการใชวงจรเลื่อนขอมูลมาเปนตัวปอนกลับ ซ่ึงจะทําให

ลาํ ดบั การนบั ไมเรยี งเปน รหสั ฐานสอง สามารถแบง ตามรปู แบบการจัดสัญญาณปอ นกลับไดเ ปนวงจรนับ
แบบวงแหวน (Ring Counter) และวงจรนับแบบจอหนสัน (Johnson Counter) ซ่ึงสามารถนําไป
ประยกุ ตใ ชใ นการควบคุมตา งๆ ไดเปน จาํ นวนมาก เชน การควบคมุ การทํางานของสเตป็ ปงมอเตอรแบบยู
นิโพลารก ารควบคุมการทํางานของอนิ เวอรเ ตอร 3 เฟส เปนตน สําหรบั วงจรการนบั แตละแบบสามารถ
อธบิ ายการทาํ งานไดด ังน้ี

9.10.1 วงจรนับแบบวงแหวน
วงจรนับแบบนี้จะใชหลักการวงจรเลื่อนขอมูลเปนแบบวงรอบ (Circulating Shift

Register) โดยการปอนกลับจากเอาตพุตของฟลิปฟลอปตัวสุดทายไปยังอินพุตของฟลิปฟลอปตัวแรก
ดงั รูปท่ี 9.19

QA QB QC QD

(ก) วงจรนบั แบบวงแหวน

QA QB QC QD QA
QB

QC

QD

(ข) ไดอะแกรมการทาํ งาน

รูปท่ี 9.19 วงจรนับแบบวงแหวน

294 บทท่ี 9 ชฟิ รจี ิสเตอร วงจรดจิ ติ อลและลอจกิ

หลักการทํางานของวงจรคือ เม่ือวงจรไดรับการเคลียรขอมูล ใหทุกเอาตพุตมีสถานะลอจิกเปน 0
หลังจากนั้นทําการปอนลอจิก 1 ใหกับฟลิปฟลอป A โดยการควบคุมที่ขา Preset เม่ือทําการจาย
สัญญาณนาฬกิ าใหกบั ขา Clock ลอจกิ 1 จะเลอ่ื นจากฟลปิ ฟลอป A ไปยงั B C จนถงึ D และเมอื่ ลอจกิ 1
เลื่อนมาถึงฟลิปฟลอป D ก็จะถูกสงกลับไปเร่ิมตนที่ฟลิปฟลอป A ไปเรื่อยๆ เม่ือนํามาเขียนเปน
ไดอะแกรมเวลา จะสามารถแสดงไดด งั รปู ที่ 9.19 (ข) และสามารถแสดงตารางความจรงิ ของการทาํ งานได
ดังตารางท่ี 9.3
ตารางที่ 9.3 การทาํ งานของวงจรนบั แบบวงแหวน

D C B A Decode
0001A
0010B
0100C
1000D
วงจรนับแบบวงแหวน จาํ นวนการ Mod จะเทากับจํานวนฟลิปฟลอปท่มี ใี นวงจร ทาํ ใหการออกแบบ
การนับแบบ Mod ทาํ ไดน อ ย เมอื่ เปรยี บเทียบกับวงจรนับแบบอ่นื ๆ แตมีขอดคี อื สามารถทําการถอดรหัส
สถานะการทาํ งานโดยไมตอ งใชอ ุปกรณเ พิม่ เติม
การนาํ วงจรนบั แบบวงแหวนมาใชงาน สามารถใชไ อซีท่ที าํ หนาทีเ่ ล่ือนขอมูลแบบ PISO มาออกแบบ
ใชงานไดเทา น้ัน เชน ไอซเี บอร 7495 หรือ 74194 ดังแสดงในรูปท่ี 9.20 เปน ตน

รูปท่ี 9.20 การใชไ อซเี บอร 7495 และ 74194 มาตอเปนวงจรนบั แบบวงแหวน
จากรปู ที่ 9.20 ไอซีเบอร 7495 นํามาตอเปนวงจรนับแบบวงแหวนขนาด 4 บิต การทํางานของวงจร
เริ่มตนจากการจายลอจิก 1 ใหกับขา MODE แลวจา ยสญั ญาณพัลสใหกับขา Clock จะทําใหไอซีโหลด
ขอ มลู อินพุตจากขา A B C และ D จะทําใหเอาตพุต QA QB QC และ QD มคี าเทากับ 10002 ตามลําดับ

วงจรดิจิตอลและลอจกิ บทท่ี 9 ชิฟรีจสิ เตอร 295

หลังจากน้ันทําการเปลี่ยนสถานะลอจิกที่ MODE = 0 เม่ือจายสัญญาณพัลสใหกับขา Clock จะทําให
ขอ มูลจาก QA เล่อื นไปยงั QB QC QD และกลบั ไปเร่มิ ท่ี QA … อยางตอ เนื่อง

9.10.2 วงจรนับแบบจอหนสัน
วงจรนับชนิดนี้เปนการดัดแปลงวิธีการนับมาจากการนับแบบวงแหวน โดยการปอนกลับ

จากขา Q แทนขา Q จึงอาจเรียกวงจรชนิดนี้วา Twisted Ring Counter ก็ได การตอวงจรนับชนิดน้ี
แสดงดังรูปที่ 9.21 (ก) และไดอะแกรมการทํางานไดด ังรปู ที่ 9.21 (ข)

QA QB QC QD

Q

(ก) วงจรนบั แบบจอหน สัน t12 t16

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8

QA
QB
QC
QD

(ข) ไดอะแกรมการทํางาน

รูปที่ 9.21 การตอ วงจรนบั แบบจอหนสนั และไดอะแกรมการทาํ งาน

ตัวอยา งสาํ หรบั ลาํ ดบั การนบั แบบจอหน สนั ทม่ี ีจาํ นวน D ฟลิปฟลอปจาํ นวน 4 ตวั ตอแบบลาํ ดบั
สามารถแสดงการทาํ งานไดต ามตารางที่ 9.4

296 บทท่ี 9 ชฟิ รจี สิ เตอร วงจรดจิ ติ อลและลอจกิ

ตารางที่ 9.4 ตารางความจริงของวงจรนบั แบบจอหน สัน

D C B A Decode

0 0 0 0 DA
0 0 0 1 BA
0 0 1 1 CB
0 1 1 1 DC

1 1 1 1 DA

1 1 1 0 BA
1 1 0 0 CB
1 0 0 0 DC

การถอดรหัสวงจรนับแบบจอหนสัน แตละสถานะไปใชง านตองใหมีจํานวนตัวแปรนอยท่ีสุด แตไม
ซ้าํ ซอ นกับสถานะอ่ืน ซึ่งจะตองใชต ัวแปรอยา งนอ ยท่สี ดุ 2 ตวั แปรในการถอดรหสั สถานะเสมอ ดังแสดง
ในตารางที่ 9.4 ดังนน้ั จํานวนการ Mod จะมคี า เทา กับ

Mod-n = 2n
เม่อื n คอื จาํ นวนฟลปิ ฟลอปทีต่ อ อยใู นวงจรนับ

ขอดีของวงจรนับแบบจอหนสัน จะมีจํานวนการ Mod มากกวาการนับแบบวงแหวน แตในการ
ถอดรหสั สถานะจําเปน ทีจ่ ะตองการเกตแบบ AND จาํ นวน 2 อินพตุ ดงั แสดงในรปู ที่ 9.22

รูปที่ 9.22 การตอ แอนดเ กตสําหรับถอดรหสั ตาํ แหนง วงจรนบั แบบจอหนสัน

วงจรดิจติ อลและลอจกิ บทท่ี 9 ชฟิ รีจิสเตอร 297

การใชไ อซเี ลอื่ นขอ มลู สําหรบั การนาํ มาทําเปนวงจรนับแบบจอหน สันสามารถใชไ อซแี บบ SIPO มาใช
ออกแบบการนับได เชน ไอซีเบอร 7495 หรือ 74194 ได ดงั แสดงในรปู ท่ี 9.23

(ก) ไอซเี บอร 7495 (ข) ไอซีเบอร 74194

รปู ที่ 9.23 การใชไอซี 7495 และ 74194 มาตอเปน วงจรนบั แบบจอหน สัน

วงจรนับแบบจอหนสันจะมคี าการนับเปนจํานวนคูเสมอ ดังนั้นถาตอ งการนับแบบจํานวนค่ีจะตอง
ทําการดัดแปลงวงจรเรียกวา Modified Twisted Ring Counter หรือ Pseudu Johnson Counter
ซง่ึ จะทําใหส ามารถกําหนดจํานวนการนับเทากับ Mod-n = 2n-1

รูปท่ี 9.23 เปนวงจรนับจอหนสันที่สามารถนับไดเทากับ 8 เนื่องจากมีจํานวน D ฟลิปฟลอป
ตออนุกรมกันจํานวน 4 ตวั ดังน้ันถาจะทาํ การดดั แปลงเปนวงจร Mod-7 สามารถทําไดโดยการเปล่ียน
วงจรปอนกลับ จากเดิมจะใชส ญั ญาณ QD เปนสญั ญาณปอนกลับ สามารถดัดแปลงโดยการนําขา QD
และ QC ไปตอกบั อินพตุ ของแอนดเกต แลวนําสญั ญาณท่ไี ดจ ากแอนดเกตไปเปนสัญญาณปอนกลบั

9.11 สรปุ
ชิฟริจิสเตอรใชสําหรับเก็บขอมูลสําหรับทําการประมวลผล ซ่ึงสามารถแบงออกได 4 แบบ

คือ ขอมูลเขาแบบอนุกรมเลื่อนออกแบบอนุกรม (SISO) ขอมูลเขาแบบอนุกรมเล่ือนออกแบบขนาน
(SIPO) ขอ มลู เขาแบบขนานเล่อื นออกแบบอนกุ รม (PISO) และขอมูลเขา แบบขนานเล่ือนออกแบบขนาน
(PIPO) และสามารถนํามาออกแบบเปนวงจรนบั แบบเลือ่ นขอ มลู คือ วงจรนบั แบบวงแหวน วงจรนับแบบ
จอหนสัน เปน ตน

298 บทที่ 9 ชฟิ รีจสิ เตอร วงจรดจิ ติ อลและลอจกิ

แบบฝกหดั ทา ยบท

1. รีจสิ เตอรแบง ออกเปนกชี่ นิดอะไรบาง
2. รีจสิ เตอรที่ใชในการเก็บขอ มูลช่ัวคราวเรยี กวา อะไร
3. รีจิสเตอรท ่ใี ชเ ก็บและเคลือ่ นยา ยขอมลู เรียกวาอะไร
4. รจี สิ เตอรแ บงตามลักษณะการปอ นขอมลู เขา และการสง ขอ มลู ออกไดเ ปนก่ีแบบ คืออะไรบา ง
5. จะตองใชสญั ญาณนาฬกิ ากพ่ี ัลสในการปอนขอมูลขนาด 8 บติ เขาไปไวใ นรจี สิ เตอร และสงขอมูล
ออก ถา เปน รจี ิสเตอรแ บบ SISO ทีป่ ระกอบดวยฟลิปฟลอป 4 ตวั
6. ถาตองการใหขอ มลู ในชิฟรีจิสเตอร SISO เลอ่ื นขอ มูลไปทางขวาแลวกลับมาปอนเขา ทฟ่ี ลิปฟลอป
ตวั แรก จะตอ งตอวงจรเปน อยางไร
7. ชิฟรจี สิ เตอรแบบ PISO ทํางานอยา งไร
8. ชิฟรจี สิ เตอรท ่ีเกี่ยวขอ งกับการสง ขอ มูลระยะไกล มแี บบใดบา ง
9. ถาตองการโหลดขอมูล 8 บติ เขา ไปเก็บในรจี ิสเตอร SIPO ตอ งใชส ญั ญาณนาฬกิ ากีพ่ ลั ส
10. รจี ิสเตอรทม่ี ีความเรว็ มากที่สุดในการเล่อื นขอมูล ไดแกแ บบใด

วงจรดิจิตอลและลอจกิ บทที่ 9 ชิฟรีจสิ เตอร 299

เอกสารอา งองิ
ธวชั ชัย เลอื่ นฉวี และคณะ. 2546. วงจรดจิ ติ อลภาคปฏบิ ตั .ิ กรงุ เทพมหานคร : หจก.ภาพพิมพ.
ธวชั ชัย เลื่อนฉวี และอนรุ ักษ เถื่อนศริ .ิ 2546. ดจิ ิตอลเทคนคิ . กรุงเทพมหานคร : มติ รนรา. ธรี วฒั น
ประกอบผล. 2545. ดิจติ อลลอจกิ . กรุงเทพมหานคร : ซีเอ็ดยูเคชนั่ จาํ กดั .
นภทั ร วจั นเทพินทร. 2545. วงจรดจิ ติ อลภาคปฏิบตั .ิ กรงุ เทพมหานคร : สยามสปอรต ซินดิเคท.
บัณฑิต บวั บชู า. 2545. ทฤษฎีและการออกแบบวงจรดจิ ติ อล. กรงุ เทพมหานคร : ฟส กิ สเ ซน็ เตอร.
วิศวกรรมสถานแหงประเทศไทย. (2540). ศพั ทเทคนคิ วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส. กรงุ เทพมหานคร

: จฬุ าลงกรณม หาวทิ ยาลัย.
Bignell James & Donavan. (2000). Digital Electronics. (4th ed.). New York : Delmar.
Kleitz, W. (1999). Digital Electronics. New Jersey : Prentice-Hall.
Mano, Morris P. (1991). Digital Design. Los Angeles : Prentice-Hall.
Reis, R.A. (1991). Digital Electronics through Project analysis. New York : Macmillan.
Tocci, R. J. , & Wildmer, N. S. (2001). Digital Systems. (8th ed.). New Jersey : Prentice-

Hall.

