LabsLand คือเครือข่ายห้องปฏิบัติการจริงระดับโลกที่ใช้งานออนไลน์ได้ นักเรียน (ในโรงเรียน มหาวิทยาลัย และแพลตฟอร์มการเรียนรู้ตลอดชีวิต) เข้าถึงห้องปฏิบัติการจริงผ่านอินเทอร์เน็ตโดยใช้แล็ปท็อป แท็บเล็ต หรือโทรศัพท์ได้

ห้องปฏิบัติการเป็นแบบเรียลไทม์ (Arduino, FPGA...) ซึ่งตั้งอยู่ในมหาวิทยาลัยหลายแห่งทั่วโลก หรือในบางสาขา (ฟิสิกส์ ชีววิทยา เคมี) เป็นห้องปฏิบัติการ LabsLand Ultraconcurrent ซึ่งมหาวิทยาลัยบันทึกชุดการดำเนินการที่เป็นไปได้ทั้งหมดในห้องปฏิบัติการไว้ (บางกรณีมีหลายพันชุด) และเปิดให้ใช้งานแบบโต้ตอบได้

ไม่ว่าในกรณีใด ห้องปฏิบัติการเป็นของจริงเสมอ (ไม่ใช่การจำลอง) และใช้งานผ่านเว็บได้ (คุณไม่ต้องหาอุปกรณ์หรือจัดการเรื่องการจัดส่ง เป็นต้น)

ดูวิธีการทำงานของเซสชันผู้ใช้ทั่วไปในวิดีโอต่อไปนี้:

ด้วยห้องปฏิบัติการนี้ คุณสามารถตั้งโปรแกรมบอร์ด Arduino Uno ของจริงได้ นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ต่อพ่วงอินพุตและเอาต์พุตหลายตัว คล้ายกับอุปกรณ์ที่มักรวมอยู่ในชุดสตาร์ทเตอร์ Arduino 

อุปกรณ์ต่อพ่วงเหล่านั้น ได้แก่ LED, สวิตช์, ปุ่ม, จอแสดงผล OLED, เซอร์โวมอเตอร์ ฯลฯ

ด้วยห้องปฏิบัติการนี้ คุณสามารถตั้งโปรแกรมบอร์ด Arduino Uno ของจริงได้ นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ต่อพ่วงอินพุตและเอาต์พุตหลายตัว คล้ายกับอุปกรณ์ที่มักรวมอยู่ในชุดสตาร์ทเตอร์ Arduino 

อุปกรณ์ต่อพ่วงเหล่านั้น ได้แก่ LED, สวิตช์, ปุ่ม, จอแสดงผล OLED, เซอร์โวมอเตอร์ ฯลฯ

ห้องปฏิบัติการ Arduino Robot ให้คุณทำการทดลองกับหุ่นยนต์จริงได้ กำหนดตรรกะของหุ่นยนต์ผ่านการตั้งโปรแกรม Arduino โดยตรง จากนั้นอัปโหลดโปรแกรมของคุณไปยังหุ่นยนต์เพื่อดูพฤติกรรมของมันผ่านกล้องเว็บ คุณสามารถทำให้หุ่นยนต์ของคุณหลีกเลี่ยงกำแพง แข่งขันวิ่งตามเส้น หรือแบบฝึกหัดอื่น ๆ หากคุณต้องการใช้ภาษาเขียนโปรแกรมแบบภาพคล้าย Scratch ลองใช้ ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ Arduino แบบภาพ!

ห้องปฏิบัติการ Arduino Robot ให้คุณทำการทดลองกับหุ่นยนต์จริงได้ กำหนดตรรกะของหุ่นยนต์ผ่านภาษาแบบบล็อก (Blockly) จากนั้นอัปโหลดโปรแกรมของคุณลงในหุ่นยนต์เพื่อดูพฤติกรรมผ่านกล้องเว็บ คุณสามารถทำให้หุ่นยนต์ของคุณหลีกเลี่ยงกำแพง แข่งขันวิ่งตามเส้น หรือแบบฝึกหัดอื่น ๆ หากคุณต้องการเรียนรู้การใช้โค้ด คุณสามารถทำได้ด้วย เวอร์ชันเขียนโค้ด 

ใช้ IDE ออนไลน์เพื่อตั้งโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ ATmega328p ของ ATMEL โดยใช้ภาษาแอสเซมบลี ATmega328p ใช้ใน Arduino UNO ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นบอร์ดที่คุณสามารถตั้งโปรแกรมได้ มีการติดตั้งอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ เช่น LED, โพเทนชิโอมิเตอร์ และเซอร์โวมอเตอร์ และอื่นๆ

ฮาร์ดแวร์ถูกแชร์กับห้องปฏิบัติการบอร์ด Arduino ดังนั้นกิจกรรมที่เป็นไปได้ในห้องปฏิบัติการนั้นก็สามารถเกิดขึ้นได้ที่นี่เช่นกัน นอกจากนี้ยังสามารถรวมซอร์สโค้ด C เข้ากับแอสเซมบลีได้ โดยปกติแล้ว ห้องปฏิบัติการเวอร์ชันนี้เน้นการเขียนภาษาแอสเซมบลี มีความซับซ้อนในการใช้งานมากกว่าแล็บ Arduino เวอร์ชันอื่นๆ และมุ่งเน้นไปที่ไมโครโปรเซสเซอร์ สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ และรายวิชาภาษาแอสเซมบลี

ห้องปฏิบัติการนี้จะให้คุณเรียนรู้พื้นฐานอิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล

คุณจะสามารถออกแบบวงจรเชิงผสมได้โดยการออกแบบและกรอกตารางความจริง ใช้พีชคณิตแบบบูลีน สร้างแผนที่ Karnaugh–Veitch (KV หรือ VK) และลองใช้ระบบที่คุณสร้างในฮาร์ดแวร์ระยะไกลจริง (Intel FPGA)

สรุป

ห้องปฏิบัติการ Digital Trainer ได้รับการออกแบบสำหรับนักเรียนที่เริ่มต้นด้วยตรรกะดิจิทัล ตารางความจริง และพีชคณิตของบูล

ในระหว่างกิจกรรม นักเรียนจะเห็น Intel FPGA ที่ใช้ชุดตารางความจริงง่ายๆ นักเรียนสามารถโต้ตอบกับอุปกรณ์ FPGA เพื่อเปลี่ยนแปลงอินพุตไปยังระบบผ่านสวิตช์ และสังเกตเอาต์พุตผ่าน LED ความท้าทายคือการพิจารณาว่าตัวดำเนินการเชิงตรรกะใดที่ FPGA นำไปใช้ในแต่ละกรณี (เช่น AND, NAND...)

