เอกสารฉบับนี้เป็นเอกสารที่ได้ทำการการปรับปรุงจาก "[เอกสาร #2] เรียนรู้และลองเล่น Arduino เบื้องต้น"  ซึ่งมีการปรับปรุงหลายประการทั้งเนื้อหาโค้ดโปรแกรม และไลบรารี่บางตัวเพื่อให้ผู้ใช้งานสามารถใช้งานสะดวกมายิ่งขึ้น อีกทั้งได้เพิ่มเติมเนื้อหาใบงานอีกหลายใบงานโดยมีใบงานทั้งหมด 33 ใบงาน ซึ่งน่าจะเพียงพอให้ผู้ที่สนใจได้ศึกษาและสามารถนำความรู้ที่ได้ไปต่อยอดในงานที่ต้องการได้

ปัจจุบันไมโครคอนโทรลเลอร์มีการนำมาใช้งานกันแพร่หลายมากขึ้น โดยมีการฝังตัวของไมโครคอนโทรลเลอร์อยู่ในเครื่องใช้ไฟฟ้าหลาย ๆ ประเภท เช่น เครื่องซักผ้าแบบอัตโนมัติ เตาอบไฟฟ้า เตาไมโครเวฟ เครื่องปรับอากาศที่สามารถกำหนดอุณหภูมิได้และอื่น ๆ อีกมากมาย Arduino เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์แพลทฟอร์มหนึ่งที่ได้รับความนิยมมาก อันเนื่องจากเป็นแพลทฟอร์มแบบเปิดทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์การใช้งานง่ายไม่ซับซ้อนมีต้นทุนในการสร้างวงจรต่ำ  ซึ่งในการใช้งานไมโครคอนโทรลเลอร์จะต้องประกอบด้วยองค์ประกอบ 2 อย่างคือ ตัวเครื่องหรือที่เรียกว่า ฮาร์ดแวร์ (Hardware) และโปรแกรมหรือชุดคำสั่งที่เรียกว่า ซอฟต์แวร์ (Software) ที่ใช้สั่งให้ไมโครคอนโทรลเลอร์ทำตามความต้องการของผู้ออกแบบ หนังสือเล่มนี้อธิบายถึงหลักการออกแบบฮาร์ตแวร์และการเขียนซอฟท์แวร์เพื่อใช้ควบคุม

ปัจจุบันการสร้างต้นแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบวงจรขึ้นมาใหม่หรือการใช้ต้นแบบที่ได้รับการออกแบบมาแล้วมีหลายวิธีการ สำหรับวงจรที่ออกแบบขึ้นมาใหม่นักอิเล็กทรอนิกส์สามารถสร้างได้หลายวิธีทั้งนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลายอย่างไม่ว่าจะเป็นความซับซ้อนของวงจร จำนวนอุปกรณ์ ชนิดของอุปกรณ์เป็นต้น ตัวอย่างเช่นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีจำนวนอุปกรณ์ไม่มากนักและใช้อุปกรณ์ประเภทขาเสียบลงแผ่นวงจรพิมพ์สามารถใช้วิธีการประกอบวงจรลงบนแผ่นวงจรพิมพ์เอนกประสงค์ได้ แต่ถ้าอุปกรณ์ที่ใช้มีจำนวนมากหรือเป็นอุปกรณ์ผิวหน้า (SMD: surface-mount device) จะไม่สามารถประกอบลงแผ่นวงจรพิมพ์เอนกประสงค์ได้ ดังนั้นการสร้างวงจรพิมพ์ขึ้นมาใหม่จากการออกแบบลายวงจรพิมพ์โดยใช้คอมพิวเตอร์จะเป็นทางออกทางเดียวที่นำมาใช้งาน

บอร์ด Arduino ไม่ว่าจะเป็นรุ่นอะไรก็ตามโครงสร้างของบอร์ดก็จะประกอบด้วยไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR ของบริษัท ATMEL ซึ่งไอซีตระกูลนี้มีข้อดีตรงที่สามารถสร้างบูตโหลดเดอร์ได้ บูตโหลดเดอร์ก็คือส่วนที่ใช้ติดต่อรับไฟล์โปรแกรมผ่านทางพอร์ตอนุกรมนำมาอัดเข้าภายในตัวเองได้ ซึ่งมีลักษณะเป็นเครื่องโปรแกรมภายในนั่นเอง ทำให้ผู้ใช้งานสะดวกยิ่งขึ้นไม่ต้องหาซื้อเครื่องโปรแกรมเหมือนกับไมโครคอนโทรลเลอร์ในตระกูลอื่น ๆ แต่ก็มีบางครั้งที่การใช้งานอาจทำให้บูตโหลดเดอร์เสียหายไม่สามารถโปรแกรมได้ บทความนี้ขอเสนอวิธีการซ่อมบูตโหลดเดอร์ (จริง ๆ ก็คืออัดบูตโหลดเดอร์ลงไปใหม่นั่นเอง)

การโคลนนิ่งลายปริ้น เป็นการคัดลอกลายปริ้นจากต้นแบบไม่ว่าต้นแบบจะเป็นแผ่นปริ้นของจริงหรือเป็นต้นแบบที่อยู่ในเอกสารตำราหรือวารสารต่าง ๆ การโคลนนิ่งลายปริ้นสามารถใช้เครื่องมือได้หลายตัว แต่ในครั้งนี้ขอนำเสนอเครื่องมือที่ชื่อว่า Sprint Layout 6.0 เป็นโปรแกรมออกแบบลายปริ้นตัวเล็กที่สุด และมีฟังก์ชั่นที่ให้ผู้ใช้สามารถโคลนนิ่งลายปริ้นได้ง่ายและสะดวกกว่าเครื่องมือตัวอื่น ๆ