แผนบรหิ ารการสอนประจาํ บทที่ 10
อปุ กรณเปลี่ยนสัญญาณ 8 ชั่วโมง

หัวขอเนือ้ หา

10.1 บทนาํ
10.2 ออปแอมป
10.3 วงจรเปรียบเทียบ
10.4 อินเวอรต ิงแอมปลิไฟเออร
10.5 วงจรขยายที่รวมสัญญาณ
10.6 วงจรเปลยี่ นสัญญาณดจิ ิตอลเปนแอนะลอก
10.7 ไอซเี ปล่ยี นสัญญาณดจิ ิตอลเปน สญั ญาณแอนะลอก
10.8 วงจรเปลยี่ นสญั ญาณแอนะลอกเปน สญั ญาณดจิ ติ อล
10.9 ไอซีทีเ่ ปลี่ยนสญั ญาณแอนะลอกใหเปนสญั ญาณดิจิตอล
10.10 สรปุ
แบบฝก หัดทายบท

วตั ถปุ ระสงคเ ชงิ พฤตกิ รรม

เมอื่ เรียนจบเร่ืองนแี้ ลว ผูเรยี นจะมคี วามสามารถดังน้ี
1. อธิบายชนดิ หลักการทาํ งานของวงจรเปลย่ี นสญั ญาณได
2. อธบิ ายการนาํ เอาไอซแี ปลงสญั ญาณแอนะลอกใหเ ปนดิจติ อลมาใชง านได
3. ออกแบบวงจรแปลงสญั ญาณแอนะลอกเปน ดจิ ิตอลได
4. ออกแบบวงจรแปลงสญั ญาณดิจติ อลเปน แอนะลอกได

วธิ สี อนและกิจกรรมการเรียนการสอน

1. ผูสอนนาํ เขา สบู ทเรียน
2. แบงนกั ศกึ ษาออกเปน 5 กลมุ แลวใหผ ูเ รยี นศกึ ษาเนือ้ หาจากเอกสารประกอบการสอน
3. ใหผ เู รยี นแตล ะกลมุ เขยี นแผนภาพแนวความคิดแสดงภาพรวมของเนือ้ หาวงจรแปลงสญั ญาณ
4. ใหผ ูเรียนทาํ ใบงานเรอื่ ง วงจรแปลงสัญญาณ
5. ใหผ ูเ รียนแตล ะกลมุ อภปิ รายเน้ือหา
6. ใหผ ูเรียนทาํ แบบฝก หัดทา ยบท เรื่องวงจรแปลงสญั ญาณ
7. ผสู อนสรปุ เรอ่ื งวงจรแปลงสญั ญาณ

302 บทที่ 10 อปุ กรณเปลยี่ นสัญญาณ วงจรดิจติ อลและลอจกิ

ส่อื การเรียนการสอน

1. เอกสารประกอบการสอนเรอื่ ง วงจรแปลงสัญญาณ
2. บอรดทดลองดจิ ิตอลและลอจกิ
3. ใบงานเรอื่ ง วงจรแปลงสัญญาณ
4. แบบฝก หัดทา ยบท

การวดั ผล

1. สงั เกตการณเขา รวมกจิ กรรมกลมุ
2. จากการปฏบิ ตั ิตามใบงาน
3. จากการทาํ แบบฝก หัดทา ยบท

การประเมนิ ผล

1. ศึกษาเอกสารประกอบการสอนและทาํ กจิ กรรมไดแ ลว เสรจ็ ภายในกาํ หนด
2. ปฏิบัติตามใบงานไดถ ูกตอง
3. ทาํ แบบฝก หดั ทา ยบทไดถ กู ตอ งไมน อ ยกวา รอยละ 80 เปอรเซ็นต

วงจรดิจิตอลและลอจิก บทที่ 10 อปุ กรณเปลี่ยนสัญญาณ 303

บทที่ 10
อุปกรณเ ปลีย่ นสญั ญาณ (Device Conversion)

10.1 บทนาํ
การทาํ งานของเครอ่ื งมือและอปุ กรณทางดจิ ิตอล เชน เครื่องคดิ เลข เครอ่ื งคอมพิวเตอร ไมไ ดจาํ กัด

อยูเฉพาะการประมวลผลขอมูลเทาน้ัน ยังมีการนําเอาอุปกรณดิจิตอลไปใชงานควบคุมอุปกรณหรือ
เครื่องมือที่ทํางานแบบแอนะลอก เชน เครื่องมือวัดอุณหภูมิ เครื่องมือวัดความเร็ว เปนตน ดังนั้น
ถาตองการใหระบบดิจิตอลสามารถติดตอกับอุปกรณที่ทํางานแบบแอนะลอกได จําเปนตองมีอุปกรณ
เปล่ยี นสัญญาณ (Conversion Device) ทที่ าํ หนาทีใ่ นการเปล่ยี นสัญญาณดิจติ อลกับสญั ญาณแอนะลอก
เพ่ือเปนประโยชนในการควบคุมและการนาํ เอาปรมิ าณทางแอนะลอกมาประมวลผลดวยระบบดิจิตอล
ในบทนีจ้ ะกลาวถงึ อปุ กรณแ ละวงจรทที่ ําหนาทเี่ ปลี่ยนสญั ญาณแอนะลอกกับสัญญาณดิจิตอล
10.2 ออปแอมป (Op-Amp)

ออปแอมปเปน อปุ กรณที่มีความสําคัญในการเปล่ียนสัญญาณ ทําหนา ท่ขี ยายสัญญาณท่ีใชในการ
คํานวณทางคณิตศาสตรของแอนะลอกคอมพิวเตอร ออปแอมปท่ีใชทําเปนไอซี 8 ขา มีคุณลักษณะ
ทีส่ ําคญั 3 ประการ คือ

1. มอี มิ พแิ ดนซด า นอนิ พตุ สูง
2. มีอัตราขายแรงดันสูง
3. มเี อาตพตุ อิมพแิ ดนซต า่ํ
ตามรูปท่ี 10.1 แสดงสัญลักษณของออปแอมปท่ีมีใชแพรหลาย คือ เบอร 741 ออปแอมปจะมี
2 อนิ พตุ และ 1 เอาตพ ตุ และตองใชแหลง จา ยไฟปอนเขา 2 ชดุ คอื ไฟบวกและไฟลบ

รูปที่ 10.1 สัญลกั ษณข องออปแอมป

304 บทที่ 10 อปุ กรณเปลี่ยนสัญญาณ วงจรดิจิตอลและลอจกิ

ขาของออปแอมปดา นอินพุตมี 2 ขา คอื ขาลบ มชี ื่อวา อินเวอรต งิ ทข่ี านม้ี สี ญั ญาณทปี่ อนเขา จะมี
เฟสตางกบั สัญญาณท่ีเอาตพ ุต 180 อกี อินพตุ หนึ่งเปน ขาบวก มชี ่อื วา นอนอินเวอรต ิง เม่อื ปอนสัญญาณ
เขา ทีอ่ ินพตุ นี้จะทาํ ใหส ญั ญาณอนิ พุตกบั สญั ญาณเอาตพุตมีเฟสตรงกนั

ออปแอมปเบอร 741 เปนเบอรที่มีใชอยางแพรหลาย สามารถทําใหเปนวงจรตางๆ ไดโดยตอ
อุปกรณเ พมิ่ เตมิ เขา ไปทอี่ นิ พุตทําใหไดว งจร ดงั นี้

- วงจรเปรยี บเทยี บ (Comparators)
- วงจรอินเวอรต งิ แอมปลไิ ฟเออร (Inverting Amplifier)
- วงจรขยายทรี่ วมสัญญาณ (Summing Amplifier)
10.3 วงจรเปรยี บเทียบ (Comparators Circuit)
การใชออปแอมปเปน วงจรเปรยี บเทยี บแรงดันไฟฟาแสดงในรปู ท่ี 10.2 เปน การเปรยี บเทียบแรงดัน
ท่ีปอนเขาอินพุต เม่ือปอนแรงดันเขาที่ขาอินเวอรติงมีคาเปนบวกมากกวาแรงดันท่ีขานอนอินเวอรติง
จะทําใหอนิ พุตมีคา เปน -5 V แตถาแรงดันที่อนิ เวอรตงิ มคี าตํ่ากวาแรงดนั ท่ีอินพุตนอนอินเวอรติง ทําให
เอาตพุตมีคา เปน +5 V

รูปที่ 10.2 ออปแอมปว งจรเปรียบเทยี บ
การทาํ งานของวงจรเปรียบเทยี บแรงดนั สรปุ ไดดงั นี้

- แรงดนั ทีข่ าอินเวอรต ิงนอ ยกวาแรงดันนอนอนิ เวอรต ิง จะไดแ รงดนั เอาตพ ุตเปนบวก
- แรงดนั ที่ขาอนิ เวอรต งิ มากกวาแรงดันนอนอนิ เวอรต ิง จะไดแ รงดนั เอาตพ ุตเปนลบ
- แรงดันทข่ี าอนิ เวอรตงิ เทากับแรงดนั นอนอนิ เวอรตงิ จะไดแ รงดันเอาตพุตเปน 0
ขอ มูลตัวอยา งของออปแอมป ที่ใชเ ปน วงจรเปรียบเทยี บแสดงในตารางที่ 10.1

วงจรดิจิตอลและลอจกิ บทท่ี 10 อุปกรณเ ปลยี่ นสัญญาณ 305

ตารางท่ี 10.1 ตัวอยา งขอ มูลการเปรยี บเทียบคา แรงดันไฟฟา

อินเวอรตงิ อินพตุ (โวลต) นอนอินเวอรติงอนิ พตุ (โวลต) แรงดันเอาตพุต (โวลต)
+1 -1 -5
+1 +2 +5
+2 +1 -5
0 0 0
-1 +1 +5
0 -1 -5
0 +1 +5
+3 +3 0

สาเหตุท่ีออปแอมปใหเอาตพุตเปนแรงดันบวกและลบไดเพราะวาใชแหลงจายไฟ 2 ชุด ท่ีมีขั้ว
ตางกัน เมื่อตอ งการนําออปแอมปไปใชเปนวงจรเปรียบเทียบจะทําใหแรงดันท่ีเอาตพุตเปนบวกหรือลบ
เพียงอยา งเดียว เชน ตอ งการออกแบบใหไดแ รงดนั ท่เี อาตพุตเปนคาบวกอยา งเดียวใหต อกราวดเขาขาลา ง
ของออปแอมป ดังรูปที่ 10.3 (ก) เมื่อแรงดันที่ปอนเขาท่ีขาอินพุตอินเวอรติงมีคานอยกวาแรงดันที่ขา
อนิ พุตนอนอินเวอรต ิง จะทาํ ใหแรงดันที่เอาตพ ุตเปนคาบวกท่ีมีคาประมาณ 80% ของแรงดันไฟฟาจาก
แหลง จา ยที่ปอนออปแอมป แตถาแรงดนั ที่ปอ นเขาขาอนิ พตุ อินเวอรติงมีคา เปน บวกมากกวาหรอื เทากับ
แรงดนั ท่ขี าอนิ พตุ อินเวอรติง จะทาํ ใหไดเ อาตพ ตุ เปน 0 โวลต ดูในตวั อยา งท่ี 10.1
ตวั อยางที่ 10.1 จงเขียนตารางความจรงิ เพื่อแสดงคา เอาตพ ุตของออปแอมปทมี่ ีแรงดัน 6.25 โวลต ตอ
กบั ขาแหลง จา ยไฟดา นบนและตอขาลา งกบั กราวดเมื่อปอนอนิ พตุ เขา ออปแอมป ดังรูปท่ี 10.3 (ข)

