BBC micro:bit v2: техническая документация

BBC micro:bit v2 — компактная плата для обучения детей и взрослых основам программирования. Платформа из коробки поддерживает среду разработки Microsoft MakeCode, которая со старта научит работать с платой в игровой форме. Программа собирается из визуальных блоков кода за десять–пятнадцать минут, а продвинутые ученики смогут переключить визуализацию на «взрослый» текстовый код JavaScript и Python.

Главная особенность платформы BBC micro:bit — на борту уже присутствует всё для быстрого и комфортного старта: микроконтроллер Nordic nRF52833, беспроводной модуль Bluetooth, матричный дисплей из 25 светодиодов, пару кнопок, сенсоры освещённости и температуры, акселерометр и магнитометр. А в обновленной версии BBC micro:bit v2 разработчики интегрировали сенсорную кнопку в логотип платформы, а также добавили микрофон для считывания текущего уровня шума и зуммер для воспроизведение простых мелодий.

Весь этот сет позволяет начать обучения с платой из коробки, без покупки дополнительных модулей.

Прямо из коробки платформа поддерживает два среды программирования:

• MakeCode с графическим блочным редактором или текстовым кодом на JavaScript.
• MicroPython с текстовым кодом на Python.

Но эта далеко не все возможности micro:bit, плата так же поддерживает:

• Arduino IDE с программированием на C++
• Espruino IDE с программированием на JavaScript
• Scratch: визуальный язык программирования.

Сердце платы BBC micro:bit v2 — чип Nordic nRF52833, который выполнен по технологии SoC (англ. System-on-a-Chip — система на кристалле). Кристалл включает в себя микроконтроллер на архитектуре ARM Cortex-M4 с тактовой частотой 64 МГц, беспроводной модуль Bluetooth 5.1 с поддержкой BLE, а также блоки памяти Flash на 512 КБ и RAM на 128 КБ.

В микроконтроллер также встроен датчик температуры, который подскажет уровень температуры за бортом.

Интерфейсный микроконтроллер MKL27Z256VFM4 используется для прошивки и общения платы по USB-соединению. При подключении к ПК платформа micro:bit определяется как жёсткий диск. Интерфейсный сопроцессор также служит для отладки кода во время работы программы.

Так же в чип MKL27Z256VFM4 встроен понижающий регулятор напряжение с выходным током до 120 мА, который используется при питании платы от разъёма micro-USB.

Дисплей выполнен в виде светодиодной матрицы 5×5. Программное обеспечение платы многократно обновляет светодиодную матрицу с высокой скоростью, которую не успевает фиксировать человеческий глаз.

Светодиодная матрица также используется для восприятия окружающего света путем многократного переключения некоторых выводов светодиодов на входы, где измерения времени спада напряжения примерно пропорционально уровню окружающего освещения.

Две пользовательских кнопки A и B пригодятся для создания и теста простых программ без подключения дополнительных тактильных сенсоров. Программное обеспечение позволяет фиксировать короткие клики или долгое нажатие. При отпущенном состоянии каждая кнопка возвращает логическую единицу, а при клике или зажатии — логический ноль. Контакты каждой кнопки также продублированы на краевом разъёме BBC micro:bit, более подробно о подключении читайте в разделе распиновка.

Кнопка сброса RESET предназначена для ручного сброса прошивки — аналог кнопки RESET обычного компьютера.

IMU-сенсор на 6 степеней свободы включает в себя акселерометр и магнитометр. Сборка выполнена на чипе LSM303AGR по технологии (англ. System-in-Package — система в корпусе), где акселерометр и магнитометр лежат методом бутерброда в пластиковом корпусе.

Акселерометр показывает положение платы в пространстве, работает шагомером и реагирует на встряхивание. А магнитометр можно использовать в роли датчика Холла, детектора металла и поиска скрытой проводки. Сборка подключена к базовому процессору по I²C интерфейсу с адресами 0x19 для акселерометра и 0x1E для магнитометра.

На плате micro:bit расположен всенаправленный микрофон Knowles SPU0410LR5H-QB, который позволяет определять звук и уровень шума с частотой от 100Гц до 80 кГц. Рядом с Knowles расположен индикаторный светодиод «MIC», который подскажет текущее состояние микрофона.

На плате micro:bit v2 расположен пьезодинамик MLT-8530 для воспроизведения писков, жужжаний и других простых мелодий.

На плате присутствует сенсорная кнопка, которая интегрирована в логотип на лицевой панели micro:bit. Сенсорный логотип использует емкостное прикосновение, воспринимая крошечные изменения в электрических полях при нажатии пальца.

Разъём micro-USB предназначен для прошивки и питания платформы BBC micro:bit. Для подключения к ПК понадобится кабель USB (A — Micro USB).

Разъём служит для подключения внешнего источника напряжения с ответным коннектором JST PH-2 Female к плате BBC mirco:bit v2. Воспользуйтесь одним из вариантов:

• Батарейный отсек с разъёмом JST PH-2 и элементами питания AA.
• Модуль питания micro:bit с сетевым адаптером.