 

รายละเอียดเพิ่มเติม

กิจกรรมนี้ได้รับการออกแบบให้เรียบง่ายและตรงไปตรงมา แต่ในขณะเดียวกันก็สร้างการมีส่วนร่วมให้กับนักเรียนด้วย ได้รับการออกแบบในสไตล์เหมือนเกม และใช้ฮาร์ดแวร์จริง (FPGA) ด้วยวิธีนี้ ไม่เพียงมีประโยชน์ในการแนะนำและทำความคุ้นเคยกับตรรกะดิจิทัลเท่านั้น แต่ยังช่วยให้นักเรียนเริ่มมองเห็นการใช้ความรู้นั้นในอนาคต พร้อมทั้งทำความรู้จักอุปกรณ์ FPGA เบื้องต้น ซึ่งเป็นอุปกรณ์ประเภทเดียวกับที่ใช้ในอุตสาหกรรม

การโต้ตอบกับอุปกรณ์ FPGA ไม่ได้เพิ่มความซับซ้อน เนื่องจากนักเรียนไม่จำเป็นต้องตั้งโปรแกรมอุปกรณ์เหล่านั้น อุปกรณ์ได้รับการกำหนดค่าตรรกะแบบกล่องดำไว้แล้ว (ซึ่งเป็นจุดสำคัญของกิจกรรม)

เดิมทีห้องปฏิบัติการนี้มีพื้นฐานมาจากกิจกรรมที่ Intel Corporation จัดขึ้นเป็นประจำในการสัมมนา ทั้งแบบลงมือปฏิบัติจริงและระยะไกล โดยใช้ Intel DE1-SoC, Intel DE2-115 หรือ FPGA ประเภทอื่นๆ

สรุป

สำหรับการทดลองกับวงจรแอนะล็อก คุณจะสามารถเข้าถึงห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์ของคุณเองได้ด้วยเครื่องมือนี้ ด้วยอินเทอร์เฟซแบบโต้ตอบ คุณสามารถใช้บอร์ดต้นแบบเพื่อเชื่อมต่อส่วนประกอบและสายไฟได้ คุณยังสามารถเชื่อมต่อและกำหนดค่าเครื่องกำเนิดฟังก์ชันและแหล่งจ่ายไฟได้ เมื่อออกแบบวงจรแล้ว คุณยังสามารถทำการวัดโดยใช้มัลติมิเตอร์หรือออสซิลโลสโคปได้ ทั้งวงจรและการวัดถูกสร้างขึ้นและนำไปใช้จริง นี่ไม่ใช่การจำลอง ระบบที่ใช้รีเลย์จะเชื่อมต่อส่วนประกอบตามที่คุณกำหนดไว้ ส่งผลให้เกิดสัญญาณจริงและ การวัด มีประโยชน์สำหรับกิจกรรมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบแอนะล็อก เช่น กฎของโอห์ม กฎของเคอร์ชอฟ การแสดงคุณลักษณะของส่วนประกอบ การเรียนรู้เกี่ยวกับเครื่องมือวัด ประเภทของวงจร ฯลฯ

 

การใช้และเครื่องมือ

LabsLand Electronics Lab มีประสิทธิภาพมากและมีพื้นฐานมาจากอินเทอร์เฟซแบบโต้ตอบที่มีรูปลักษณ์เสมือนจริง เช่นเดียวกับในห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์แบบแอนะล็อกแบบดั้งเดิม นักเรียนสามารถเข้าถึงและควบคุมชุดเครื่องมือต่างๆ ดังต่อไปนี้: บอร์ดต้นแบบ เครื่องกำเนิดฟังก์ชัน แหล่งจ่ายไฟ มัลติมิเตอร์ ออสซิลโลสโคป พวกเขายังสามารถเข้าถึงถาดส่วนประกอบซึ่งสามารถรวมเข้ากับวงจรได้

องค์ประกอบหลักคือบอร์ดต้นแบบ นักเรียนมักจะเริ่มต้นด้วยการสร้างวงจรที่นี่ ในการสร้างวงจร ส่วนประกอบต่างๆ จะถูกลากจากถาด (ที่ด้านบนของหน้าจอ) ไปยังบอร์ดต้นแบบ และจะเชื่อมต่อกันโดยใช้สายไฟ ซึ่งสามารถเข้าถึงได้ผ่านแถบเครื่องมือด้านขวาบน อินเทอร์เฟซเป็นแบบโต้ตอบได้มาก ทำให้คุณสามารถเพิ่ม ย้าย และลบส่วนประกอบและสายไฟได้อย่างอิสระ

ระบบยังช่วยให้คุณสามารถโหลดและบันทึกวงจรที่ออกแบบไว้แล้วได้ คุณลักษณะนี้จะช่วยให้คุณใช้วงจรที่ซับซ้อนเป็นจุดเริ่มต้นได้หากกิจกรรมได้รับการออกแบบในลักษณะนั้น หรือบันทึกวงจรไว้หรือส่งเมื่อสิ้นสุดกิจกรรม