อนิ พตุ (โวลต) แรงดัน (โวลต)
อินเวอรติง นอนอนิ เวอรติง เอาตพตุ
+2 -1
+1 +2
+2 -2
0 -1
0 +1
-2 -2
(ก) สญั ลกั ษณ (ข) ตารางการทาํ งาน

รปู ที่ 10.3 ออปแอมป

306 บทที่ 10 อุปกรณเปลย่ี นสญั ญาณ วงจรดิจิตอลและลอจกิ

วธิ ีทาํ พิจารณาการทาํ งานของออปแอมปที่ใชเ ปนวงจรเปรียบเทียบตามท่ไี ดกลา วมาแลว ไดคา แรงดนั
เอาตพ ตุ ตามตารางท่ี 10.2

ตารางท่ี 10.2 คา แรงดันทเ่ี อาตพ ุต ตามตวั อยา งท่ี 10.1

อินพุต (โวลต) แรงดัน (โวลต)
อินเวอรติง นอนอินเวอรตงิ เอาตพ ตุ
0
+2 -1 +5
+1 +2 0
+2 -2 0
0 -1 +5
0 +1 0
-2 -2

10.4 อนิ เวอรติงแอมปลไิ ฟเออร (Inverting Amplifier)
ออปแอมปท ใ่ี ชงานจริงมีอตั ราการขยายแรงดันสูงมากเกอื บ 200,000 เทา แตมขี อ จํากัดท่ีการเพ่ิม
ระดับแรงดันที่เอาตพุตไมสามารถทําใหสูงเกิน 80% ของแรงดันจากแหลงจาย เชน คาแรงดันสูงสุด
ทเี่ อาตพ ุตของออปแอมป ในรปู ท่ี 10.1 เปน +5 โวลต และ -5 โวลต เพราะแรงดนั จากแหลงจายมีคา เปน
+6.25 โวลต และ -6.25 โวลต ดงั นั้น ถาตองการเอาตพุต +5 โวลต หรือ -5 โวลต จะตองปอนแรงดัน
ทเ่ี อาตพตุ เพียง 25 ไมโครโวลต เทา น้ัน
ออปแอมปนําไปใชงานไดหลายอยาง โดยทําใหมีอัตราการขยายแรงดันนอยกวา 200,000 เทา
จงึ ตองมกี ารควบคุมอัตราการขยายดว ยวิธีการปอ นกลับ ผานตวั ตา นทานท่ตี ออยรู ะหวา งขาอินพุตและ
เอาตพ ตุ ตัวอยา งวงจรปอนกลับทางลบ แสดงในรูปที่ 10.4 มลี กั ษณะการทาํ งานดังน้ี
เม่ือปอนแรงดัน 2 โวลต ผาน Rin 2 กิโลโอหม จะทําใหมีกระแสไหลผาน 1.0 มิลลิแอมป กระแส
จํานวนน้ีไมสามารถไหลผา นเขา ไปในออปแอมปไดเ พราะขั้วทั้งสองของอนิ พุตมีอิมพแิ ดนซสงู มาก กระแส
จึงไหลผาน Rf 10 กิโลโอหม ทําใหมีแรงดันตกครอมเปน 10 โวลต แตเ น่ืองจากแรงดันท่ีเอาตพุตจะตอง
วัดท่ี Vout กบั กราวด จึงไดแรงดันเปน -10 โวลต
อตั ราการขยายออปแอมปหาไดจาก
Vout
Vgain = Vin

Vgain = อัตราการขยายแรงดนั

Vout = แรงดนั ทเี่ อาตพ ตุ
Vin = แรงดนั ทอ่ี ินพุต

วงจรดิจิตอลและลอจิก บทท่ี 10 อุปกรณเ ปลย่ี นสัญญาณ 307

จากวงจรในรปู ท่ี 10.4 วงจรอนิ เวอรต งิ แอมปลิไฟเออรม ีอตั ราการขยายเทา กบั 5 เพราะมีสัญญาณ
ปอนเขาท่ีอินพุตเปน 2 โวลต และที่เอาตพุตมแี รงดันเปน -10 โวลต ดังน้ันอัตราการขยายจะข้ึนอยกู ับ
อัตราสวนของ Rf กบั Rin ถา Rf มากจะทําใหอ ตั ราการขยายสงู ข้นึ ดงั นั้น คา Vout จึงหาไดจากสตู ร

Vout = - RfR×inVin

Iin = - Vin = 2V = 1.0 mA If = 1.0 mA
R in 2 k Rf

R in Vout = - Vin
R in

รูปท่ี 10.4 อินเวอรตงิ ออปแอมป

ในตารางที่ 10.3 เปน ตวั อยา งของอินเวอรตงิ ออปแอมป ทมี่ อี ัตราการขยายเปน 5 เทา

ตารางท่ี 10.3 แรงดนั ที่อนิ พุตและเอาตพ ุตของออปแอมปท มี่ อี ตั ราการขยายเปน 5

Vin (V) Vout (V)
+0.2 -1
-0.4 +2
0 0
+0.32 -1.6

10.5 วงจรขยายทรี่ วมสัญญาณ (Voltage Summing Amplifier)
เมอื่ ตอสญั ญาณอินพตุ เขา ทข่ี าลบมากกวา 1 คา โดยตอ ผานตัวตา นทานท่มี คี า เทากัน ดังรปู ที่ 10.5

จะทําใหออปแอมปเปนวงจรท่ีรวมสัญญาณอินพุตได วงจรนี้ใชรวมสัญญาณไฟฟากระแสตรงและ
กระแสสลับได จากวงจรในรูปท่ี 10.5 ประกอบดวยตัวตานทานปอนกลับ Rf คา 20 กิโลโอหม และมี
ตวั ตานทาน 3 ตวั ตอ ขนานกนั โดยมขี าหน่ึงตอรวมกนั เพ่อื ตอเขา อินพุตลบสวนขาท่ีเหลือของตัวตานทาน
จะใชสําหรับปอนแรงดันไฟฟาเขา กําหนดใหมีแรงดันเปน 2 โวลต 1 โวลต และ 3 โวลต ตามลําดับ
การคํานวณหาแรงดันท่ีเอาตพุตหาไดด งั น้ี

308 บทที่ 10 อุปกรณเปลีย่ นสัญญาณ วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ

V1 (2 V) R1 20 k Rf
V2 (1 V) R2 20 k Vout = -6 V
V3 (3 V) R3 20 k

รูปท่ี 10.5 วงจรขยายรวมแรงดัน

แรงดนั ท่ีเอาตพตุ หาไดจ ากสูตร
Vout = IRf  Rf
= -0.3 mA  20 K
= -6 V

คา แรงดันที่เอาตพ ตุ หาไดจากผลรวมของแรงดันทีป่ อ นเขา อนิ พุตในตารางท่ี 10.4 เปน คา แรงดัน
อินพุตทป่ี อ นเขา วงจรรวมสัญญาณแลว ทาํ ใหไดแ รงดนั เอาตพ ุตเปนผลรวม

ตารางที่ 10.4 การทาํ งานของวงจรรวมแรงดัน

แรงดนั ท่อี นิ พตุ V3 แรงดันเอาตพ ุต
V1 V2 +1 -3
+1 +1 -1 +1
+1 -1 -1 0
+2 -1 +3 +1
-3 -1 -1 -2
+1 +2

วงจรดิจติ อลและลอจกิ บทที่ 10 อปุ กรณเ ปล่ียนสญั ญาณ 309

10.6 วงจรเปล่ียนสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอก (Digital to Analog Converters : DAC หรือ
D/A)

วงจรเปล่ียนสัญญาณดิจิตอลเปนแอนะลอก ใชในการเปล่ียนสัญญาณดิจิตอลท่ีเขียนแทนดวย
เลขฐานสอง ใหเปนแรงดันไฟฟา แบบแอนะลอกตามสัดสว นของสญั ญาณ วงจรนจี้ ะทาํ เปนไอซเี พอื่ ใหงา ย
ตอ การใชง าน วงจรนม้ี ชี ือ่ เรยี กยอ ๆ วา D/A

วงจร D/A ขนาด 4 บิต ดังรูปท่ี 10.6 ประกอบดวยวงจรรวมแรงดันที่มี Rf เปนตัวตานทาน
ปอนกลับ มีตัวตานทานดานอินพุต 4 ตัว และสวิตช 4 ตัว เพื่อทําหนาท่ีปอนสัญญาณอินพุต 4 บิต
เม่ือสวิตชปดวงจรแทนดวยลอจิก 1 ตาํ แหนงสวิตชแตละตัวมีคาน้ําหนักเปน 8 4 2 และ 1 ตามลําดับ
โดยมีตัวตานทาน R1 ถึง R4 เปนตัวเลือกสัดสวนของน้ําหนัก R4 อยูในตําแหนงบิตสูงสุด สวนคาของ
ตวั ตานทานตัวอน่ื ๆ จะเพม่ิ ขน้ึ เปน 2 เทา ของตัวทอี่ ยขู า งหนาคาแรงดันแอนะลอกจะวัดไดทเ่ี อาตพตุ ของ
ออปแอมป วงจรน้ีไดถูกออกแบบใหทํางานเปนเลขฐานสอง 4 บิต โดยมสี วิตช 4 ตวั ปอนแรงดันเขา
ออปแอมป ในการกดสวิตชทําไดถึง 16 รูปแบบ จึงทําใหเกดิ ระดับแรงดันที่เอาตพุตเปนสัดสวนตาม
สัญญาณดิจิตอลที่ปอนเขาไป เชน ตัวอยางในรูปท่ี 10.6 เม่ือสวิตชทุกตัวเปดวงจรอินพุตท่ีปอนเขาไป
จะเปนลอจกิ 00002 ไดเ อาตพุตเปน 0 โวลต ถาอินพุตท่ีปอนเขา ไปเปน 00012 ออปแอมปจ ะใหเอาตพุต
เปน -1 โวลต และถา ปอนอินพตุ เปน 01012 ออปแอมปจ ะทําใหเ อาตพุตเปน -5 โวลต แตถ าสวติ ชทุกตัว
ปดวงจร สัญญาณที่ปอนเขาไปเปน 10102 จะไดแรงดันแอนะลอกที่เอาตพุตเปน -15 โวลต
การคาํ นวณหาแรงดันท่ีเอาตพุตใชวิธีในขอท่ี 10.5

R4 R3 R2 R1 Rf

Vout

รปู ที่ 10.6 วงจร D/A

310 บทท่ี 10 อปุ กรณเปล่ยี นสัญญาณ วงจรดิจติ อลและลอจกิ

ตัวอยางท่ี 10.2 จากรปู ท่ี 10.6 ถาปอ นอนิ พตุ เปน 10012 จะไดแรงดันที่เอาตพตุ ของ D/A เปน เทาใด
วิธทาํ หากระแสท่ไี หลผาน SW1 และ SW4 แลวนาํ มารวมกนั
VR1
IR1 = R1 = 5V = 0.05 mA
100 K

IR4 = VR4 = 5V = 0.4 mA
R4 12.5 K

IRf = 0.05 mA + 0.4 mA = 0.45 mA
Vout = IRf × Rf
= 0.45 mA  20 K
= 9V
ถา ปอนแรงดนั ท่อี นิ พตุ เปน 10012 จะไดแ รงดันท่ีเอาตพุต 9 V
ตวั อยางการปอ นคาอนิ พตุ เขา วงจร D/A แลว ทําใหไ ดคาแรงดนั ทเี่ อาตพ ตุ ในรูปของแรงดันแอนะลอก
แสดงในรปู ที่ 10.7 โดยแสดงเปนคาของตัวเลขในรูปของตารางตามรูปที่ 10.7 (ก) และแสดงในรูปของ
กราฟ ดังรปู ท่ี 10.7 (ข)

VOUT (V)

VOUT (V)

(ก) ตาราง (ข) กราฟ

รปู ที่ 10.7 การเปลีย่ นสญั ญาณดิจิตอลเปน แรงดนั แอนะลอก

การออกแบบวงจร D/A มีขอจํากัดหลายประการที่ทําใหเกิดปญหาจึงตองหาวิธีการแกไขปญหา
ที่อาจจะเกดิ ขึ้นมดี ังน้ี

