10th National Conference on Technical Education

NCTechEd10EEN14 : NC47 318 DOI:10.14416/c.fte.2017.11.050

บทคดยอ

การวจยนมวตถประสงคเพอพฒนาและหาคณภาพชดสาธตการลดทอนสวตชงฟงกชนดวยแผนผงคารโนหส าหรบประยกตใชในการเรยนการสอนรายวชาวงจรดจตอลและการออกแบบลอจกและรายวชาปฏบตการวงจรดจตอล ชดสาธตประกอบดวยแผงรบขอมลในรปแบบแผนผงคารโนหชนด 4 ตวแปร แผงแสดงสวตชงฟงกชนและแสดงผลการลดทอน โดยวธด าเนนการวจยประกอบดวย 1) การวเคราะหหลกสตรรายวชา 2) การออกแบบและสรางชดสาธต 3) การทดสอบการท างานชดสาธต และ4) การประเมนคณภาพโดยผ เชยวชาญ 3 ทาน ผลการวจยพบวา การแสดงผลการลดทอนสวตชงฟงกชนทชดสาธตถกตองตรงตามทฤษฎ และผลการประเมนคณภาพชดสาธตอยในระดบด ( .X 4 08 ) ดงนนจงกลาวไดวาชดสาธตทพฒนาขนสามารถน าไปประยกตใชในการเรยนการสอนในรายวชาวงจรดจตอลและการออกแบบลอจกและรายวชาปฏบตการวงจรดจตอลไดเปนอยางด

ค ำส ำคญ: ชดสาธต สวตชงฟงกชน แผนผงคารโนห

Abstract

This research aimed to develop and find the quality of simplification of switching functions using Karnaugh map

demonstration sets for application to digital circuit and logic design and digital circuit laboratory course. The

demonstration set including four variable Karnaugh map input board, switching functions display and simplification

result display board. The procedures of this research were following 1) curriculum analysis 2) design and create of

demonstration set 3) testing and 4) evaluation of demonstration set by 3 experts. The research results found that the

simplification result of switching functions was correctly and agreed with the theorem and the opinion of 3 experts

was at good level ( .X 4 08 ). In concluding, the demonstration set can be used effectively in the instructional of digital

circuit and logic design and digital circuit laboratory course.

Keyword: Demonstration set, Switching functions, Karnaugh map.

ชดสำธตกำรลดทอนสวตชงฟงกชนดวยแผนผงคำรโนห Simplification of Switching Functions Using Karnaugh Map

Demonstration Sets

จรโรจน สามารถโชตพนธ, สมศกด ธนพทธวโรจน, วชรพงศ วงศสา, วชต เอกพมพ, ศรราม พลาดา

สาขาวชาครศาสตรอตสาหกรรมอเลกทรอนกสและโทรคมนาคม ครศาสตรอตสาหกรรม มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน วทยาเขตขอนแกน