จากบอร์ดต้นแบบ คุณจะเห็นขั้วต่อหลายตัวที่ด้านข้าง ซึ่งเชื่อมต่อวงจรกับเครื่องมือส่วนที่เหลือได้อย่างแม่นยำ ป้ายบนขั้วต่อเหล่านี้ค่อนข้างสื่อความหมาย แต่ตัวอย่างเช่น ขั้วต่อที่ด้านบนซ้ายซึ่งจัดกลุ่มเป็น "แหล่งจ่ายไฟ DC" โดยมีข้อความว่า +5V, GND, -5V เชื่อมต่อวงจรเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ

หากต้องการสังเกตและกำหนดค่าเครื่องมือ เพียงเลือกจากเมนูด้านล่าง ตัวอย่างเช่นโดยการคลิกที่ "แหล่งจ่ายไฟ DC" เราจะเข้าถึงแหล่งจ่ายไฟ เราสามารถดำเนินการควบคุมส่วนใหญ่ได้ และจะมีผลโดยตรงต่อวงจรและการวัด (สมมติว่าเราเชื่อมต่อวงจรอย่างถูกต้อง)

เมื่อเราออกแบบและสร้างวงจรอย่างถูกต้อง และกำหนดค่าเครื่องมือแล้ว เพื่อทำการวัด เราจะกดปุ่ม "ทำการวัด" ที่มุมขวาล่าง หากวงจรได้รับการออกแบบอย่างถูกต้อง หลังจากเวลาผ่านไปสั้นๆ เราจะเห็นผลการวัดในเครื่องมือ หากเราทำผิดพลาดหรือไม่สามารถสร้างวงจรได้ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัยหรือเพราะไม่รองรับ เราจะเห็นข้อความแสดงข้อผิดพลาด

เมื่อทำการวัดวงจร เราจะเห็นรูปถ่ายแบบเรียลไทม์ของอุปกรณ์สองภาพใต้อินเทอร์เฟซในขณะที่ทำการวัด ในช่วงเวลาที่ผ่านไป วงจรจะถูกกำหนดค่าทางกายภาพโดยใช้รีเลย์ บางครั้งสามารถสังเกตสถานะได้ผ่านไฟ LED แสดงสถานะ

 

แคตตาล็อกวงจร

คุณลักษณะสำคัญของ Electronics Lab ของ LabsLand คือไม่ใช่การจำลอง วงจรถูกสร้างขึ้นอย่างแท้จริงโดยใช้รีเลย์ ส่วนประกอบทั้งหมดที่รวมอยู่ในวงจร (ตัวต้านทาน ไดโอด ตัวเก็บประจุ...) เป็นของจริง และการวัดจะดำเนินการโดยใช้เครื่องมือจริง สิ่งนี้ทำให้เป็นห้องปฏิบัติการที่สมจริงและทรงพลังอย่างยิ่ง แต่ในขณะเดียวกัน ก็เกี่ยวข้องกับข้อจำกัดบางอย่างที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

ในการเริ่มต้น ห้องปฏิบัติการจะต้องสนับสนุน (รวมทางกายภาพ) ส่วนประกอบเฉพาะที่จะใช้ คุณสามารถดูได้ว่าส่วนประกอบใดบ้างที่รวมอยู่ในถาดส่วนประกอบ นอกจากนี้ หากคุณต้องการใช้ส่วนประกอบประเภทเดียวกันมากกว่าหนึ่งรายการ ระบบจะต้องมีจำนวนที่เพียงพอ นอกจากนี้เพื่อความปลอดภัย ระบบยังได้รับการออกแบบไม่ให้มีการเชื่อมต่อโครงข่ายใดๆ ทั้งสิ้น ไม่สามารถสร้างการลัดวงจรหรือวงจรที่จะเกินกำลังที่ส่วนประกอบรองรับได้ วงจรที่ไม่ได้รับการรับรองด้านความปลอดภัยก็ไม่สามารถสร้างได้

ด้วยเหตุนี้ เพื่อให้สามารถออกแบบกิจกรรมในชั้นเรียนและใช้ห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์เชิงปฏิบัติในทางปฏิบัติได้ เราจึงจัดเตรียมและแนะนำให้ใช้ Circuit Catalog ที่เราจัดเตรียมไว้ให้ แค็ตตาล็อกวงจร LabsLand แสดงรายการวงจรชุดใหญ่ที่เรารับประกันว่าสามารถสร้างและใช้งานได้อย่างปลอดภัย และมักจะมีประโยชน์ในหลักสูตรต่างๆ ที่ใช้ห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์

ด้วยการออกแบบกิจกรรมของชั้นเรียนรอบวงจรจากแค็ตตาล็อก เราจะหลีกเลี่ยงปัญหาที่อาจเกิดขึ้นจากการไม่รองรับวงจรตามอำเภอใจ ไม่ว่าจะเนื่องมาจากปัญหาด้านความปลอดภัย ความพร้อมใช้งานของส่วนประกอบ หรือเพียงเพราะไม่สามารถตรวจสอบได้ว่าจะสร้างได้หรือไม่

คุณสามารถเข้าถึงแคตตาล็อกผ่านลิงค์นี้: https://labsland.com/pub/docs/experiments/hive/en/index.html และยังแสดงอยู่ในส่วนเนื้อหาด้วย

แค็ตตาล็อกประกอบด้วยส่วนต่างๆ ที่มีวงจรสำหรับ:

• ตัวต้านทาน
• ไดโอด
• วงจรอาร์ซี
• วงจร RLC
• เครื่องขยายสัญญาณปฏิบัติการ
• ทรานซิสเตอร์

เรากำลังขยายแคตตาล็อกอย่างต่อเนื่อง หากคุณสนใจวงจรประเภทใดที่คุณเชื่อว่าอาจมีประโยชน์ อย่าลังเลที่จะติดต่อเรา แม้ว่าเราไม่สามารถรับประกันได้ว่าจะเพิ่มข้อมูลดังกล่าว แต่เราสามารถวิเคราะห์และอาจรวมไว้ในการแก้ไขในอนาคต