วงจรดิจิตอลและลอจิก บทท่ี 10 อปุ กรณเปลย่ี นสญั ญาณ 311

ปญ หาขอที่ 1
เม่อื ตอ งการขยายใหมกี ารเปลีย่ นเลขฐานสองมากกวา 4 บติ จะตอ งใชคาตวั ตานทานทมี่ คี ามากและ
มีคาตางกัน ทําใหตัวตานทานบางตัวมีคามากเกินไปจึงตองมีการกําจัด D/A ใหเปนชิฟรีจิสเตอรไอซี
โดยทําใหเปนตวั ตานทานท่มี คี าสูงและมีคาตางกนั
วิธีแกป ญ หา
ใชว งจรท่ตี อ ตัวตานทานแบบ R-2R แลดเดอร (Ladder) ตามรปู ท่ี 10.8 มีคาตวั ตา นทานเพียง 2 คา
โดยคาหนงึ่ เปน 2 เทาของอีกคา หนึง่ กาํ หนดใหเปน 2R และ R ตัวอยางเชน ถา R มคี า เปน 10 กิโลโอหม
2R จะมคี า เปน 20 กโิ ลโอหม การทํางานของวงจร R-2R กเ็ หมอื นกับวงจรทมี่ กี ารกําหนดคา นํ้าหนักตามท่ี
ไดก ลาวมาแลว จากตวั อยา งกระแสทไี่ หลผานวงจรตวั ตา นทานแลว จะผา นมาทาง Rf เมอ่ื มกี ารปอนลอจิก
1 เขา ที่อินพตุ B ทาํ ใหไดแรงดนั ที่เอาตพุตเปน 2 เทา ของการปอนลอจิก 1 เขาที่อินพุต A ถามีการปอ น
ลอจกิ เขาท่ีอนิ พตุ C และอนิ พุต D จะทําใหไ ดแ รงดนั ท่ีเอาตพตุ เปน 4 และ 8 เทา ตามลําดบั
วงจร R-2R จดั ทาํ เปนไอซี D/A เพอ่ื ใหค า R มีเพยี ง 2 คา เทานัน้ จงึ แกป ญหาในเรือ่ งความแตกตา ง
และคา ทม่ี ีมากเกนิ ไป

Vref
Rf
VOUT

รปู ท่ี 10.8 วงจร D/A R-2R แลดเดอร
ปญ หาขอ ท่ี 2
วงจร D/A ท่ีใชง านจริงไมใ ชสวิตชในการกาํ หนดระดับแรงดันที่อินพุตเมื่อเปน 0 โวลต ใหเ ปนลอจิก
0 และแรงดันท่ี 5 V เปนลอจิก 1 เพราะอินพุตที่ไดจากวงจรนับของทีทีแอลมรี ะดบั แรงดนั 0 ถึง +0.8
โวลต เปนลอจิก 0 และ +2.8 โวลต ถึง 5 โวลต เปนลอจิก 1 แรงดันอินพุตท่ีเปล่ียนไปเชนนี้ทําให
ออปแอมปไ มสามารถที่จะผลิตสัญญาณแอนะลอกออกมาไดต ามที่ตอ งการ

312 บทท่ี 10 อุปกรณเปลี่ยนสญั ญาณ วงจรดิจติ อลและลอจกิ

วิธีแกป ญ หาขอท่ี 2
การเพ่ิมคาแรงดันท่ีอินพุต ทําไดโดยการเพ่ิมทรานซิสเตอรเขาทางอินพุตของวงจร D/A เพ่ือให
ทรานซิสเตอรเปนตัวสวิตชโดยตอไวท่ีอินพุต ดังรูปที่ 10.9 ใหขอมูลที่จะปอนเขาตอกับขาเบสของ
ทรานซิสเตอรแลวสงกระแสผา นตวั ตา นทาน เม่ืออนิ พตุ เปนลอจกิ 1 จะทําใหท รานซิสเตอรอ ่มิ ตวั ทาํ งาน
เหมือนสวิตชปดวงจรจึงตอกบั +5 โวลต เมื่ออินพุตเปน ลอจิก 0 ทรานซิสเตอรจะถูกคทั ออฟและทําให
เปน 0 โวลต ท่ีวงจร R-2R ตอ กบั ทรานซสิ เตอร

R f VOUT

รูปท่ี 10.9 ทรานซสิ เตอรส วติ ชส าํ หรบั D/A

เม่ืออธบิ ายถึงจุดนี้ วงจร D/A จึงใชเ ปลยี่ นเลขฐานสอง 4 บิต ท่ีมคี า ตาํ่ สดุ เปน 00002 และมากท่สี ุด
เปน 10102 ใหเปน แรงดันแอนะลอกที่มีคา ไดถงึ 15 คา
ไอซี D/A ที่มีใชท่ัวไปเปนแบบท่ีมีอินพุต 8 12 และ 16 ตางกันตรงท่ีมีขาเพิ่มข้ึนเทานั้นและ
คาแอนะลอกก็จะเปลี่ยนไปตามจํานวนขา เชน D/A 8 บิต ทําใหเกิดแรงดันได 255 คา สวน 12 บิต
จะเปล่ียนคา ได 4095 คา และ 16 บิต เปลยี่ นคาไดถงึ 65536 คา
คา ของวงจร D/A ทใ่ี ชอ า งถึงแรงดันท่ปี อ นเขามาเรียกวาความละเอยี ด (Resolution) ความละเอียด
นีส้ ามารถคํานวณไดจากสูตร
Vref
ความละเอยี ด = 2n-1

2 แทนระบบเลขฐานสอง
n เปนจํานวนอินพตุ ทปี่ อนเขา

วงจรดจิ ติ อลและลอจกิ บทท่ี 10 อปุ กรณเ ปลี่ยนสญั ญาณ 313

ตวั อยางท่ี 10.3 จงหาคา ความละเอียดของวงจร D/A ทมี่ ีแรงดนั อา งองิ เปน 30 โวลต และมี 4 อนิ พตุ
วธิ ีทาํ แรงดนั อา งอิง = 30 โวลต
จํานวนอนิ พุต (n) = 4
2n = 24 = 16
2n-1 = 15
30
ความละเอียด = 15 = 2 โวลต

ความละเอียดแตล ะขัน้ = 2 โวลต
โดยปกติคาความละเอียดจะใชแทนจํานวนบิตของเลขฐานสองที่ทําการเปลี่ยน D/A ท่ีมีความ
ละเอยี ดสูง จะตอ งมีแรงดันอา งอิงท่เี ที่ยงตรงเพ่ือไมใหเกดิ ขอ ผดิ พลาด
ในการเลอื กซอ้ื D/A จะตองคาํ นึงถงึ ความเท่ยี งตรงและความเร็วในการทาํ งาน

10.7 ไอซีเปลยี่ นสัญญาณดจิ ติ อลเปนสัญญาณแอนะลอก (D/A)
D/A ที่ทําเปน ไอซีและไดร บั ความนิยมตวั หนงึ่ คอื เบอร 0808 ขนาด 8 บติ มบี ล็อกไดอะแกรมและ

ตาํ แหนงขาแสดงดงั รูปท่ี 10.10 ประกอบดว ยทรานซิสเตอรสวติ ช วงจร R-2R แลดเดอรแ ละวงจรขยาย
กระแสอา งอิง

ดานบน

MSB LSB NC 1 16 COMPEN

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 GND 2 15 VREF (-)
3 14 VREF (+)
5 6 7 8 9 10 11 12 VEE 4 13 VCC
สวติ ชค วบคุมกระแส 5 12 A 8 (LSB)
IO (MSB) IO 6 11 A 7
A1 7 10 A 6
4 8 9 A5

A2

R – 2R แลดเดอร กระแสไบอสั GND 2 A3

14 A4

VREF (+) วองา จงรอขิงยายกระแส VCC 13 (ข) ตําแหนง ขา
COMPEN 16
VREF (-) 15 VEE 3
แหลง จา ยกระแส

(ก) บลอ็ กไดอะแกรม (ค) รปู รา งจรงิ
รูปท่ี 10.10 D/A 0808

314 บทที่ 10 อุปกรณเปลีย่ นสัญญาณ วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ

รปู ท่ี 10.11 แสดงการตอ D/A 0808 กับออปแอมป 741 การทํางานของวงจรเร่มิ จากปอ นแรงดัน
อางอิง (Vref) มีคา 10 โวลต ผานตัวตานทาน 5 กิโลโอหม ทําใหมีกระแสอางอิงเปน 2 มิลลิแอมป
ไหลเขาขา 4 เม่ือมีการปอนสัญญาณท่ีอินพุต A1 A2 A3 A4….A8 เปน 000000002 จะทําใหกระแสไหล
ออกทขี่ า 4 (Iout) เปน 0 มลิ ลิแอมป และเมื่อสญั ญาณท่ีอนิ พตุ เปน 101010102 จะทําใหม กี ระแสไหลออก
ท่ีขา 4 เปน 2 มลิ ลแิ อมป เมื่อไหลผา น Rf ท่ีมีคา 5 กิโลโอหม จะทําใหมแี รงดนั เอาตพ ุตที่ออปแอมปเ ปน
0-10 โวลต คา 10 โวลต จะเกิดขน้ึ เม่ือ Iout มคี า 2 มลิ ลิแอมป ถา ตอ งการใหม แี รงดนั ท่เี อาตพ ุตแตกตาง
ออกไป ตองปรับอัตราการขยายของออปแอมป โดยเปลีย่ นคา ของ Rf

A 1 VCC Iref

A2 Vref
Rf
A3
Vout  0 to + 10 V
A4

A5

A6 Iout 0 to 2 mA
A7

A 8 Iout

VEE

รูปที่ 10.11 การตอ D/A เขากบั ออปแอมป 741
10.8 วงจรเปลยี่ นสัญญาณแอนะลอกเปน สัญญาณดิจิตอล (Analog to Digital Converter : ADC
หรอื D/A)

วงจรเปล่ียนสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอล แสดงดังรูปท่ี 10.12 เปนวงจรท่ีใชเปลี่ยน
แรงดันดานอินพุตจาก 0 ถึง +15 โวลต ใหเปนสัญญาณดิจิตอลตามสัดสวนของแรงดันท่ีปอนเขามา
โดยเก็บไวในวงจรนับเลขฐานสอง วงจรนี้ประกอบดวย วงจรนับข้ึน วงจรเปรียบเทียบ วงจรอะสเต-
เบิลมลั ติไวเบรเตอร มีความถ่ี 20 กโิ ลเฮิรตซ วงจร D/A และสวิตชรีเซต วงจรดงั กลาวมหี นา ทด่ี ังนี้

รเี ซตสวติ ช
ปกติสวติ ชนอ้ี ยูในตําแหนงลอจิก 1 เม่ือถูกกดลงจะทําใหเปนลอจิก 0 แลวถูกปอนเขาท่ีขา CLR
ของฟลิปฟลอปแตละตวั ทาํ ใหวงจรนบั เรม่ิ ตน ท่ี 00002

วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ บทที่ 10 อปุ กรณเ ปล่ยี นสัญญาณ 315

วงจรเปรียบเทยี บ
ทด่ี านอินพุตของวงจรเปรียบเทียบจะมีสัญญาณแอนะลอกปอนเขาที่ขา (+) และสัญญาณจาก
เอาตพ ุตของ D/A ปอนเขา ทีข่ า (-) ถาแรงดันขาบวกมีคา มากกวาแรงดนั ที่ปอ นเขาลบ วงจรเปรยี บเทียบ
จะมีคาเปน 0 โวลต
วงจรควบคุมแรงดนั
วงจรควบคมุ แรงดันประกอบดว ยเซนเนอรไ ดโอดขนาด 5 โวลต และตวั ตานทาน ทําหนาทคี่ วบคุม
แรงดันท่ีมากกวา 5 โวลต ไมใหป อนเขา ท่ขี าอนิ พุต J และ K ของฟลปิ ฟลอป FF1 เมอื่ เอาตพุตของวงจร
เปรยี บเทยี บมคี าแรงดนั เปนคาบวก
วงจรนบั เลขฐานสอง
วงจรนับเลขฐานสองจะนับจากคา 00002 (010) ไปถึงคา 11112 (1510) เมื่อปอนลอจิก 1 เขาท่ี
อินพุตขา J และ K ของฟลิปฟลอป FF1 ฟลิปฟลอปจะทาํ งานในโหมดทอ็ กเกลิ ทาํ ใหส ญั ญาณนาฬกิ า 20
กโิ ลเฮริ ตซ ปอนเขา ทขี่ า CLK ของฟลปิ ฟลอป FF1 จึงมกี ารนับเพมิ่ ขน้ึ และเมื่อขา J และ K เปน ลอจิก 0
ฟลิปฟลอปจะอยใู นสภาวะคงเดมิ จงึ หยุดการรบั
วงจรเปล่ยี น D/A
วงจรเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอก จะรับขอมูลจากเอาตพุต Q ของ
ฟลิปฟลอปแตล ะตัวมาตอ เขา ทีข่ าอนิ พุตของวงจรเปลย่ี น D/A ทาํ ใหแรงดันแอนะลอกถกู กําหนดโดยวงจร
เปลยี่ น D/A ใหมีคา เปนสัดสวนกับอนิ พุตดจิ ิตอลที่เก็บไวในวงจรนบั