e-mail : j.samartchotipan@gmail.com, somsak.ta@rmuti.ac.th

10th National Conference on Technical Education

NCTechEd10EEN14 : NC47 319 DOI:10.14416/c.fte.2017.11.050

1. บทน ำ ในปจจบนระบบอเลกทรอนกสไดเขามามบทบาทในการ

ใชชวตประจ าวน และการผลตสนคาของโรงงานอตสาหกรรมมากขนดงเหนไดจากเครองอ านวยความสะดวก เครองมอสอสาร เครองมอทางการแพทย และระบบควบคมทใชในโรงงานอตสาหกรรม โดยการประมวลผลขอมลของระบบอเลกทรอนกสประกอบดวยการประมวลผลแบบแอนาลอกและแบบดจตอล ซงการประมวลผลแบบดจตอลก าลงไดรบความนยมเพมมากขน สงผลใหผทมความรความสามารถในการออกแบบวงจรทมการประมวลผลขอมลแบบดจตอล เชนวงจรดจตอล วงจรสมองกลฝงตวโดยมไมโครโปรเซสเซอรท าหนาทควบคม เปนตน เปนทตองการของผประกอบการ ดงนนสาขาวชาวศวกรรมอเลกทรอนกสและโทรคมนาคม สาขาวชาครศาสตรอตสาหกรรมอเลกทรอนกสและโทรคมนาคม มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน วทยาเขตขอนแกน จงไดก าหนดใหรายวชาวงจรดจตอลและการออกแบบลอจกจดอยในกลมวชาบงคบทางวศวกรรมของหลกสตรทนกศกษาตองผานการเรยน [1-2] จากผลการวเคราะหหลกสตรรายวชาวงจรดจตอลและการออกแบบลอจก ดงแสดงในภาพท 1 พบวา หนวยการเรยนเรองแผนผงคารโนหซงเปนวธการลดทอนสวตชงฟงกชนใหมความซบซอนนอยลงวธหนงนบไดวาเปนหนวยการเรยนทมส าคญทผเรยนตองน าความรทไดจากหนวยการเรยนนไปเพอใชในการเรยนหนวยอนๆในล าดบถดไป เชน การออกแบบวงจรคอมไบเนชน และวงจรซเควลเชยน เปนตน

ภำพท 1 : หนวยการเรยนในรายวชาวงจรดจตอลและออกแบบลอจก

จากการสมภาษณอาจารยและผเรยนพบวา การเรยนการสอนใชวธการบรรยายประกอบกบการยกตวอยางและใหผเรยนท าแบบฝกหดใชกระดานและสอเพาเวอรพอยตเปนหลกผเรยนสวนใหญขาดความมนใจในการท าแบบฝกหด ขาดความสนใจในการเรยน สงทผเรยนตองการใหปรบปรงไดแกสอทสงเสรมการเรยนรและรปแบบการสอนทเนนผเรยนเปนส าคญซงสอดคลองกบผลการวจยเรองการศกษาสภาพการเรยนการสอนดานวศวกรรมโทรคมนาคมหลกสตรระดบปรญญาตรของมหาวทยาลยในประเทศไทย [3] ในทศวรรษทผานมาการพฒนาการเรยนการสอนดานวศวกรรมมแนวโนมเพมขนอยางตอเนองโดยการวจยสวนใหญใหความส าคญกบการพฒนาสอและรปแบบการเรยนการสอน [4] ชดสาธตเปนสอการเรยนการสอนทผสอนสามารถแสดงวธการในเวลาจ ากด กระต นความสนใจของผเรยนและผเรยนสามารถเรยนรเพมเตมดวยตนเองไดจากสอน ดงน นชดสาธตจงสามารถท าใหผเรยนมผลสมฤทธทางการเรยนทดขน [5-6]

จากความส าคญเรองความตองการบคลากรทมความรความสามารถอยางแทจรงในดานวศวกรรมอเลกทรอนกสเพอปอนภาคอตสาหกรรมและสภาพปญหาทเกดขนกบการเรยนการสอนดานวศวกรรม ผวจยจงมแนวคดในการพฒนาชดสาธตการลดทอนสวตชงฟงกชนดวยแผนผงคารโนหส าหรบประยกตใชในการเรยนการสอนรายวชาวงจรดจตอลและการออกแบบลอจกและรายวชาปฏบตการวงจรดจตอลเพอสงเสรมใหผเรยนเขาใจในเนอหา สงเสรมผลสมฤทธทางการเรยนใหสงขนและผเรยนสามารถน าความรทไดไปประยกตใชในการท างานไดจรง