 

การดำเนินงานภายใน

LabsLand Electronics Laboratory ประกอบด้วย "ไฮฟ์" หลายแห่งที่กระจายอยู่ในสถาบันต่างๆ ทั่วโลก โดยทำงานเป็น "คลัสเตอร์" เพื่อจัดเตรียมวงจรและการวัดผลให้กับผู้ใช้

เมื่อออกแบบวงจร วงจรไม่ได้ถูกสร้างขึ้นทางกายภาพ และจะไม่มีการวัดค่าจนกว่าจะกดปุ่ม ทำการวัด ในขณะนั้น มีการกำหนดโหนดแบบกระจายตัวใดตัวหนึ่ง ซึ่งจะสร้างวงจรทันที ทำการวัดที่จำเป็น และส่งกลับผลลัพธ์ โหนดเฉพาะที่ทำการวัดสามารถสังเกตได้ในส่วนต่อประสานผ่านภาพถ่ายแบบเรียลไทม์สองภาพ การวัดแต่ละครั้งสามารถกำหนดเส้นทางไปยังโหนดที่แตกต่างกันได้ ด้วยเหตุนี้บางครั้งคุณจะเห็นภาพและผู้ให้บริการของการวัดครั้งล่าสุดแตกต่างกันไปบ่อยครั้งหากทำการวัดหลายครั้ง

ภายใน แต่ละโหนดจะเป็นกล่องที่ประกอบด้วยเครื่องมือหลายอย่างและบอร์ดหลายตัวที่ออกแบบโดย LabsLand พร้อมด้วยรีเลย์และส่วนประกอบที่จะสร้างวงจร เอกสาร "เอกสารอ้างอิงโหนดไฮฟ์" อธิบายรายละเอียดการทำงานภายในของโหนด ตลอดจนวัตถุประสงค์ของบอร์ดภายในแต่ละประเภท

โหนดได้รับการออกแบบเพื่อให้สถาบันที่โฮสต์โหนดสามารถเพิ่มวงจรใหม่ได้หากต้องการและปรับแต่งได้ นี่คือรายละเอียดในคู่มือด้วย

 

อุปกรณ์

อุปกรณ์สำหรับห้องปฏิบัติการนี้ (เช่น โหนดที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้) ได้รับการออกแบบโดย LabsLand และมีวางจำหน่ายเพื่อนำไปใช้ในสถาบันต่างๆ สถาบันต่างๆ โดยการซื้อและปรับใช้อุปกรณ์ในโรงงานของตนเอง จะได้รับสิทธิประโยชน์ต่างๆ ในหมู่พวกเขาความสามารถในการดำเนินการวิจัยโดยใช้พวกเขาและความสามารถในการสร้างและปรับแต่งวงจร

สำหรับข้อมูลเกี่ยวกับวิธีการซื้อฮาร์ดแวร์ คุณสามารถเยี่ยมชมหน้าของเรา: https://labsland.com/en/hardware

 

การประยุกต์ใช้ในการศึกษาระดับมัธยมศึกษาและมหาวิทยาลัย

LabsLand Electronics Laboratory เป็นทรัพยากรทางการศึกษาที่มีคุณค่าอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาระดับมัธยมศึกษาและมหาวิทยาลัย

ห้องปฏิบัติการนี้เป็นแพลตฟอร์มที่ปลอดภัยและโต้ตอบได้สำหรับการสำรวจพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบแอนะล็อก นักเรียนสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับแนวคิดพื้นฐาน เช่น กฎของโอห์ม และกฎของเคอร์ชอฟ ผ่านการทดลองกับวงจรจริง ซึ่งเป็นสิ่งที่โดยปกติแล้วจะถูกจำกัดหรือแม้กระทั่งอยู่นอกขอบเขต พวกเขายังสามารถได้รับประสบการณ์ตรงเกี่ยวกับเครื่องมือในห้องปฏิบัติการ เช่น ออสซิลโลสโคปและมัลติมิเตอร์ ซึ่งจำเป็นในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

ห้องปฏิบัติการสามารถใช้เพื่อเสริมและขยายแนวคิดที่แนะนำในชั้นเรียนอิเล็กทรอนิกส์ และทดลองกับส่วนประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ออปแอมป์และทรานซิสเตอร์ และออกแบบวงจรของตนเองสำหรับการวิเคราะห์และการจำลอง

เรียนรู้การออกแบบฮาร์ดแวร์ด้วย FPGA จริง!

ในห้องปฏิบัติการนี้ คุณสามารถเรียนรู้วิธีการเขียนโปรแกรมโดยใช้ภาษาการออกแบบฮาร์ดแวร์สองภาษา ได้แก่ VHDL หรือ Verilog และทดสอบโค้ดของคุณในบอร์ดที่มีอยู่หลายบอร์ดของเรา FPGA ทุกตัวมีชุดส่วนประกอบอยู่แล้ว เช่น LED 10 ดวง จอแสดงผลแบบ 7 ส่วน 6 หลัก หรือสัญญาณนาฬิกาหลายชุด นอกจากนี้ คุณจะสามารถเข้าถึงสวิตช์เสมือน 10 ตัวและปุ่มเสมือน 4 ปุ่มที่คุณสามารถใช้ในการออกแบบของคุณและคุณจะเห็นเมื่อโต้ตอบกับฮาร์ดแวร์จริง

เมื่อใดก็ตามที่คุณสังเคราะห์โค้ด คุณจะถูกกำหนดให้กับบอร์ดเฉพาะ (เช่น Terasic DE2-115 หรือ Terasic DE1-SoC หรืออื่นๆ) และคุณจะสามารถส่งโค้ดของคุณไปยังบอร์ดที่มีอยู่ และเพื่อเปิดและปิดสวิตช์หรือกดปุ่ม และดูว่าการออกแบบของคุณทำงานอย่างไร บอร์ดนี้อยู่ในมหาวิทยาลัยต่างๆ ดังที่คุณเห็นเมื่อใช้บอร์ดแต่ละบอร์ด

ในห้องปฏิบัติการนี้ คุณไม่จำเป็นต้องติดตั้งซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์ใดๆ ในคอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต หรือโทรศัพท์ของคุณ

เรียนรู้การออกแบบฮาร์ดแวร์ด้วย FPGA โดยใช้ Terasic DE1-SoC!