DCBA
842 1

Q FF4 J 1 Q FF3 J 1 Q FF2 J 1 Q FF1 J 1

CLK CLK CLK CLK วก2ง0าํ จเนkรHดิ คzวามถี่
CLR K 1 CLR K 1 CLR K 1 CLR K 1
+5 V

8 4ODUACT2 1
+18 V
รีเซต

-
อินพุตอนาลอก วงจรเปรยี บเทียบ +
สแรวนงดคนั วบคุม 5ไเซดVนโอเนดอร

รูปท่ี 10.12 วงจรเปลยี่ นสญั ญาณแอนะลอกเปน สญั ญาณดจิ ติ อล

316 บทท่ี 10 อุปกรณเปลย่ี นสัญญาณ วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ

การทาํ งานของวงจรเปลี่ยน A/D
เร่มิ จากการกดสวติ ชรีเซตเพอื่ ปอ นลอจิก 0 ขา CLR ของวงจรนับเพื่อทําใหขอมูลในรีจิสเตอรเปน
00002 แลว ปอ นเขาทอ่ี ินพุตของวงจรเปล่ียน D/A เมื่อมสี ัญญาณความถี่ 20 กิโลเฮิรตซ ปอนเขา ขา CLK
ของวงจรนับจะทําใหวงจรนับเริ่มทํางาน ถาปอนแรงดัน 0 โวลต เขาท่ีขาแอนะลอกอินพุตจะทําให
เอาตพ ุตของวงจรเปรยี บเทยี บเปนลอจิก 0 ดังน้ันสัญญาณความถ่ี 20 กิโลเฮิรตซ จึงไมส ามารถควบคุม
การนับขนึ้ ได เพราะฟลิปฟลอป FF1 อยใู นสภาวะไมเ ปล่ียนแปลง
เมื่อมีแรงดันท่ีมีคา บวกปอนเขาที่ขาอนิ พุตแอนะลอก หลังจากวงจรนับถูกรีเซตแลว เอาตพุตของ
วงจรเปลีย่ น D/A เปน 0 โวลต เม่ือนาํ ไปเปรยี บเทียบกบั คาที่ปอ นเขา มาทข่ี าอินพตุ แอนะลอก จะเหน็ ได
วาคาท่ีปอนเขามามีคามากกวา 0 โวลต จึงทําใหเอาตพุตของวงจรเปรียบเทียบเปนลอจิก 1 แลวถูก
ปอ นเขา ทขี่ า J และ K ของฟลิปฟลอป FF1 เปน การทาํ งานในโหมดท็อกเกิล วงจรนบั เร่ิมนับคาเพ่ิมข้ึน
ทลี ะ 1 แลวปอนคา ท่ีนบั ไดเขาอินพุตของวงจรเปล่ียน D/A ทําใหม ีแรงดันเอาตพุตปอนเขาท่ีขาลบของ
วงจรเปรียบเทียบเพิม่ ขน้ึ เรอ่ื ยๆ จนทาํ ใหแ รงดันทข่ี าบวกและลบมคี าเทากนั จงึ ทําใหวงจรนับหยุดทาํ งาน
เพราะลอจิก 0 จากเอาตพุตของวงจรเปรียบเทียบ ทําใหฟลิปฟลอป FF1 ทํางานในสภาวะที่ไม
เปล่ียนแปลงเนอ่ื งจากขา J และ K เปนลอจิก 0 ดังนนั้ คาท่ีนับไดท่วี งจรนบั จึงเปน คา แรงดนั ทางดิจิตอล
ท่ีมคี าเทากับแรงดันแอนะลอกทป่ี อนเขา มา
วงจรนบั ท่ีอยูในวงจรเปลี่ยน A/D เปน วงจรนับขน้ึ จะทําการนับขึน้ จนมีคา เทา กบั แรงดันแอนะลอก
ท่ีปอนเขามา ในกรณีท่ีวงจรเปลี่ยน A/D บันทึกขอ มูลไวเปน +4.00 โวลต เมื่อแรงดันที่ปอนเขาท่ีขา
อินพุตแอนะลอกลดลงเปน +2.00 โวลต วงจรนบั จะไมส ามารถลดคา ลงไดทันทีจะตองรเี ซตใหเ ปน 00002
ดวยการกดสวิตชรเี ซตกอ นจงึ ทําการนบั ขน้ึ จนมคี าเทากับ 2.00 โวลต
ในตารางที่ 10.5 เปน ตารางการทาํ งานของวงจรเปล่ยี น A/D ทใ่ี ชอธบิ ายการทํางานของวงจรในรปู ที่
10.12 โดยคา ของเลขฐานสองจะเปนสัดสวนกบั แรงดันแอนะลอกที่ปอ นเขามา วงจรนับจะมกี ารเพ่ิมคา
ขนึ้ คร้ังละ 1 โวลต วงจรเปลี่ยน A/D แบบนี้ มีชื่อเรียกวาวงจรนับแรมป (Counter Ramp)
ตารางท่ี 10.5 การทํางานของวงจรเปลย่ี น A/D 4 บิต ท่สี ามารถเปล่ยี นคาแรงดนั ไดส ูงสุด 15 โวลต

เอาตพ ตุ
แรงดันแอนะลอกทอี่ ินพุต (โวลต) 8 4 2 1

DC BA
0 0000
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101

วงจรดจิ ติ อลและลอจิก บทท่ี 10 อุปกรณเ ปล่ยี นสัญญาณ 317

ตารางท่ี 10.5 (ตอ)

เอาตพตุ
แรงดันแอนะลอกท่ีอินพตุ (โวลต) 8 4 2 1

DC BA
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001
10 1 0 1 0
11 1 0 1 1
12 1 1 0 0
13 1 1 0 1
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1

ปญ หา
การทํางานของวงจรเปลี่ยน A/D แรมป มีปญหาในเรอ่ื งความเร็วยังไมเพียงพอ เชน วงจรเปลี่ยน
A/D ขนาด 8 บติ จะมีฟลปิ ฟลอป 8 ตัว ท่เี ปนวงจรนับขึ้น วงจรนับเริ่มนับจากคา 0 ของเอาตพุตวงจร
เปล่ยี น D/A ไปเปรียบเทียบกับอินพุตแอนะลอกทป่ี อ นเขา มา ถาตอ งการใหน ับถงึ คา สงู สดุ ตอ งใชส ญั ญาณ
นาฬิกา 252 ลูก เพื่อทําใหแรงดันที่เอาตพุตของวงจรเปล่ียน D/A มีคาเทากับแรงดันที่ปอนเขาทําให
เสยี เวลามาก
วิธีการแกไข
การทําใหวงจรเปลีย่ นสัญญาณดจิ ิตอลเปนแอนะลอกมีความเร็วสูงขึ้น ทําไดโดยใชวงจรรีจิสเตอร
ประมาณคา (Successive-Approximation Register : SAR) แทนวงจรนับข้ึนเพ่ือใหก ารนบั เร็วข้ึน
ตามรูปท่ี 10.13 (ก) แสดงบล็อกไดอะแกรมของวงจรเปล่ียน A/D ท่ีใช SAR แทนวงจรนับ มีขา
เอาตพ ุต 8 ขา คือ D0-D7 เปนสวนท่ีทําใหวงจรเปล่ียน D/A ผลิตแรงดนั ออกมาตางกัน ตามรูปที่ 10.13
(ข) โดยกําหนดใหแ รงดนั อา งองิ เปน 10 โวลต ปอ นเขา ทขี่ า Vref การทาํ งานของวงจรมีขน้ั ตอนดังนี้
1. เม่อื กดปุม Start จะเปนการปอนลอจิก 0 เขา ทขี่ า WR อนิ พุต และเมื่อปลอ ยปุมกดจะเริ่มมีการ
เปล่ียนแปลงในชวงขอบขาขึ้น ขณะเดียวกันเมื่อมีสัญญาณนาฬิกาพัลสที่ 1 ที่เปนชวงบวกปอนเขามา
SAR จะใหล อจิก 1 ออกทีเ่ อาตพุตบิตสงู สุด D7 ทําใหวงจรเปล่ียน D/A เปล่ียนแรงดันแอนะลอกใหมีคา
เปนครงึ่ หน่งึ ของคา สูงสดุ
2. ถาเอาตพุตของวงจรเปล่ียน D/A มีคา มากกวา แรงดันท่ีปอนเขามา (Vin) SAR เอาตพุตจะกลบั ไป
เปนลอจิก 0 เม่ือวงจรเปลี่ยน D/A มีคาที่เอาตพุตนอยกวาแรงดัน Vin SAR จะทําใหลอจิกบิตท่ี 7 เปน
ลอจกิ 1

318 บทท่ี 10 อปุ กรณเปลย่ี นสัญญาณ วงจรดิจิตอลและลอจกิ

3. ในชว งสัญญาณนาฬิกาพัลสที่ 2 จะทาํ ใหบติ ท่ี 6 เปนลอจิก 1 ถาเอาตพุตของวงจรเปล่ียน D/A
มคี ามากกวา Vin จะทาํ ใหเ ปน ลอจิก 0 แตถาไมใชกย็ งั คงเปนลอจกิ 1 ตอ ไป

4. ตอนทา ยของการทาํ งาน SAR จะใหเ อาตพ ตุ ครบทั้ง 8 บิต ซึง่ ทาํ ใหวงจรเปล่ียน D/A เปลย่ี นเปน
แรงดันแอนะลอกท่ีเอาตพุตใหมีคาเทากับแรงดันแอนะลอกท่ีไมทราบคา ซึ่งจะเกิดขึ้นในชวงสัญญาณ
นาฬกิ าพัลสที่ 8 คา เลขฐานสอง 8 บติ ท่แี สดงออกมาโดย SAR ใชแทนแรงดันอนิ พุตที่ปอ นเขาไป ดูผลได
ที่ขาเอาตพ ุตทง้ั 8 ขา

5. เม่ือจบการทํางานขา INTRจะเปนลอจิก 0 เพราะวงจรเปล่ยี น A/D จะแบงเอาตพตุ สว นหน่งึ ไปให
สายบัสขอมูล โดยใชบัฟเฟอร 3 สถานะ ขนาด 8 บิต ตอกับดิจิตอลเอาตพุตเม่ือขา INTRเปนลอจิก 0
จะเปนการกระตุนใหบัฟเฟอรสงสัญญาณดิจิตอลท่ีนับคา ของวงจรเปลี่ยน A/D ออกไปยังสายขอ มูลและ
เม่ือขา INTR เปนลอจิก 1 จะใหเอาตพุตของบัฟเฟอรมีอิมพิแดนซสูงเพื่อเปดโอกาสใหอุปกรณอ่ืน
ไดเ ลือกใชส ายขอ มูล

VIN

WR

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

VREF
VOUT

(ก) วงจรเปลี่ยน A/D ทีม่ ี SAR
รปู ท่ี 10.13 วงจรรีจสิ เตอรป ระมาณคา

วงจรดจิ ติ อลและลอจกิ บทท่ี 10 อุปกรณเ ปลย่ี นสญั ญาณ 319

DAC INPUT DAC VOUT
D7 5.0000
D6 2.5000
D5 1.2500
D4 0.6250
D3 0.3125
D2 0.15625
D1 0.078125
D0 0.0390625

(ข) ระดบั แรงดันทจี่ าํ แนกโดย SAR แตล ะบิต

รปู ท่ี 10.13 (ตอ )

CLOCK เร่มิ ตน การเปลยี่ น ส้นิ สดุ การเปลย่ี น
STRT
SRAESRET 1
INTR 0
D7 0
D6 0
D5 1
D4 1
D3 1
D2 1
D1
D0

VOUT 114793865020 0.00 5.0000 7.50000 6.2500 5.625 5.3125 5.46875 5.546875 5.5859375
ชว งเวลาการเปลย่ี นแปลง

รปู ท่ี 10.14 ไดอะแกรมแสดงเวลาของวงจรเปลีย่ น A/D ท่มี ี SAR ตามตวั อยา งที่ 10.4

320 บทท่ี 10 อุปกรณเปลีย่ นสัญญาณ วงจรดิจิตอลและลอจกิ

ตวั อยางที่ 10.4 จงแสดงรูปคลื่นถาวงจรเปลี่ยน A/D ท่ีมี SAR ตามรูปท่ี 10.13 (ก) เปลี่ยนแรงดัน
ปอ นเขา ทอี่ นิ พตุ เปน 5.59 โวลต โดยใหออกมาเปน เอาตพ ุตดิจิตอลขนาด 8 บิต
วธิ ที าํ ดใู นรูปที่ 10.14

เหตผุ ลท่ี SAR ทาํ งานไดเ ร็วกวาก็เพราะวา SAR 8 บติ ใชสัญญาณเพียง 8 พลั ส เทานนั้ แตถา เปน
วงจรเปล่ียน A/D ตองใชส ัญญาณนาฬกิ า 255 พลั ส