1.1 วตถประสงค 1.1.1 เพอออกแบบและสรางชดสาธตการลดทอน

สวตชงฟงกชนดวยแผนผงคารโนห 1.1.2 เพอหาคณภาพของชดสาธตการลดทอนสวตชง

ฟงกชนดวยแผนผงคารโนห

1.2 สมมตฐำนกำรวจย 1.2.1 ผลการลดทอนสวตชงฟงกชนของชดสาธตการ

ลดทอนสวตชงฟงกชนดวยแผนผงคารโนหถกตองตามทฤษฎ

10th National Conference on Technical Education

NCTechEd10EEN14 : NC47 320 DOI:10.14416/c.fte.2017.11.050

1.2.2 ชดสาธตการลดทอนสวตชงฟงกชนดวยแผนผงคารโนหมคณภาพในระดบด

2. กำรด ำเนนงำนวจย

การด าเนนงานวจยเพอใหบรรลตามวตถประสงคทก าหนดไวจ าเปนตองมการวางแผนและด าเนนงานอยางเปนขนตอนโดยสามารถอธบายไดดงน

2.1 กำรวเครำะหหลกสตร การวเคราะหหลกสตรของรายวชาวงจรดจตอลและ

การออกแบบลอจกโดยการพจารณาจากค าอธบายรายวชาในหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑตและหลกสตรครศาสตรอตสาหกรรมบณฑต สาขาวชาวศวกรรมอเลกทรอนกสและโทรคมนาคม [1-2] ผลการวเคราะหสามารถแบงหนวยเรยนไดทงหมด 7 หนวยเรยนดงแสดงในภาพท 1 โดยหนวยเรยนท 3 เรองแผนผงคารโนห มเนอหาเกยวกบการลดทอนสวตชงฟงกชนทซบซอนลงดวยแผนผงคารโนหซงเปนเนอหาทมความส าคญตอการเรยนในหนวยท 4, 6, และ 7 ในล าดบถดไป จากปญหาสภาพการเรยนและสอทใชในการเรยนปจจบนท าใหผเรยนขาดความสนใจ ไมเขาใจในเนอหา ดงน นผ วจยจงมแนวคดเพอพฒนาสอประกอบการเรยนการสอนในเรองน

2.2 กำรวเครำะหสอประกอบกำรเรยนกำรสอน ผลจากการวเคราะหสอดวยหลกการดานการศกษา

พบวาสอประกอบการเรยนการสอนประเภทชดสาธตมความเหมาะสมกบเรองการลดทอนสวตชงฟงกชนดวยแผนผงคารโนหเนองจากผสอนสามารถอธบายประกอบกบแสดงวธการและแสดงผลใหผเรยนเหนไดจรงนอกจากนผเรยนสามารถใชชดสาธตเพอประกอบการเรยนรดวยตนเองเพมเตมได

2.3 กำรออกแบบและสรำงชดสำธต การลดทอนสวตชงฟงกชนดวยแผนผงคารโนหเปน

วธการทงายและใหผลลพธทผดพลาดนอยกวาการใชทฤษฎของบลนในกรณทมตวแปรหลายตวซงตองอาศยทกษะการใชทฤษฎและความรอบคอบในการลดทอนถงอยางไรตามกถาจ านวนของตวแปรมากกวา 4 ตววธการลดทอนดวยแผนผงคารโนหกจะมความล าบากเชนกนอาจตองเปลยนไปใชวธการอนทเหมาะสมตอไปในการออกแบบชดสาธตครงนไดเลอกแผนผง

คารโนห 4 ตวแปร ดงแสดงในภาพท 2 โดยภายแผนผงแตละชองแสดงหมายเลขประจ าชอง แสดงลอจกของตวแปร แสดงเทอมผลคณของตวแปรหรอมนเทอม(Minterm)ซงเปนเทอมยอยของของสวตชงฟงกชนมาตรฐานผลรวมของผลคณ(Sum of Product: SOP) และแสดงเทอมผลรวมของตวแปรหรอแมกเทอม(Maxterm)ของสวตชงฟงกชนมาตรฐานแบบผลคณของผลรวม(Product of Sum: POS)

ภำพท 2 : แผนผงคารโนห 4 ตวแปร

จากภาพท 3 แสดงตวอยางของสวตชงฟงกชนแบบผลรวมของผลคณ แสดงการลดทอนดวยแผนผงคารโนหและผลแสดงผลการลดทอนทได