ในห้องปฏิบัติการนี้ คุณสามารถเรียนรู้วิธีการเขียนโปรแกรมโดยใช้ภาษาการออกแบบฮาร์ดแวร์สองภาษา: VHDL หรือ Verilog และทดสอบโค้ดของคุณใน Terasic DE1-SoC FPGA จริง FPGA มีชุดส่วนประกอบอยู่แล้ว เช่น LED สีแดง 10 ดวง จอแสดงผลแบบ 7 ส่วน 6 หลัก หรือสัญญาณนาฬิกาหลายชุด นอกจากนี้ คุณจะสามารถเข้าถึงสวิตช์เสมือน 10 ตัวและปุ่มเสมือน 4 ปุ่มที่คุณสามารถใช้ในการออกแบบของคุณและคุณจะเห็นเมื่อโต้ตอบกับฮาร์ดแวร์จริง ด้วยวิธีนี้ คุณจะสามารถเปิดและปิดสวิตช์หรือกดปุ่มและดูลักษณะการทำงานของการออกแบบของคุณได้ บอร์ดตั้งอยู่ในมหาวิทยาลัยต่าง ๆ ดังที่คุณจะเห็นเมื่อใช้งานแต่ละบอร์ด

ในห้องปฏิบัติการนี้ คุณไม่จำเป็นต้องติดตั้งซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์ใดๆ ในคอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต หรือโทรศัพท์ของคุณ

เรียนรู้การออกแบบฮาร์ดแวร์ด้วย FPGA โดยใช้ Terasic DE1-SoC!

ในห้องปฏิบัติการนี้ คุณสามารถเรียนรู้วิธีการเขียนโปรแกรมโดยใช้ภาษาการออกแบบฮาร์ดแวร์สองภาษา: VHDL หรือ Verilog และทดสอบโค้ดของคุณใน Terasic DE1-SoC FPGA จริง FPGA มีชุดส่วนประกอบอยู่แล้ว เช่น LED สีแดง 10 ดวง จอแสดงผลแบบ 7 ส่วน 6 หลัก หรือสัญญาณนาฬิกาหลายชุด นอกจากนี้ คุณจะสามารถเข้าถึงสวิตช์เสมือน 10 ตัวและปุ่มเสมือน 4 ปุ่มที่คุณสามารถใช้ในการออกแบบของคุณและคุณจะเห็นเมื่อโต้ตอบกับฮาร์ดแวร์จริง ด้วยวิธีนี้ คุณจะสามารถเปิดและปิดสวิตช์หรือกดปุ่มและดูลักษณะการทำงานของการออกแบบของคุณได้ บอร์ดตั้งอยู่ในมหาวิทยาลัยต่าง ๆ ดังที่คุณจะเห็นเมื่อใช้งานแต่ละบอร์ด

ในห้องปฏิบัติการนี้ คุณไม่จำเป็นต้องติดตั้งซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์ใดๆ ในคอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต หรือโทรศัพท์ของคุณ

เรียนรู้การออกแบบฮาร์ดแวร์ด้วย FPGA โดยใช้ Terasic DE2-115!

ในห้องปฏิบัติการนี้ คุณสามารถเรียนรู้วิธีการเขียนโปรแกรมโดยใช้ภาษาการออกแบบฮาร์ดแวร์สองภาษา: VHDL หรือ Verilog และทดสอบโค้ดของคุณใน Terasic DE2-115 FPGA จริง FPGA มีชุดส่วนประกอบต่างๆ ติดตั้งไว้แล้ว เช่น LED สีแดง 18 ดวง, LED สีเขียว 9 ดวง, จอแสดงผลแบบ 7 ส่วน 8 หลัก และสัญญาณนาฬิกาหลายชุด นอกจากนี้ คุณจะสามารถเข้าถึงสวิตช์เสมือน 18 ตัวและปุ่มเสมือน 4 ปุ่มที่คุณสามารถใช้ในการออกแบบของคุณและคุณจะเห็นเมื่อโต้ตอบกับฮาร์ดแวร์จริง ด้วยวิธีนี้ คุณจะสามารถเปิดและปิดสวิตช์หรือกดปุ่มและดูลักษณะการทำงานของการออกแบบของคุณได้ บอร์ดตั้งอยู่ในมหาวิทยาลัยต่าง ๆ ดังที่คุณจะเห็นเมื่อใช้งานแต่ละบอร์ด

ในห้องปฏิบัติการนี้ คุณไม่จำเป็นต้องติดตั้งซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์ใดๆ ในคอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต หรือโทรศัพท์ของคุณ

สรุป

ห้องปฏิบัติการ STM32 ช่วยให้ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรมและควบคุมบอร์ด ST WB55RG Nucleo ได้จากระยะไกล ในห้องปฏิบัติการเวอร์ชันนี้ ได้รับการตั้งโปรแกรมโดยใช้ IDE ออนไลน์ C/C++ บนเว็บเต็มรูปแบบ ประกอบด้วยอุปกรณ์ต่อพ่วงอินพุตและเอาต์พุตต่างๆ เช่น สวิตช์ ปุ่ม โพเทนชิโอมิเตอร์ และเซ็นเซอร์ รวมถึงหน้าจอ LCD และเซอร์โวมอเตอร์ ห้องปฏิบัติการสามารถใช้เพื่อศึกษาโหมดการใช้พลังงานต่ำได้ เหมาะสำหรับใช้ในหลักสูตรเกี่ยวกับระบบสมองกลฝังตัว การเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ อินเทอร์เน็ตในทุกสิ่ง (IoT) ฯลฯ