10.9 ADC0804 (ADC 0804 Analog to Digital conversion)
ในรูปท่ี 10.5 แสดงบล็อกไดอะแกรมของไอซี ADC 0804 เปนไอซีเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอก
เปน สัญญาณดิจิตอล โดยเปล่ียนแรงดนั แอนะลอกใหแ สดงออกเปนสัญญาณดิจิตอลขนาด 8 บติ ผา นการ
เปล่ียนแรงดันแอนะลอก คํานวณไดจากแรงดันสูงสุดโดยกําหนดใหมีคาแรงดัน Vdc เปนครึ่งหนึ่งของ
แรงดันที่ปอนเขาที่ Vref/2 เม่ือปอนแรงดันเขาที่ขา Vdc และขา Vref/2 เปน 5.12 โวลต และ 2.56 โวลต
ตามลาํ ดับ วงจรนี้ใชเปลยี่ นแรงดันแอนะลอกทต่ี อ อยูระหวางขา Vin (+) และ (-) ที่มีคาอยูระหวา ง 0 ถึง
5.12 โวลต โดยแสดงออกท่ีขาเอาตพ ุต 8 ขา มีระดับความแตกตางของแรงดันแอนะลอกถึง 255 ระดับ
เม่ือเปล่ียนสัญญ าณดิจิตอลที่เอาตพุต ดังน้ันอุป กรณนี้จึงมีความละเอียด 0.39 เปอรเซ็นต
1
( 255 ×100 = 0.39 ) ถาแรงดันอินพุตสูงสุดเปน 5.12 โวลต แตละระดับจะมีคาเปน 0.02 โวลต

( 5.12 × 0.39 ) เม่ือวงจรนับมีคาเพิ่มขึน้ 1
100
ไอซี ADC 0804 จะมสี ัญญาณนาฬกิ าอยูภายในโดยมตี วั ตานทานและตัวเกบ็ ประจุตอ อยกู บั ขา CLK
R และ CLK IN ตามรูปท่ี 10.15 ไอซี ADC 0804 ประกอบดว ย SAR ขนาด 8 บติ ทาํ หนาท่ใี นการเปลย่ี น
แรงดนั แอนะลอก

วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ บทท่ี 10 อุปกรณเปลี่ยนสญั ญาณ 321

CS VDC
RD
WR DB0
DB1
INTR DB2
DB3
VIN (+) DB4
VIN (-) DB5
A GND DB6
VREF / 2 DB7
DGND

รูปที่ 10.15 บลอ็ กไดอะแกรมของไอซี ADC เบอร 0804
SAR จะถูกรีเซตในชวงขอบขาลงของพัลส โดยการปอนสัญญาณเขาท่ีขา WR ดวยการกดสวติ ช
START เม่ือปลอยสวิตชจะทําใหพัลสท่ีปอนเขขา WR กลับเปนลอจิก 1 จึงเร่ิมทํางานจนสิ้นสุด
การทาํ งานจะตอ งใชส ัญญาณนาฬกิ า 8 พลั ส ในการทําใหข า INTR เปน ลอจกิ 0 ทเ่ี อาตพตุ ท้ัง 8 จะแทน
แรงดันอินพุตแอนะลอกโดยแสดงออกที่ขา DB0 ถึง DB7 ถาตอขา INTR กับ WR จะทําใหเกิดการ
เปลยี่ นแปลงได 5,000 ถงึ 10,000 ครั้ง ใน 1 วินาที
ไอซี ADC 0804 เปนอุปกรณซีมอสทีอ่ อกแบบใหมีการเช่ือมตอโดยตรงที่ใชกับไมโครโปรเซสเซอร
8 บิต ดังน้ันขาอินพุตแตละขา คือ RD WR CS และ INTR จะสอดคลองกับ ท่ีกําหนดไวใน
ไมโครโปรเซสเซอร

322 บทที่ 10 อุปกรณเปลย่ี นสญั ญาณ วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ

10.10 สรปุ
1. เมอื่ แรงดนั ที่ปอนเขาอนิ พุตของวงจรเปรยี บเทียบ มีคา ตางกันเอาตพตุ จะแสดงออกมาเปน คา

บวกหรอื คาลบ โดยมคี าระดับแรงดนั ประมาณ 80 เปอรเซน็ ต ของแรงดนั จากแหลงจาย
2. อินเวอรต งิ แอมปลไิ ฟเออร จะเปลย่ี นสญั ญาณอินพุตใหเปนคาท่มี ีขั้วตรงขา ม
3. วงจรขยายทรี่ วมแรงดนั จะหาผลรวมของแรงดนั ทป่ี อนเขาทางอนิ พุตโดยใหมเี คร่ืองหมายเปน

ตรงขาม
4. วงจรเปล่ียนสัญญาณดิจิตอลเปนสัญญาณแอนะลอก ใชเปล่ียนเลขฐานสองใหเปนแรงดัน

แอนะลอกตามสัดสว นทีป่ อ นเขา มา
5. วงจรเปลยี่ น D/A จะใชคานํ้าหนักของเลขฐานสอง เมื่อสัญญาณดิจิตอลมีอนิ พุตไมเกิน 4 บิต

สวน R-2R D/A จะใชก ับวงจรท่มี อี ินพตุ มากกวา 4 บิต
6. ความละเอียดของวงจรเปลี่ยน D/A จะหาไดจากการแบงจาํ นวนอินพุตออกจากคาเอาตพ ุต

สงู สุด ลบดวย 1
7. วงจรเปลี่ยน A/D เปนวงจรท่ีเปลย่ี นแรงดันแอนะลอกใหเปนสญั ญาณดิจติ อลตามสดั สวนของ

แรงดันท่ีปอ นเขา มา

วงจรดจิ ติ อลและลอจกิ บทที่ 10 อุปกรณเปลีย่ นสญั ญาณ 323

แบบฝก หดั ทา ยบท

1. มมุ ตางเฟสของสญั ญาณที่ปอ นเขา ทอ่ี นิ พตุ (-) กบั เอาตพ ตุ มคี าเทาใด
2. การทาํ งานของออปแอมปข้ึนอยูกบั อะไรบา ง
3. จงเติมเคร่ืองหมาย > , < หรือ = ลงในวงเล็บตารางที่ 10.2 เพ่ืออธิบายการทํางานของวงจร
เปรียบเทยี บ
ตารางท่ี 10.2 การทํางานของวงจรเปรียบเทียบตามแบบฝกหัดขอ ท่ี 4

อินพตุ เอาตพตุ (โวลต)
อนิ เวอรต งิ (<) นอนอินเวอรต งิ +5
อนิ เวอรต งิ (=) นอนอนิ เวอรต ิง 0
อินเวอรต ิง (>) นอนอนิ เวอรติง -5
อินเวอรต งิ (<) นอนอินเวอรติง +5
อินเวอรติง (>) นอนอนิ เวอรต ิง -5
อนิ เวอรติง (=) นอนอินเวอรต งิ 0

4. แรงดนั อม่ิ ตวั ทเ่ี อาตพ ุตของออปแอมปจะมีคา ไมเกนิ กเี่ ปอรเซน็ ตของแรงดันจากแหลง จายไฟ
5. ออปแอมปทีใ่ ชง านจรงิ และไมมี R ปอนกลับจะมีอัตราการขยายประมาณเทา ใด
6. อนิ เวอรต ิงแอมปลไิ ฟเออรจ ะมีขาใดตอกับกราวด
7. วงจรอินเวอรต งิ แอมปลไิ ฟเออรท ี่มคี า Rin = 50 K Rf = 100 K เมอ่ื ปอ นสญั ญาณอินพุตเขาไปจะมี
อัตราการขยายก่เี ทา
8. จงอธบิ ายการทาํ งานของวงจรขยายทีร่ วมแรงดนั ปอ นเขา
9. วงจรเปลยี่ น D/A เปนอปุ กรณทที่ ําหนาท่ีอะไร
10. คา ความตานทานในวงจรเปลยี่ น D/A ของบิตตา่ํ สดุ กบั บิตสูงสดุ มีความสัมพนั ธก นั อยา งไร

324 บทที่ 10 อุปกรณเปล่ยี นสญั ญาณ วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ

เอกสารอา งอิง
ธนัท ชยั ยุทธ และกณพ แกวพชิ ยั . 2546. ดิจิตอลพ้ืนฐาน. กรงุ เทพมหานคร : ซีเอด็ ยูเคช่นั จาํ กดั .
ธวชั ชยั เลื่อนฉวี และอนุรกั ษ เถอื่ นศริ .ิ 2546. ดจิ ติ อลเทคนคิ . กรุงเทพมหานคร : มิตรนราการพมิ พ.
นภทั ร วจั นเทพินทร. 2545. วงจรดิจติ อล ภาคปฏบิ ัต.ิ กรงุ เทพมหานคร : สยามสปอรต ซินดิเคท.
มงคล ทองสงคราม. 2545. ดิจิตอลเบอ้ื งตน . กรงุ เทพมหานคร : รามาการพมิ พ.
รุง แสง เครือไวศยวรรณ. 2545. การออกแบบวงจรดิจิตอล. กรงุ เทพมหานคร : สมาคมสงเสรมิ

เทคโนโลย.ี
วิศวกรรมสถานแหง ประเทศไทย. (2540). ศพั ทเ ทคนิควศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส. กรงุ เทพมหานคร

: จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย.
Bignell James & Donavan. (2000). Digital Electronics. (4th ed.). New York : Delmar.
Kleitz, W. (1999). Digital Electronics. New Jersey : Prentice-Hall.
Mano, Morris P. (1991). Digital Design. Los Angeles : Prentice-Hall.
Reis, R.A. (1991). Digital Electronics through Project analysis. New York : Macmillan.
Tocci, R. J. , & Wildmer, N. S. (2001). Digital Systems. (8th ed.). New Jersey : Prentice-

Hall.

บรรณนานุกรม
จริ ะวฒั น ใจออ นนอม, นภทั ร วจั นเทพนิ ทร. (2541). วงจรดิจิตอล (ภาคปฏบิ ตั )ิ . กรงุ เทพมหานคร :

สกายบบกุ ส.
ทมี งานสมารท เลีรนนง่ิ . (2551). ออกแบบวงจร DIGITAL และประยุกตใชง าน. กรุงเทพมหานคร:

หา งหนุ สว นสามัญสมารท เลิรนนง่ิ .
ทมี งานแอนนาดจิ ิ กรปุ จํากดั . (2544). การทดลองดจิ ติ อล 1. กรุงเทพมหานคร: บรษิ ทั แอนนาดจิ ิ

กรปุ จาํ กดั .
น.ต.ธวชั ชัย เลื่อนฉวี และ พ.ต.อนรุ ักษ เถ่ือนศริ .ิ (2532). ดิจติ อลเทคนคิ (เลม 1). กรุงเทพมหานคร:

หา งหนุ สว นจาํ กดั ภาคพิมพ.
น.ท.สงา ศรีศภุ ปรดี า และ อชั รี หมอยาด.ี (2550). ดจิ ิตอลเทคนิค. กรงุ เทพมหานคร: เอมพันธ.
นภัทร วจั นเทพินทร. (2545). วงจรดิจิตอลและการออกแบบ. กรงุ เทพมหานคร: สกายบบกุ ส.
นฤพนธ หอธรรมรัตน และ วฑิ รู มลวิ ลั ย. (2544). วงจรดจิ ิตอล (ดิจิตอลเทคนคิ ). กรุงเทพมหานคร:

ศนู ยสง เสรมิ อาชวี ะ.
บรรจง พลขันธ. (2546). วงจรพลั สและดิจติ อล. กรุงเทพมหานคร: ศูนยส ง เสริมอาชวี ะ.
ปติภาค ปน รอด. (2550). วงจรพลั สและดิจติ อล. กรงุ เทพมหานคร: เอมพันธ, 2550.
พันธศ ักด พฒุ มิ านิตพงศ. (2548). ดิจติ อลเบอื้ งตน (ดิจติ อลและไมโครโพรเซสเซอร) .

กรงุ เทพมหานคร: ศนู ยส งเสรมิ อาชีวะ.
พนั ธศ ักด พฒุ มิ านิตพงศ และ คณะ. (2548). วงจรพลั สแ ละดจิ ติ อล. กรุงเทพมหานคร:

ศูนยส ง เสรมิ อาชวี ะ.
พันธศ ักด พุฒมิ านิตพงศ และ ไฉน บญุ เพช็ ร. (2539). วงจรดจิ ิตอล 1. กรงุ เทพมหานคร:

ศูนยส ง เสรมิ อาชีวะ.
เพทาย ภาสวา ง และ เอกชยั ดีสขุ . (2551). ดิจติ อลประยกุ ต. กรุงเทพมหานคร:

ศนู ยสง เสรมิ วชิ าการ.
มงคล เจตนิ ัย. (2542). วงจรดจิ ติ อล. กรุงเทพมหานคร: ศนู ยสง เสริมวชิ าการ.
วชิ า โตนลิ . (2540). ทฤษฎวี งจรดจิ ติ อล 1. กรงุ เทพมหานคร: เอมพันธ.
วิศวกรรมสถานแหง ประเทศไทย. (2540). ศัพทเ ทคนิควิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส. กรงุ เทพมหานคร

: จฬุ าลงกรณม หาวทิ ยาลยั .
ไวพจน ศรธี ัญ. (2547). ดิจิตอลเบ้ืองตน. กรงุ เทพมหานคร: วงั อักษร.
Bignell James & Donavan. (2000). Digital Electronics. (4th ed.). New York : Delmar .
Cook, Nigel P. (2001). Digital Electronics with PLD Integration. New Jersey : Prentice-

Hall.