ภำพท 3 : ตวอยางสวตชงฟงกชนและการลดทอน ส าหรบขนตอนการพฒนาชดสาธตแบงออกเปน 2 สวน

ไดแก สวนของโครงสราง และสวนควบคมอธบายไดดงน 2.3.1 การออกแบบสวนของโครงสรางประกอบดวย

แผงส าหรบปอนขอมลสวตชงฟงกชนในแบบแผนผงคารโนห

10th National Conference on Technical Education

NCTechEd10EEN14 : NC47 321 DOI:10.14416/c.fte.2017.11.050

และแผงแสดงสวตชงฟงกชนในแบบเทอมของตวแปร และแสดงแสดงผลลพธการลดทอน ดงแสดงในภาพท 4

ภำพท 4 : โครงสรางชดสาธต

2.3.2 การออกแบบสวนของการควบคม ดงแสดงบลอกไดอะแกรมในภาพท 5 ซงมไมโครคอนโทรลเลอรท าหนาทรบขอมล ประมวลผล และแสดงผลการท างาน พฒนาโปรแกรมส าหรบสงงานไมโครคอนโทรลเลอรดวยภาษาซ

Amplifier

MCU 1 (PIC16F648A)

MCU 2 (PIC16F887)

MCU 4 (PIC16F887)

MCU 3 (PIC16F887)

MCU 5 (ATMEGA328P)

ภำพท 5 : บลอกไดอะแกรมสวนควบคม

2.4 กำรทดสอบกำรท ำงำนของชดสำธต ในขนตอนนเปนการทดสอบปอนสวตชงฟงกชนท ง

แบบผลรวมของผลคณและผลคณของผลรวมแลวดผลทไดจากการท างานโดยชดสาธตเปรยบเทยบผลลพธทไดกบทฤษฎ

2.5 กำรประเมนคณภำพชดสำธต การประเมนคณภาพชดสาธตโดยผเชยวชาญ 3 ทานทม

ประสบการณสอนดานการศกษาและ/หรอดานวศวกรรม

อเลกทรอนกสเพอจะน าผลและขอเสนอแนะมาปรบปรงใหสมบรณกอนน าไปใชจรง

4. ผลกำรวจย ผลการวจยแบงออกเปน 3 สวน ไดแก ผลของงาน ผลการ

ทดสอบการท างานและผลการประเมนคณภาพโดยผเชยวชาญ สามารถอธบายรายละเอยดไดดงน

4.1 ผลของงำน ชดสาธตทพฒนาขนดงแสดงในภาพท 6 ประกอบดวย

แผงรบขอมลแบบแผนผงคารโนห แผงแสดงสวตชงฟงกชนและแสดงผลการลดทอน

ภำพท 6 : ชดสาธตทพฒนา

4.2 ผลกำรทดสอบกำรท ำงำน การทดสอบการท างานกระท าโดยการปอนสวตชง

ฟงกชนในรปแบบผลรวมของผลคณหรอผลคณของผลรวมเลอกเทอมทตองการลดทอน และสงประมวลผล ผลจากการทดสอบการท างานพบวา ผลลพธการลดทอนสวตชงฟงกชนดวยชดสาธตถกตองตามทฤษฎนอกจากการแสดงผลดวยการใชแสงแสงสองผานพลาสตกเพอแสดงสงทตองการแลวยงมเสยงอธบายประกอบการใชงานรวมถงเสยงเตอนเมอผใชเลอกการลดทอนทผดเงอนไข เชน การเลอกชองทไมไดอยขางเคยงกนหรอเลอกชองเพอการลดทอนไมเปนจ านวน 2n เปนตน ดงแสดงตวอยางผลการทดสอบการท างานในภาพท 7, 8 และ 9