 

ฮาร์ดแวร์และอุปกรณ์ต่อพ่วงในห้องปฏิบัติการ

ห้องปฏิบัติการระยะไกล STM32 โดย LabsLand ช่วยให้ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรมและควบคุมบอร์ด ST Nucleo WB55RG และอุปกรณ์ต่อพ่วงอินพุตและเอาต์พุตต่างๆ เช่น LED, LED RGB, สวิตช์, จอแสดงผล OLED และเซอร์โวมอเตอร์ ห้องปฏิบัติการยังรองรับโหมดพลังงานต่ำหลากหลายประเภท รวมถึงโหมดสลีป การทำงานพลังงานต่ำ โหมดสลีปพลังงานต่ำ หยุด 0 หยุด 1 หยุด 2 สแตนด์บาย และปิดเครื่อง โหมดเหล่านี้สามารถใช้เพื่อศึกษาผลกระทบของการใช้พลังงานที่มีต่อประสิทธิภาพและการทำงานของบอร์ด STM32

 

IDE ออนไลน์

ห้องปฏิบัติการนี้ใช้งานผ่าน Integrated Development Environment (IDE) ออนไลน์สำหรับการเขียนโปรแกรมบอร์ด STM32 โดยใช้ C/C++ IDE นี้พัฒนาโดย LabsLand เป็นแบบเว็บเต็มรูปแบบและใช้งานง่าย ทำให้เหมาะสมและมีประสิทธิภาพสำหรับวัตถุประสงค์ทางการศึกษา ด้วย IDE ออนไลน์ นักเรียนสามารถเขียน คอมไพล์ และอัปโหลดโค้ดไปยังบอร์ด STM32 จากคอมพิวเตอร์เครื่องใดก็ได้ที่มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต IDE ออนไลน์ยังมีคุณสมบัติและเครื่องมือมากมาย

 

รหัสเริ่มต้น

ในขั้นตอนการทำงานแบบดั้งเดิม นักเรียนที่ใช้ห้องปฏิบัติการระยะไกล STM32 โดย LabsLand อาจเริ่มต้นด้วยการใช้ STM32CubeMX เพื่อสร้างโปรเจ็กต์พื้นฐานที่เข้ากันได้กับฮาร์ดแวร์และโปรเจ็กต์ของพวกเขา เพื่ออำนวยความสะดวกในกระบวนการนี้ LabsLand ได้สร้างโปรเจ็กต์ดังกล่าวไว้ล่วงหน้าและเปิดให้ผู้ใช้ใช้เป็นจุดเริ่มต้น โปรเจ็กต์นี้ได้รับการออกแบบมาให้เข้ากันได้กับฮาร์ดแวร์โดยตรง และทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นทั่วไปที่ดีสำหรับวัตถุประสงค์ทางการศึกษา

ห้องปฏิบัติการระยะไกล STM32 อาศัยโปรเจ็กต์เทมเพลตนี้ภายใน ซึ่งผู้ใช้สามารถดาวน์โหลดได้เพื่อตรวจสอบวิธีการกำหนดค่า ผู้ใช้ที่ต้องการแก้ไขเทมเพลตหรือสร้างโปรเจ็กต์ของตนเองโดยใช้ STM32CubeMX สามารถทำได้ ในกรณีนี้ พวกเขาอาจต้องการใช้เวอร์ชันทางเลือกของห้องปฏิบัติการที่ไม่มี IDE ออนไลน์ เวอร์ชันทางเลือกดังกล่าวอนุญาตให้ผู้ใช้ตั้งโปรแกรมบอร์ด STM32 โดยใช้ผู้จำหน่ายมาตรฐานหรือกลุ่มเครื่องมือในอุตสาหกรรม และอัปโหลดไฟล์ที่คอมไพล์แบบไบนารีไปยังห้องปฏิบัติการ

 

หลักสูตรและการประยุกต์ใช้

ห้องปฏิบัติการระยะไกล STM32 โดย LabsLand เป็นแพลตฟอร์มอเนกประสงค์ที่สามารถนำไปใช้กับหลักสูตรที่หลากหลาย รวมถึง:

• ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับไมโครคอนโทรลเลอร์
• อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT)
• การประมวลผลที่ใช้พลังงานต่ำ
• การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์
• ระบบสมองกลฝังตัว
• สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์

หลักสูตรเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับการเขียนโปรแกรมบอร์ด STM32 การเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ และศึกษาหลักการของระบบที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์และ IoT ห้องปฏิบัติการระยะไกล STM32 มีเครื่องมือฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่จำเป็นสำหรับการเรียนรู้และการทดลองจริงในพื้นที่เหล่านี้

 

เวอร์ชันอื่นๆ ของห้องปฏิบัติการนี้

ในเวอร์ชันนี้ผู้ใช้ห้องปฏิบัติการจะตั้งโปรแกรมบอร์ดโดยใช้ C/C++ IDE ออนไลน์ของ LabsLandซึ่งเป็น IDE ที่ใช้งานง่ายพร้อมส่วนการเรียนรู้แบบตื้นที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานด้านการศึกษา

มีห้องปฏิบัติการเวอร์ชันอื่นให้เลือกใช้งาน ("STM32 Nucleo - ไม่มี IDE") ที่ออกแบบมาเพื่อใช้กับ toolchain ใดๆ รวมถึง toolchain มาตรฐานอุตสาหกรรม, IDE ออฟไลน์ หรือ IDE ออนไลน์ที่ครบครัน เช่น Mbed's ในเวอร์ชันทางเลือกนี้ ผู้ใช้จะอัปโหลดไฟล์ไบนารี่ที่คอมไพล์โดยตรงเพื่อตั้งโปรแกรมบอร์ด