326 บรรณานกุ รม วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ

Dueck, Robert K. (2000). Digital Applications for CPLDs : A Lab Manual. Toronto :
Delmar.

______________ (2001). Digital design with CPLD application and VHDL. Toronto :
Delmar.

Floyd, T.L. (1997). Digital Fundamentals. New Jersey : Prentice-Hall.
Kleitz, W. (1999). Digital Electronics. New Jersey : Prentice-Hall.
Mano, Morris P. (1991). Digital Design. Los Angeles : Prentice-Hall.
Reis, R.A. (1991). Digital Electronics through Project analysis. New York : Macmillan.
Sandige, Richard S. (2002). Digital Design Essentials. Californi a: Prentice-Hall.
Savant, C. J. , Martin S. R. , & Gordon L. (1991). Electronic design and systems. (2th ed.).

New York : Addison-Wesley.
Taub, Herbert. (1985). Digital Circuits and Microprocessor. New York : McGraw-Hill.
Tocci, R. J. , & Wildmer, N. S. (2001). Digital Systems. (8th ed.). New Jersey : Prentice-Hall.
Wakerly, John F. (2000). Digital Design. New Jersey : Prentice-Hall.
Waterman, Steve. (2000). Digital Logic Simulation and CPLD Programming. New

Jersey : Prentice-Hall.
http://www.alldatasheet.com
http://www.electronicsforu.com
http://www.redcircuits.com

ภาคผนวก ก
ใบงาน

ใบงานท่ี 1

เรื่อง ความรูเบอ้ื งตนกับการทดลองวงจรดิจติ อล วิชา วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ
ช่อื -สกลุ ........................................................ ช้ันปท่ี................................

วตั ถุประสงค
1. เพอ่ื ใหน กั ศกึ ษามคี วามเขา ใจเก่ยี วกบั ระบบสญั ญาณดจิ ิตอลและแอนะลอก
2. เพือ่ ใหน กั ศกึ ษามคี วามรเู กีย่ วกบั บอรด ทดลอง

ทฤษฏี
ดิจิตอลเปนอีกแขนงหน่ึงของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส ลักษณะของสัญญาณจะแตกตางจาก

แอนะลอกอยา งส้นิ เชิง สัญญาณทางดิจติ อลจะพจิ ารณาท่รี ะดับสัญญาณเปน หลกั และมีเพยี ง 2 ระดับ คอื
ระดับสงู และต่าํ เทาน้ัน โดยระดบั สัญญาณน้อี าจเรียกวา ลอจกิ (Logic) ระดบั สัญญาณสูงในทางดิจิตอล
คอื ระดับสัญญาณท่ีมีคา ใกลเคียงหรอื เทากับแรงดนั ไฟเลี้ยง กําหนดใหเปน ลอจิก “1” หรอื High สวน
ระดบั สญั ญาณตา่ํ คอื ระดับสญั ญาณทีเ่ ทยี บเทากับกราวด กาํ หนดเปน ลอจกิ “0” หรือ Low

ระดับลอจิก
สัญญาณในทางดิจิตอลมีดวยกัน 2 ระดับคือ ลอจิกตํ่า หรือ “0” และลอจิกสูงหรือ “1”
นอกจากนน้ั ในระบบดจิ ิตอลยังแบงออกเปน 2 กลมุ ใหญ ๆ คือ ทที ีแอล (TTL) และซมี อส (CMOS) ทัง้ 2
กลมุ น้จี ะใชไฟเลี้ยงไมเทากนั โดยทีทีแอลใชไฟเลี้ยงไมเ กนิ 5 V 5% ทําใหระดบั แรงดนั ท่ตี ํ่ากวา 0.8 V
ในวงจรทที ีแอลจะมองวา เปนลอจิกตํา่ สวนทลี่ อจกิ สงู หรือ “1” จะมรี ะดับแรงดนั ตัง้ แต 2 V ข้ึนไป
สว นทางดานซมี อส สามารถใชไฟเล้ียงไดก วางกวา คอื ตัง้ แต +3 ถงึ +18 V ดังน้ัน การกําหนด
ระดับลอจิกจึงตองใชสัดสวนเทยี บกบั ไฟเล้ียง นน่ั คือ ท่ีระดับลอจกิ ต่ําหรือ “0” จะมีระดับแรงดัน 1/3
Vcc ลงมา สวนทีร่ ะดบั ลอจกิ สงู หรือ “1” จะมีระดบั แรงดนั ต้งั แต 2/3 Vcc ขึน้ ไป ดังแสดงในรปู ที่ 1.1

(ก) ระดบั ลอจกิ ของทที แี อล (ข) ระดับลอจิกของซีมอส

รูปที่ 1.1 ระดบั ลอจกิ ของไอซีดจิ ิตอล

330 ใบงานที่ 1 ความรูเบอื้ งตน กบั การทดลองวงจรดจิ ิตอล วงจรดิจติ อลและลอจกิ

เม่ือเปนเชนนี้ระดับแรงดันตั้งแต 0.8-2 V ในวงจรทีทีแอล และ 1/3Vcc – 2/3Vcc ในวงจร
ซมี อสจึงเปนระดบั ลอจกิ ท่ไี มแ นน อน ไมสามารถระบุไดวา เปน “0” หรอื “1”

เพื่อใหงายตอการทําความเขาใจในการทดลองและเรียนรูวงจร จึงกําหนดใหใชไฟเลี้ยง +5 V
เพอ่ื ใหสามารถครอบคลมุ ทั้งไอซีดิจติ อลแบบทที แี อลและซมี อส

คาคณุ สมบัติของไอซดี ิจิตอลท่คี วรทราบ
ในขอ มูลของไอซีดิจิตอลจะมีคาคุณสมบัติที่ควรรู 8 คา ดังนี้
1. Vil (min) คอื ระดับแรงดนั อินพตุ ตาํ่ สุดที่ทําใหเกิดลอจกิ ตํา่ ปกตมิ ีคา 0 V
2. Vil(max) คอื ระดับแรงดนั อินพตุ สูงสุดทท่ี าํ ใหเกิดลอจกิ ตาํ่
3. Vih(min) คอื ระดับแรงดนั อินพุตต่ําสดุ ทท่ี ําใหเกิดลอจกิ สูง
4. Vih(max) คือระดับแรงดันอินพตุ สงู สุดที่ทําใหเ กิดลอจกิ สงู
5. Vol(min) คือระดับแรงดันเอาตพุตตาํ่ สดุ ท่ที าํ ใหเ กดิ ลอจกิ ตํา่
6. Vol(max) คอื ระดับแรงดันเอาตพ ุตสงู สุดที่ทาํ ใหเกิดลอจกิ ต่ํา
7. Voh(min) คือระดบั แรงดันเอาตพ ุตตําสดุ ท่ีทาํ ใหเกดิ ลอจกิ สูง
8 Voh(max) คือระดับแรงดนั เอาตพ ตุ สงู สดุ ท่ที ําใหเกดิ ลอจกิ สงู
ชนดิ ของอุปกรณดจิ ิตอล
แบงเปน 2 กลุมใหญ ๆ คือทีทีแอล และซีมอส นอกจากนั้นท้ังทีทีแอลและซีมอสยังสามารถ
แบงยอ ยไดอ กี ดงั นี้
กลุมของทที ีแอล
-ทีทแี อลมาตรฐาน ขึ้นตน ดวย 54 หรือ 74 ความถใ่ี ชง านสงู สุด 20 MHz
-ทีทแี อลกาํ ลงั สูญเสียต่ํา ข้ึนตนดว ย 54L หรือ 74L มกี ําลงั ไฟฟา สูญเสยี ต่ํากวา แบบมาตรฐาน 10
เทา แตม คี วามเร็วตํา่ สุด
- ทีทีแอลความเร็วสูง ขึ้นตนดวย 54H หรือ 74H มีความเร็วถึง 6 ns แตมีกําลังไฟฟาสูญเสีย
มากกวาแบบมาตรฐาน
-ชอตตกกี ําลงั ต่ํา ขึ้นตนดวย 74LS กาํ ลังไฟฟา ต่าํ และมีความเร็วในการทํางานสูงกวาแบบ 74H
-แอดวานซชอตตกีกําลังตํ่าทีทีแอล ขึ้นตนดวย 74ALS เปนรุนท่ีพัฒนาตอจาก 74LS กิน
กําลังไฟฟาต่ําเหลอื เพียง 1 mW ตอ เกต และมเี วลาหนวงเพียง 4 ns ตอ เกต
-ฟาสตทีทีแอล ขึน้ ตนดว ย 74F มีความเรว็ ในการทาํ งานสงู กวา 74LS และ ALS
กลุมของซีมอส
-ซมี อสมาตรฐาน เปน อนุกรม 4000 ข้นึ ตนดวย 40XX และ 45XX
-ซีมอสความเร็วสงู ขึน้ ตน 2 แบบ คอื 74HC และ 74HCT ความถใี่ ชง านสูงสุดถงึ 35 MHz ถา
เปนเบอร 74HC ทางอินพุตจะรับสัญญาณลอจิกในระดับซีมอส สวนเอาตพุตสามารถจายไดทั้งระดับ
ซมี อสและทีทแี อล กนิ กาํ ลงั ไฟฟา 0.1 mW ตอเกต การท่ีข้ึนตนดว ย 74 กเ็ พ่ือใหท ราบวา ไอซีกลมุ นจ้ี ะมี
ฟง กช ันการทํางานเหมอื นกับทที แี อลท่ขี น้ึ ตน ดวย 74 แตโครงสรา งเปน ซมี อส ทําใหก นิ กําลังไฟฟา ตาํ่ กวา

วงจรดจิ ติ อลและลอจิก ใบงานที่ 1 ความรูเบื้องตนกับการทดลองวงจรดจิ ติ อล 331

ถาเปนเบอรท ี่ขนึ้ ตนดว ย 74 HCT ทางอนิ พตุ จะรับสญั ญาณลอจกิ ระดับทีทีแอล สวนเอาตพ ตุ จะจายไดท ง้ั
ระดบั ซีมอสและทที ีแอล ดังน้นั เพ่ือความแนนอนควรใชระดับไฟเลย้ี ง 5 V สาํ หรับ 74HC และ 74HCT

-แอดวานซซีมอสความเร็วสูง ขึ้นตนดวย 74AC และ 74ACT มีความเร็วในการทํางานสูงกวา
74HC และ 74HCT มาก ความแตกตางระหวาง 74AC และ 74ACT และการใชงานตลอดจนยา นไฟเลีย้ ง
เหมือนกบั 74HC และ 74HCT

ตารางความจรงิ
เปน ตารางที่ใชแสดงการทาํ งานของวงจรดจิ ิตอล โดยจะแบง ออกเปน 2 สว น คอื สวนอินพตุ และ
สวนเอาตพุต การออกแบบวงจรดิจิตอลทุกวงจรจําเปนตองกําหนดและสรางตารางความจริงขึ้นมา
เสียกอ น ตัวอยา งตารางความจริงแสดงดังรปู ที่ 1.2

อนิ พตุ เอาตพตุ
AB X
00 1
01 0
10 1
11 1

รปู ท่ี 1.2 ตวั อยา งของตารางความจริงทใ่ี ชในวงจรดิจติ อล

ขอ ตกลงในการทดลองวงจร
ในการทดลองวงจรดิจิตอลจะตอ งมีการใชง านเครอื่ งมอื ชว ยในการทดลองดังน้ี
1. ลอจิกมอนเิ ตอร
2. ลอจิกสวติ ช
3. ดีเบาซสวติ ช
4. แหลงจายไฟ +5 V
5. ฟงกชนั เจนเนอเรเตอรหรือพัลสเ จนเนอเรเตอร
6. วงจรถอดรหสั LED ตัวเลข 7 สวน
7. ลอจกิ โพรบ
8. ดิจิตอลโวลตม เิ ตอรและแอมปมิเตอร
9. ออสซิลโลสโคป