10th National Conference on Technical Education

NCTechEd10EEN14 : NC47 322 DOI:10.14416/c.fte.2017.11.050

ภำพท 7 : ผลการทดสอบดวยสวตชงฟงกชนมาตรฐานแบบผลรวมของผลคณ

ภำพท 8 : ผลการทดสอบดวยสวตชงฟงกชนมาตรฐานแบบ

ผลคณของผลรวม

ภำพท 9 : ผลการทดสอบดวยสวตชงฟงกชนมาตรฐานแบบ ผลคณของผลรวม กรณเลอกผดเงอนไข

4.3 ผลกำรประเมนคณภำพ การประเมนคณภาพของชดสาธตทพฒนาขน โดย

ผเชยวชาญทมประสบการณสอนในดานการศกษาและ/หรอดานวศวกรรมอเลกทรอนกสจ านวน 3 ทานจากแบบประเมนทมคาระดบคะแนน 5 ระดบ แบงการประเมนเปน 4 ดานไดแกดานคมอ ดานล าดบขนตอนการสาธต ดานสอชดสาธตและดานโครงสราง โดยผลการประเมนดงแสดงในตารางท 1

ตำรำงท 1 ผลการประเมนคณภาพชดสาธตโดยผเชยวชาญ รำยกำร X S.D แปล

ควำม

1. คมอชดสำธต 1.1 ค าอธบายสวนประกอบชดสาธตเขาใจงาย

4.33 0.58 ด

1.2 ค าชแจงวธการใชชดสาธต เขาใจงาย

4.00 1.00 ด

1.3 ค าแนะน าสงทครตองจดเตรยมชดเจนและเขาใจ

3.67 0.58 ด

คำเฉลยดำนคมอชดสำธต 4.00 ด 2. ดำนล ำดบขนตอนกำรสำธต 2.1 ล าดบขนตอนมความส าพนธ กบเนอหา

4.33 0.58 ด

2.2 ขนตอนการสาธตชดเจนเขาใจงาย 3.00 1.00 ปานกลาง

2.3 ภาพประกอบและค าอธบาย การสาธตเหมาะสม

3.673

0.58 ด

คำเฉลยดำนล ำดบขนตอนกำรสำธต 3.67 ด

ตำรำงท 1 ผลการประเมนคณภาพชดสาธตโดยผเชยวชาญ(ตอ)

10th National Conference on Technical Education

NCTechEd10EEN14 : NC47 323 DOI:10.14416/c.fte.2017.11.050

รำยกำร X S.D แปลควำม

3. ดำนสอชดสำธต 3.1 สามารถน าไปเรยนรดวยตนเอง 4.33 0.58 ด 3.2 ดงดดความสนใจผเรยน 4.67 0.58 ดมาก 3.3 รปแบบการน าเสนอเหมาะสม 4.67 0.58 ดมาก 3.4 สตวอกษรและขนาดตวอกษรเหมาะสม

4.33 0.58 ด

3.5 สพนหลงมความเหมาะสม 3.00 1.00 ปานกลาง

3.6 ต าแหนงการวางบนกระดานชดสาธตเหมาะสม

3.00 1.00 ปานกลาง

คำเฉลยดำนสอชดสำธต 4.00 ด 4. ดำนโครงสรำงชดสำธต 4.1 ความคงทนแขงแรง 5.00 0.00 ดมาก 4.2 ความสวยงาม 4.33 0.58 ด 4.3 ความปลอดภยในการใชงาน 4.67 0.58 ดมาก

คำเฉลยดำนโครงสรำงชดสำธต 4.67 ดมำก คำเฉลยรวมทกดำน 4.08 ด

จากผลการประเมนในตารางท 1 พบวา ผลการประเมนทง 4

ดาน ดานโครงสรางชดสาธตมคาเฉลยสงสด( X 4.67 )อยในระดบดมากส าหรบดานทมคาเฉลยนอยสด( X 3.67 )ไดแกดานล าดบขนตอนการสาธตโดยหวขอประเมนทไดคะแนนนอยสด( X 3.00 )ไดแกหวขอล าดบขนตอนการสาธตซงอยในระดบปานกลางเทานนแตเมอแปลผลจากคาเฉลยรวมในดานขนตอนการสาธตแลวยงอยในระดบด ผลการประเมนท ง 4 ดานมคาเฉลยอยในระดบด( X 4.08 )