 

โครงการรีโมคเลค

การพัฒนาห้องปฏิบัติการนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ REMOCLEC กลุ่มความร่วมมือ REMOCLEC ซึ่งนำโดย LabsLand ก็ก่อตั้งขึ้นโดย มหาวิทยาลัยเดอุสโต และ Plegma Labs REMOCLEC ได้รับทุนจากโครงการ Smart4All European ซึ่งได้รับการสนับสนุนทุนจากโครงการวิจัยและนวัตกรรม Horizon 2020 ของสหภาพยุโรป

สรุป

ห้องปฏิบัติการ STM32 ช่วยให้ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรมและควบคุมบอร์ด ST WB55RG Nucleo ได้จากระยะไกล ในห้องปฏิบัติการเวอร์ชันนี้ ผู้ใช้สามารถอัปโหลดไฟล์ไบนารี่ที่คอมไพล์แล้วเพื่อตั้งโปรแกรมลงในบอร์ด เพื่อให้สามารถใช้ Toolchain ประเภทใดก็ได้ รวมถึงเครื่องมือออฟไลน์มาตรฐานอุตสาหกรรม ห้องปฏิบัติการประกอบด้วยอุปกรณ์ต่อพ่วงอินพุตและเอาต์พุตต่างๆ เช่น สวิตช์ ปุ่ม โพเทนชิโอมิเตอร์ และเซ็นเซอร์ รวมถึงหน้าจอ LCD และเซอร์โวมอเตอร์ สามารถใช้เพื่อศึกษาโหมดการใช้พลังงานต่ำได้ เหมาะสำหรับใช้ในหลักสูตรเกี่ยวกับระบบสมองกลฝังตัว การเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ Internet of Things (IoT) ฯลฯ

 

ฮาร์ดแวร์และอุปกรณ์ต่อพ่วงในห้องปฏิบัติการ

ห้องปฏิบัติการระยะไกล STM32 โดย LabsLand ช่วยให้ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรมและควบคุมบอร์ด ST Nucleo WB55RG และอุปกรณ์ต่อพ่วงอินพุตและเอาต์พุตต่างๆ เช่น LED, LED RGB, สวิตช์, จอแสดงผล OLED และเซอร์โวมอเตอร์ ห้องปฏิบัติการยังรองรับโหมดพลังงานต่ำหลากหลายประเภท รวมถึงโหมดสลีป การทำงานพลังงานต่ำ โหมดสลีปพลังงานต่ำ หยุด 0 หยุด 1 หยุด 2 สแตนด์บาย และปิดเครื่อง โหมดเหล่านี้สามารถใช้เพื่อศึกษาผลกระทบของการใช้พลังงานที่มีต่อประสิทธิภาพและการทำงานของบอร์ด STM32

 

กำลังอัปโหลดไฟล์ไบนารี

ห้องปฏิบัติการ STM32 เวอร์ชันนี้อนุญาตให้ผู้ใช้อัปโหลดไฟล์ไบนารีที่คอมไพล์แล้วเพื่อตั้งโปรแกรมลงในบอร์ด รองรับรูปแบบเฉพาะต่างๆ รวมถึง .bin, .axf, .hex หรือ .elf ห่วงโซ่เครื่องมือและ IDE ของ STM32 ทั้งหมดจะสร้างรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งเหล่านี้ ดังนั้นห้องปฏิบัติการจึงเข้ากันได้กับขั้นตอนการทำงานทุกประเภท

นักเรียนสามารถใช้ประโยชน์จากเครื่องมือแบบดั้งเดิมใดก็ได้ (เช่น STM32CubeMX) หรือ IDE บนเดสก์ท็อปและห่วงโซ่เครื่องมือ (Keil, STM32CubeIDE, Eclipse ด้วยห่วงโซ่เครื่องมือ GCC-ARM เป็นต้น)

 

การจัดเรียงฮาร์ดแวร์และเทมเพลตเริ่มต้น

นักเรียนสามารถใช้ STM32CubeMXProgrammer ได้อย่างอิสระ เพื่ออำนวยความสะดวกในกระบวนการนี้ LabsLand ได้สร้างโปรเจ็กต์ดังกล่าวไว้ล่วงหน้าและเปิดให้ผู้ใช้ใช้เป็นจุดเริ่มต้น โปรเจ็กต์นี้ได้รับการออกแบบมาให้เข้ากันได้กับฮาร์ดแวร์โดยตรง และทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นทั่วไปที่ดี สามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างอิสระ

นอกจากนี้ยังมีคำแนะนำและข้อกำหนดหลายประการที่อธิบายวิธีการเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์ระยะไกล ดังนั้นนักเรียนจึงสามารถใช้ข้อมูลนั้นเพื่อสร้างการกำหนดค่า STM32CubeMX ของตนเองตั้งแต่เริ่มต้นได้

 

หลักสูตรและการประยุกต์ใช้

ห้องปฏิบัติการระยะไกล STM32 โดย LabsLand เป็นแพลตฟอร์มอเนกประสงค์ที่สามารถนำไปใช้กับหลักสูตรที่หลากหลาย รวมถึง:

• ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับไมโครคอนโทรลเลอร์
• อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT)
• การประมวลผลที่ใช้พลังงานต่ำ
• การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์
• ระบบสมองกลฝังตัว
• สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์

หลักสูตรเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับการเขียนโปรแกรมบอร์ด STM32 การเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ และศึกษาหลักการของระบบที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์และ IoT ห้องปฏิบัติการระยะไกล STM32 มีเครื่องมือฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่จำเป็นสำหรับการเรียนรู้และการทดลองจริงในพื้นที่เหล่านี้

 