На плате micro:bit v2 расположен фирменный краевой разъём, который поддерживает три физических способа соединения.

• Площадки под «крокодилы». Позволяют коммуницировать с платой через пять контактов 0, 1, 2, 3V и GND с помощью зажимов типа «крокодил».
• Отверстия Banana Plug. Предназначены для штекеров типа «банан» диаметром 4 мм и объединены с контактными площадками под «крокодилы».
• Краевой разъём. Содержит всё те же 5 площадок под «крокодилы» и оставшиеся 20 пинов в виде узких контактных площадок с шагом 1,37 мм.

Платы расширения для micro:bit подключаются через краевой разъём без пайки и ухищрений. За счёт многочисленных адд-онов платформу можно легко превратить в мобильного робота или метеостанцию.

Для коммуникации с остальными модулями или радиокомпонентами, вам пригодится переходник micro:bit Breakout, который даст удобный доступ ко всем пинам GPIO. Подробности распиновки читайте в соответствующем разделе.

• 3V: Вывод питания платы BBC micro:bit, который может использоваться двумя разными способами: источник или потребитель питания.
  • Потребитель питания. При подключении платформы по USB, на пин выводится напряжение с интегрированного понижающего регулятора в микроконтроллер MKL27Z256VFM4. Выходное напряжение с пина 3,3 вольта с максимальным током 120 мА.
  • Источник питания. Вывод также может использоваться для непосредственного питания платформы micro:bit. Диапазон входного напряжение от 3 до 3,6 вольт.
• GND: Выводы земли.

• Пины общего назначения: 19 пинов: P0–P16, P19 и P20
  Логический уровень единицы — 3,3 В, нуля — 0 В.
• АЦП: 6 пинов: P0–P4, P19 и P20
  Позволяет представить аналоговое напряжение в виде цифровом виде. Разрядность АЦП не меняется и установлена в 12 бит. Диапазон входного напряжения от 0 до 3,3 В, при подаче большего напряжения микроконтроллер может выйти из строя.
• ШИМ: 19 пинов: P0–P16, P19 и P20
  Позволяет выводить аналоговое напряжение в виде ШИМ-сигнала из цифровых значений. Одновременно возможно генерировать ШИМ-сигнал на 4 пинах.
• I²C Для общения micro:bit c платами расширения по интерфейсу I²C.
  • I²C: пины SDA/P20 и SCL/P20
• SPI Для общения Arduino c платами расширения по интерфейсу SPI.
  • SPI: пины MOSI/P15, MISO/P14 и SCK/P13

• Модель: BBC micro:bit v2
• Микроконтроллер: Nordic nRF52833
  • Ядро: 32-х разрядный ARM Cortex-M4 c сопроцессором FPU
  • Частота: 64 МГц
  • Flash-память: 512 КБ
  • RAM-память: 128 КБ
• Дисплей:
  • Матрица 5×5 из 25 светодиодов
  • Цвет: Красный
  • Дополнительная возможность: измеряет освещенность
• IMU-сенсор (6 степеней свободы):
  • чип: LSM303AGR
  • Датчики: акселерометр и магнитометр
  • Интерфейс: I²C
  • I²C-адрес: акселерометр — 0x19, магнитометр — 0x1E
• Беспроводная связь:
  • Встроен в кристалл Nordic nRF52833
  • Bluetooth 5.1 с поддержкой BLE
  • Частота: 2,4 ГГц
• Датчик температуры:
  • Встроен в кристалл Nordic nRF52833
  • Диапазон измерений: −25…+75 °С
  • Градация: 0,25 °С
• MEMS-микрофон:
  • Модуль: Knowles SPU0410LR5H-QB-7 MEMS
  • Чувствительность: −38 дБ
  • Отношение сигнал/шум: 63 дБ
  • Частота: от 100 Гц до 80 кГц
  • Тип: всенаправленный
• Пьезодинамик:
  • Модуль: MLT-8530
  • Номинальная частота: 2700 Гц
  • Интенсивность: 80 дБ
• Пользовательские кнопки:
  • Две тактовых кнопки A и B
  • Сенсорная кнопка интегрированная в логотип
• Входное напряжение через USB: 5 В
• Входное напряжение через JST-разъём: 3–3,6 В
• Напряжение логических уровней: 3,3 В
• Контакты ввода-вывода: 19
• Контакты с ШИМ: 19 (до 4 каналов одновременно)
• Контакты с АЦП: 6
• Разрядность АЦП: 12 бит
• Аппаратные интерфейсы: 1× SPI, 1× I²C
• Порт для автономного питания: JST PH-2
• Габариты: 51,6×42×11,6 мм

• BBC micro:bit v2 в магазине.
• Официальное руководство BBC micro:bit в магазине
• Векторное изображение BBC micro:bit
• Среда программирования MakeCode
• Техническое руководство от производителя