5. สรปผลกำรวจย การวจยนเปนการวจยเพอพฒนาและหาคณภาพชดสาธต

การลดทอนสวตชงฟงกชนดวยแผนผงคารโนหชนด 4 ตวแปรประกอบดวยแผงรบขอมลแบบแผนผงคารโนห และแผงแสดงสวตชงฟงกชนทปอนพรอมแสดงผลการลดทอน โดยสามารถรบการปอนสวตชงฟงกชนในแบบมาตรฐานผลรวมของผลคณและผลคณของผลรวม สามารถเลอกจ านวนเทอมยอยๆส าหรบการลดทอนในแตละครงโดยผใชไดและแสดงผลการลดทอนโดยชดสาธต ผลการวจยพบวา ผลลพธจากการลดทอนโดยชด

สาธตถกตองตรงตามทฤษฎ สามารถแจงเตอนผ ใชในกรณเลอกจ านวนเทอมทจะลดทอนผดพลาดได และผลการประเมนคณภาพโดยผเชยวชาญมคาเฉลยรวมทกดานทประเมนอยในระดบด ( X 4.08 ) ซงผลการวจยครงนไดผลเปนไปตามสมมตฐานทไดก าหนดไว ดงนนจงกลาวไดวา ชดสาธตการลดทอนสวต ชงฟงกชนดวยแผนผงคารโนห ทพฒนาขนสามารถน าไปใชเปนสอประกอบการเรยนการสอนในรายวชาวงจรดจตอลและออกแบบลอจกและรายวชาปฏบตการวงจรดจตอลไดอยางมคณภาพและสามารถใชเปนแนวทางในการสรางชดสาธตในหวขอทเกยวของได

6. เอกสำรอำงอง

[1] มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน , “หลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชาวศวกรรมอเลกทรอนกสและโทรคมนาคม ฉบบปรบปรง พ.ศ. 2558”, 2558.

[2] มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน , “หลกสตรครศาสตรอตสาหกรรมบณฑต สาขาวชาวศวกรรมอเลกทรอนกสและโทรคมนาคม ฉบบปรบปรง พ.ศ. 2558”, 2558.

[3] วรวฒ ขนรตน, พนจ เนองภรมย , สรพนธ ตนศรวงษ และสมศกด อรรคทมากล, “การศกษาสภาพการเรยนการสอนทางดานวศวกรรมโทรคมนาคมหลกสตรระดบปรญญาตรของมหาวทยาลยในประเทศไทย”, การประชมวชาการครศาสตรอตสาหกรรมระดบชาต ครงท 6. TechED, 2556.

[4] อาคม ลกษณะสกล, พลศกด โกษยาภรณ, และมงคล หวงสถตยวงษ . “การพฒนารปแบบการเรยนการสอนทางวศวกรรมกรณศกษา เรองการควบคมแบบออโตจน.” วารสารวจย มข. (บศ.). 13 (1) (ม.ค.-ม.ค. 2556) : 14-27.

[5] ดเรก มณวรรณ, พนจ เนองภรมย, และสมศกด อรรคทมากล,

“การพฒนาชดการสอนเรองวงจรชองแคบในทอน าคลน”,

การประชมวชาการครศาสตรอตสาหกรรมระดบชาต ครงท 8.

TechED, 2558.

[6] บญ เล ศ โพ ธข า, และธนาธ ภ ระหงษ , “การพฒนาและหาประสทธภาพชดสาธตการควบคมมอเตอรดวยโปรแกรมเมเบล ลอจก คอนโทรลเลอร กรณศกษาวชา มอเตอรไฟฟาและการควบคม”, การประชมวชาการครศาสตรอตสาหกรรมระดบชาต ครงท 8. TechED, 2558.