เวอร์ชันอื่นๆ ของห้องปฏิบัติการนี้

ในห้องปฏิบัติการเวอร์ชันนี้ ("STM32 Nucleo - ไม่มี IDE") นักเรียนอัปโหลดไฟล์ไบนารีที่คอมไพล์แล้ว ดังนั้นจึงได้รับการออกแบบให้ใช้กับ toolchain ใดๆ รวมถึง toolchain ที่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม, IDE ออฟไลน์ หรือ IDE ออนไลน์ที่ครบครัน เช่น Mbed's 

มีห้องปฏิบัติการเวอร์ชันอื่นที่ผู้ใช้ตั้งโปรแกรมบอร์ดไว้ C/C++ IDE ออนไลน์ของ LabsLandซึ่งเป็น IDE ที่ใช้งานง่ายพร้อมส่วนการเรียนรู้แบบตื้นที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานด้านการศึกษา แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าเวอร์ชันนี้ แต่ IDE ออนไลน์ช่วยให้นักเรียนเริ่มต้นใช้งานได้ในไม่กี่วินาที และ โดยไม่จำเป็นต้องติดตั้งซอฟต์แวร์ใดๆ บนอุปกรณ์ของตน จึงเหมาะกับการทำกิจกรรมเบื้องต้น

 

โครงการรีโมคเลค

การพัฒนาห้องปฏิบัติการนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ REMOCLEC กลุ่มความร่วมมือ REMOCLEC ซึ่งนำโดย LabsLand ก็ก่อตั้งขึ้นโดย มหาวิทยาลัยเดอุสโต และ Plegma Labs REMOCLEC ได้รับทุนจากโครงการ Smart4All European ซึ่งได้รับการสนับสนุนทุนจากโครงการวิจัยและนวัตกรรม Horizon 2020 ของสหภาพยุโรป

สรุป

ห้องปฏิบัติการนี้ช่วยให้นักเรียนสามารถเข้าถึงบอร์ด Terasic DE1-SoC จริงที่ใช้คอมพิวเตอร์ FPGAcademy DE1-SoC พร้อมระบบ Nios V จากระยะไกล LabsLand กำหนดบิตสตรีม FPGA ไว้ตายตัว ดังนั้นนักเรียนจึงมุ่งเน้นไปที่การสร้างหรือการอัปโหลดโปรแกรม ELF สำหรับโปรเซสเซอร์ซอฟต์คอร์ Nios V RISC-V และสังเกตผลลัพธ์บนบอร์ดจริง

วิธีการใช้งานห้องปฏิบัติการ

• Nios V สำหรับ DE1-SoC: อัปโหลดโปรแกรม ELF ที่มีอยู่และรันบนระบบ Nios V ที่ติดตั้งไว้ตายตัว
• Nios V C IDE สำหรับ DE1-SoC: เขียนโค้ด C ใน CodeIDE สร้าง Nios V ELF และอัปโหลดไปยังบอร์ด
• Nios V แอสเซมบลี IDE สำหรับ DE1-SoC: เขียนแอสเซมบลี RISC-V ใน CodeIDE สร้าง Nios V ELF และอัปโหลดไปยังบอร์ด

เหมาะสำหรับหลักสูตรและกิจกรรมต่างๆ

ห้องปฏิบัติการนี้มีประโยชน์สำหรับกิจกรรมเบื้องต้นและระดับกลางในระบบฝังตัว ภาษาแอสเซมบลี RISC-V, C แบบฝัง, I/O ที่แมปหน่วยความจำ, การเขียนโปรแกรม GPIO, เอาต์พุต JTAG UART และเวิร์กโฟลว์ตัวประมวลผลซอฟต์คอร์บนฮาร์ดแวร์ FPGA แบบฝึกหัดทั่วไปประกอบด้วยการพิมพ์ข้อความผ่าน JTAG UART การอ่านค่าจากสวิตช์ การขับ LED การเปรียบเทียบการใช้งาน C และแอสเซมบลี และการอัปโหลดไบนารี ELF ที่ผู้สอนจัดเตรียมไว้ให้

ฮาร์ดแวร์และระบบคงที่

เป้าหมายทางกายภาพคือบอร์ด Terasic DE1-SoC พร้อมด้วย Intel/Altera Cyclone V SoC FPGA LabsLand ตั้งโปรแกรมบอร์ดด้วยคอมพิวเตอร์ FPGAcademy DE1-SoC พร้อมบิตสตรีม Nios V ก่อนที่นักเรียน ELF จะถูกโหลด ใน MVP นี้ นักเรียนจะไม่เปลี่ยน โครงสร้างลอจิกของ FPGA หรืออัปโหลด SOF ที่กำหนดเองจากรายการเหล่านี้ พวกเขารันเฟิร์มแวร์บนระบบ Nios V ที่ให้มา

การทำแผนที่สวิตช์และ LED

ส่วนควบคุมบนหน้าจอจะมีป้ายกำกับ NSW0 ผ่าน NSW9 สิ่งเหล่านี้คือสวิตช์ Nios V แบบลอจิคัลที่แมปกับเส้นทางอินพุต GPIO/JP1 ที่ใช้โดยระบบ FPGAcademy แบบคงที่ โปรแกรมเริ่มต้นและโปรแกรมสาธิตจะแมป NSW0..NSW9 ไปยัง LEDR0..LEDR9 เพื่อให้นักเรียนสามารถตรวจสอบโปรแกรมของตนด้วยกล้องบอร์ดจริงได้ การตั้งชื่อ NSW นั้นมีเจตนาเนื่องจากระบบ Nios V นี้ใช้การแมปการควบคุมระยะไกลที่แตกต่างจากป้ายกำกับสวิตช์โหมด HDL ทั่วไป

อ้างอิง

สำหรับระบบโปรเซสเซอร์ แผนที่หน่วยความจำ และรายละเอียด I/O โปรดดูที่ เอกสารอ้างอิง FPGAcademy DE1-SoC Computer with Nios V แผงเอกสารห้องปฏิบัติการยังเชื่อมโยงข้อมูลอ้างอิงนี้จากภายในแต่ละเซสชัน