เครื่องมือและอปุ กรณท่ีใชในการทดลอง
1. ชุดทดลองอิเลก็ ทรอนิกส หรอื NX-4 Digital LabBook หรือชดุ ทดลอง NX-7 1 ชดุ

332 ใบงานท่ี 1 ความรูเบ้ืองตน กับการทดลองวงจรดจิ ติ อล วงจรดิจิตอลและลอจกิ

2. มลั ติมเิ ตอรแบบเขม็ ทมี่ ยี า นวดั ความตา นทานพรอมสายวัด 1 เครอ่ื ง
3. ออสซิลโลสโคป ความถี่ 20 MHz ขึน้ ไป 1 เครอ่ื ง
4. ตวั ตานทาน 220  1/4 W 5% 8 ตัว
5. ตัวตานทาน 1 k 1/4 W 5% 1 ตัว
6. ตวั ตา นทาน 2.5 k 1/4 W 5% 1 ตัว
7. ตวั ตานทาน 5 k 1/4 W 5% 1 ตวั
8. ตัวตา นทาน 10 k 1/4 W 5% 4 ตวั
9. ตัวตา นทาน 20 k 1/4 W 5% 1 ตัว
10. ตัวตานทาน 39 k หรอื 40 k 1/4 W 5% 1 ตัว
11. ตวั เกบ็ ประจุ 15 pF เซรามกิ 50 V 1 ตวั
12. ตวั เก็บประจุ 150 pF เซรามกิ 50 V 1 ตวั
13. ตัวเก็บประจุ 680 pF เซรามกิ 50 V 1 ตวั
14. ไอซี 4029 1 ตวั
15. ไอซี 4069 1 ตวั
16. ไอซี 74LS00 3 ตวั
17. ไอซี 74LS04 1 ตัว
18. ไอซี 74LS02 1 ตวั
19. ไอซี 74LS08 1 ตวั
20. ไอซี 74LS10 1 ตัว
21. ไอซี 74LS11 1 ตัว
22. ไอซี 74LS20 1 ตวั
23. ไอซี 74LS30 1 ตัว
24. ไอซี 74LS32 1 ตวั
25. ไอซี 74LS86 1 ตวั
26. ไอซี 74LS73 1 ตวั
27. ไอซี 74LS74 1 ตวั
28. ไอซี 74LS76 1 ตัว
29. ไอซี 74LS93 1 ตัว
30. ไอซี 74LS139 1 ตวั
31. ไอซี 74LS153 1 ตัว
32. ไอซี 74LS194 1 ตัว
33. ไอซี 74LS248 1 ตัว
34. ไอซี ADC0804 1 ตวั

วงจรดจิ ิตอลและลอจกิ ใบงานท่ี 1 ความรเู บ้อื งตน กบั การทดลองวงจรดิจิตอล 333

35. ไอซี DAC0800 1 ตัว
36. ไอซี MC14495 1 ตัว
37. ไอซี LM741 2 ตวั
38. LED ตัวเลข 7 สว น ชนิดแคโทดรว ม 1 ตวั

การใชงานแผงตอวงจรหรอื โฟโตบอรด
แผงตอ วงจรหรอื โฟโตบอรด

บางทีเรยี กวา เบรดบอรด (Breadboard) เปนแผงพลาสติกท่ีมีการจัดการแบงกลมุ โดยภายใน
แตละกลมุ บรรจแุ ผงโลหะตัวนาํ ปลอดสนิมแลว ทําการเจาะรูบนแผงพลาสติกน้ัน เพอื่ ใหส ามารถนาํ สายไฟ
ขนาดเล็กเสียบเขาไปสัมผัสกับแผงโลหะ ในขณะเดยี วกันแผงโลหะดังกลา วก็จะทําการบีบสายไฟนัน้ ให
แนน อยกู ับที่ เมอื่ ผูใ ชงานตอ งการปลดสายไฟออกกเ็ พียงออกแรงดงึ เล็กนอย หนา สัมผัสของแผงโลหะกจ็ ะ
คลายออก ทําใหสายไฟสามารถหลุดออกจากจุดตอน้ันไดในรูปที่ 1.3 แสดงลักษณะภายนอกปละ
โครงสรางภายในของแผงตอวงจรหรือโฟโตบอรด

จะเหน็ ไดวา แผงตอวงจรแบงออกเปน 2 กลุมใหญ ๆ คือ กลุมที่มกี ารตอถึงกันในแถวต้ัง ซึ่งมี
ดว ยกัน 5 จุดตอ ในหน่ึงกลุมยอ ย และกลุมทตี่ อถงึ กนั ในแนวนอน กลุมหลังน้จี ะไดรบั การจัดวางใหอยูใ น
บริเวณขอบบนและลา งของแผงตอวงจร มีดว ยกนั 2 แถวยาวตอ หนง่ึ ดา น รวม 4 แถว ในแตละแถวยาวยัง
แบง ออกเปน 2 สว น ดังน้นั ในการใชงานหากตองการใหแ ถวยาวแตละแถวตอถึงกันจากซา ยไปขวาตองใช
สายไฟเชอื่ มตอระหวางจดุ แบงของแตละแถว ดังในรปู ที่ 1.4

รูปท่ี 1.3 ลกั ษณะภายนอกและโครงสรา งภายในของแผงตอวงจรหรอื โฟโตบอรด

334 ใบงานที่ 1 ความรูเบ้ืองตน กบั การทดลองวงจรดิจิตอล วงจรดิจติ อลและลอจกิ

รูปที่ 1.4 การตอสายเพ่ือเช่ือมจุดตอ วงจรแถวยาวทั้ง 4 แถวใหตอ ถงึ กันในแนวนอนของแตละแถว
สายไฟทใ่ี ชก ับแผงตอวงจร
สายไฟหรอื สายตอ วงจรท่ีเหมาะกับแผงตอ วงจรหรอื โฟโตบอรด น้นั ควรเปน สายทองแดง

เดีย่ วท่ีไดรับการชบุ ดว ยนเิ กลิ หรอื เงนิ มคี วามแข็งแรงพอสมควร สามารถดัดหรอื ตดั ไดง า ย มขี นาดเสนผา น
ศนู ยก ลาง 0.4 มิลลเิ มตร ทงั้ นหี้ ากใชสายที่มขี นาดใหญก วา น้ที ําใหแ ผงโลหะของแผงตอ วงจรเกิดหลวมไม
สามารถบบี จับสายไฟไดอกี

รปู ที่ 1.5 ตวั อยา งการตอ วงจรลงบนแผงวงจร

วงจรดิจติ อลและลอจิก ใบงานที่ 1 ความรูเบือ้ งตนกบั การทดลองวงจรดจิ ติ อล 335

ตัวตานทาน ไดโอด

สายตอวงจร

รปู ท่ี 1.6 การดัดขาอปุ กรณท ม่ี ขี าตอออกมาทางแนวนอนและสายตอ วงจรทม่ี คี วามยาวพอสมควร
ไมแ นะนําใหใ ชส ายโทรศัพทที่เปน ทองแดงลว น ๆ เน่ืองจากสายเหลา น้ันมีการอาบนาํ้ ยากันสนิม

หากนํามาใชตอ วงจรทันทีอาจทําใหวงจรไมท ํางาน เพราะนํ้ายาท่ีเคลอื บลวดทองแดงอยมู ีคุณสมบัติเปน
ฉนวนทาํ ใหกระแสไฟฟาไมสามารถไหลผานไปได หากตองนํามาใชจริงๆ ควรใชมีดขูดนา้ํ ยาทเี่ คลือบอยู
ออกเสยี กอน แตนั่นเทา กับวา ไดทาํ ลายฉนวนปองกันสนมิ ของลวดทองแดงไปแลว หากใชไปสักระยะหนึ่ง
ก็จะเกดิ สนมิ ที่สายตอวงจรน้ัน เมื่อนํามาใชงานกอ็ าจทําใหวงจรทท่ี ําการตอนั้นไมทาํ งานได

การตอ วงจรบนแผงตอ วงจร
ในรูปที่ 1.5 เปนตัวอยางการตอวงจรบนแผงตอวงจรจากวงจรทตี่ องการทดลอง อุปกรณท ี่มีขา
ยาวออกไปทางแนวนอน เชน ตัวตานทานหรือไดโอดควรดัดขาในลักษณะฉากกอนเสียบลงบนแผงตอ
วงจร ดังรปู ท่ี 1.6
การตอวงจรที่ดีควรจดั ใหเปนระเบียบ ตรวจสอบไดงาน ใชส ายตอวงจรในปริมาณที่เหมาะสม
ควรตอวงจรในลักษณะไลจากซายไปขวา และจากบนลงลาง โดนกาํ หนดใหอ ินพุตของวงจรอยูทางซาย
หรอื ทางตอนลา ง สวนเอาตพ ตุ อยทู างขวาหรอื ตอนบน ท้งั น้ีเพอื่ ใหงายตอ การตรวจสอบในกรณีทีต่ อวงจร
แลว วงจรไมท าํ งาน และชวยในการแกไขในกรณีที่ตอ งการดัดแปลงวงจรบางสวนทาํ ใหไ มต อ งรอื้ วงจรแลว
ตอ ใหมท งั้ หมด

ใบงานที่ 2

เร่ือง ลอจกิ เกต วชิ า วงจรดิจติ อลและลอจกิ
ช่อื -สกลุ ........................................................ ช้ันปท ่ี................................

วัตถุประสงค
1. ศึกษาการทาํ งานและคุณลักษณะของลอจกิ เกต
2. เขาใจการทาํ งานของลอจกิ เกตแบบพนื้ ฐานแบบตา งๆ

ทฤษฏี
อุปกรณที่ใชแทนตัวกระทําทางลอจิกคือ ลอจิกเกต ซึ่งประกอบขึ้นดวยวงจรอิเล็กทรอนิกส

สําหรบั ลอจกิ เกตพื้นฐานมี 3 ชนิด ไดแก นอตเกตหรืออินเวอรเตอร ออรเกต และแอนดเกต ลอจกิ เกต
ดังกลาวสามารถทีจ่ ะนํามาใชอ อกแบบลอจิกเกตตางๆ ไดอกี 4 ชนดิ ไดแ ก แนนดเ กต นอรเ กต เอกซค ลู
ซีฟออรเกต และเอกซคลซู ีฟนอรเ กต วงจรเกตทั้ง 7 ชนิด สามารถนาํ มาสรางเปนวงจรลอจกิ หรือระบบ
ดิจิตอลตางๆ ลอจกิ เกตแตละชนิดจะมคี ณุ ลกั ษณะเฉพาะตวั แบง ออกไดเปน 4 แบบดงั น้ี

1. สญั ลักษณ (Symbol) ลอจิกเกตแตล ะชนดิ จะมสี ญั ลักษณแตกตา งกัน มขี าที่แสดงอินพตุ และ
เอาทพ ุต เพอ่ื นาํ มาใชเ ขียนวงจรลอจิกไดงายขึน้

2. ตารางความจริง (Truth Table) เปนตารางท่ีใชแ สดงความสัมพันธร ะหวา งขอมูลดานอินพุต
กับเอาตพตุ โดยขอ มลู ดานอินพุตแตละขาจะมสี ถานะเปน ลอจกิ “0” หรือ “1” จึงจะทําใหเอาทพ ุตเปน
ลอจกิ “0” หรอื “1” เพราะฉะนน้ั ลอจกิ เกตแตล ะชนิดจะมีตารางความจรงิ ท่ีแสดงคุณสมบตั ิกําหนดการ
ทํางานของอินพุตและเอาตพุตท่ีแตกตางกัน บางคร้ังจึงมีช่ือเรียกอีกอยางหนึ่งวาตารางการทํางาน
(Function Table)

3. สมการลอจกิ (Logic Equation) หรอื พีชคณิตบูลลนี ที่ใชอธบิ ายการทาํ งานของลอจิกเกตแต
ละชนิดหรือวงจรลอจิก โดยเขียนเปนสมการเรียกวา สมการบูลลีน เพ่ือใชอธิบายหรือสรุป
การทาํ งานของวงจรลอจิกเกต

4. ไดอะแกรมเวลา (Timing Diagram) หรือรูปคล่ืน (Wave Form) ใชอธิบายการทํางานของ
ลอจิกเกตหรือวงจรดิจิตอลตามชวงเวลาที่ผานไป เพ่ือใหท ราบวา ในเวลาทผ่ี านไปลอจกิ ทางอนิ พุตจะมี
อินพุตเปลยี่ นแปลงอยา งไรบา ง และจะทาํ ใหล อจิกทางเอาทพุตมเี อาตพ ุตมีคา สถานะเปน ลอจกิ “0” หรอื
“1” การใชไดอะแกรมเวลาสามารถที่นํามาใชอธิบายการทํางานที่มีลักษณะตอเน่ืองของชวง
การเปลย่ี นแปลงในแตล ะเวลาไดเปน อยา งดี