การเขียนโค้ดสำหรับควบคุมการทำงานของบอร์ดอาร์ดูยโน่โดยปกติทั่วไปเราจะใช้โปรแกรม Arduino IDE ซึ่งเป็นโปรแกรมฟรีดังที่ได้กล่าวมาแล้วในตอนที่ 2 แต่การใช้งานโปรแกรมดังกล่าวยังติด ๆ ขัด ๆ ใช้งานไม่ค่อยจะลื่นไหลนัก ตลอดจนสีสันก็ยังดูขัดตาอยู่พอสมควร ซึ่งผู้ใช้งานหลายท่านจึงต้องขวนขวายหาตัวเขียนโปรแกรมตัวอื่น ๆ มาใช้งานแทนโดยที่ยังคงความสามารถของ Arduino IDE ตัวเดิมที่ติดตั้งไว้อยู่ บทความนี้ขอแนะนำโปรแกรม Sublime Text ซึ่งเป็นโปรแกรมที่ตอบโจทย์ได้ตรงใจมากที่สุด

ไมโครคอนโทรลเลอร์จะทำงานได้นั้นต้องมีชุดคำสั่งควบคุมการทำงานที่บรรจุภายในตัวของมัน การที่เราจะบรรจุชุดคำสั่งดังกล่าวลงภายในตัวไมโครคอนโทรลเลอร์จำเป็นต้องพึ่งเครื่องโปรแกรม แต่ CPU Arduino คือไมโครคอนโทรลเลอร์ธรรมดาตัวหนึ่งที่มีบูตโหลดเดอร์อยู่ภายในตัวของมันแล้ว บูตโหลดเดอร์นี้เป็นตัวจำการรับข้อมูลของชุดคำสั่งควบคุมการทำงาน (โปรแกรม) จากคอมพิวเตอร์เข้ามาสู่ตัวมันเองโดยไม่ต้องพึ่งเครื่องโปรแกรม ซึ่งทำให้ผู้ใช้งานสะดวกต่อการนำไปใช้งานเนื่องจากไม่ต้องมีเครื่องโปรแกรมก็สามารถใช้งานได้ ในบทความตอนนี้ขอนำเสนอวิธีการทำบูตโหลดเดอร์เข้าสู่ CPU ตัวใหม่ที่ยังไม่มีบูตโหลดเดอร์ให้กลายเป็น CPU Arduino (ที่มีบูตโหลดเดอร์พร้อมใช้งาน)

สำหรับมือใหม่หัดเล่นไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino เป็นหนึ่งในหลายตัวเลือกที่ทำให้น่าสนใจมากเนื่องจากความง่ายต่อการเขียนโปรแกรมควบคุมของมัน โดยผู้ใช้งานไม่ต้องเรียนรู้โครงสร้างอะไรมากมายก็สามารถเขียนโปรแกรมควบคุมการใช้งานได้ แต่เนื่องจาก Arduino มีบอร์ดให้เลือกใช้มากมายตั้งแต่เบื้องต้นไปจนถึงขั้นสูง การเริ่มต้นควรเริ่มจากตัวไหนดีสำหรับการทดลองของจริงที่ครูจะแนะนำเป็นการใช้บอร์ดที่ชื่อบอร์ดว่า "Arduino UNO R3"

จากบทความตอนที่แล้ว ([Arduino #3] จำลองโปรแกรมด้วย Proteus) ครูได้สร้างไลบรารี Arduino UNO R3 เพื่อความสะดวกในการทดลองโปรแกรมที่เขียนขึ้น แต่ยังไม่มีบอร์ดในการทดลอง ซึ่งบอร์ดในไลบารีตอนดังกล่าวจะเป็นบอร์ด Arduino UNO R3 เท่านั้น แต่สำหรับนักศึกษาที่สร้างบอร์ดขึ้นมาใช้งานเองโดยประกอบวงจรลงบนแผ่นปริ้นเอนกประสงค์ ตามใบงานไมโครคอนโทรลเลอร์ (Arduino) ในงานที่มอบหมาย เมื่อต้องการทดลองโปรแกรมที่เขียนขึ้นอาจเกิดความสับสนได้ ครูจึงได้สร้างไลบรารีเพิ่มเติมขึ้นให้มีลักษณะที่สอดคล้องกับบอร์ดที่นักศึกษาสร้างขึ้น

การจะเขียนโปรแกรมสั่งงานบอร์ดอาดูยโน่เพื่อศึกษาวิธีการเขียนโปรแกรมเราสามารถใช้วิธีการจำลองการทำงานด้วยโปรแกรม Proteus ได้ซึ่งจะสะดวกต่อการศึกษาเนื่องจากไม่ต้องต่อวงจรจริง ซึ่งการจำลองนี้ใช้เพื่อทดสอบโปรแกรมที่เขียนขึ้นเพื่อตรวจสอบว่าโปรแกรมที่เขียนขึ้นนี้ใช้งานได้ตามที่เราออกแบบหรือไม่ (ขอเล่นก่อนที่จะเสียเงินซื้อบอร์ด)