BBC Micro:bit — обучающий микрокомпьютер

Предполагается, что устройство доступно для работы с ним детям от семи лет и может быть использовано как базовый элемент при преподавании информатики и вычислительной техники в школах и специализированных кружках.

Интерфейс представляет собой визуализированную среду программирования, простую для понимания и в то же время обладающую высокой функциональностью для устройств подобного класса. Концепция платформы предполагает быстрый старт, не требующий сложных предварительных манипуляций.

Плата является полностью завершенным устройством. Тем не менее, имеется возможность подключения внешних модулей расширения, например, для управления электромеханическими исполнительными устройствами. Это позволяет организовать процесс ознакомления с микропроцессорной техникой поэтапно, переходя от простого к сложному.

Актуальной является возможность работы с современными мобильными устройствами, которые широко распространены в быту. Эти особенности делают BBC Micro:bit идеальным обучающим аппаратным средством.

Базовый микроконтроллер модуля –nRF51822 производства Nordic с 32-разрядным ARM Cortex-M0, 16 МГц, Flash – 256 кБ, RAM – 16 кБ.

В состав компьютера входит:

• матричный светодиодный дисплей 5 х 5 точек (25 светодиодов, красное свечение, регулировка яркости)
• сенсор интенсивности освещенности
• датчик температуры в диапазоне от -25˚ до 75˚ с шагом 0,25˚
• акселерометрический датчик MMA8652
• встроенный магнитометр MAG3110
• модуль беспроводной связи Bluetooth 4.1 BLE, 2,4 ГГц

Реализованы три варианта подключения платформы к внешним устройствам (ПК, ноутбукам, мобильным телефонам).

Пример 1: Подключение через ПК для работы в редакторе среды JavaScript Block Editor

• Плата Micro:bit подключается к USB-порту ПК (ноутбука). Загоревшийся индикаторный светодиод сигнализирует о правильном подключении
• В любом браузере открывается сайт для работы с ПО MakeCode (http://makecode.microbit.org/#). Это визуальный инструмент, позволяющий сделать процесс программирования максимально понятным.
• Скачивается демонстрационный проект «Blink»
• Выбирается подраздел в верхней строке Projects/Examples/Blink
• Нажимается «Download», для закачивания на ПК
• Дожидаемся появления сообщения, подтверждающего завершение загрузочного процесса
• Отправляем проект на карту памяти платформы Micro:bit (правая клавиша мыши/Отправить/MICROBIT)
• Если все сделано правильно, на дисплее должно появиться изображение мигающего сердца.

Пример 2: Работа посредством мобильного приложения

• Скачивается шестнадцатеричный «.hex»-файл содержащий прошивку для беспроводного обмена данными, которым надо прошить платформу Micro:bit
• Через Google Play Market на смартфон или планшет скачивается приложение micro:bit
• На телефоне выбирается поиск нового устройства, для этого на плате нажимаются кнопки A и B, затем кнопка сброса, после чего A и B отпускаются
• Если соединение успешно установлено, то появится бегущая надпись PAIRING MODE на светодиодном дисплее
• Производим визуализацию данных, для чего скачиваем приложение micro:bit Blue
• Запускаем приложение и осуществляем поиск подключенных устройств (нажимаем кнопку FIND PAIRED BBC MICRO:BIT)
• В открывшемся меню приложения находим пункты выбора состояний датчиков и управления встроенными устройствами
• Синхронизируем микрокомпьютер с приложениями, нажав на кнопку, обозначенную тремя точками, и выбором иконки Refresh Services
• Доступность модулей контролируется из пункта Bluetooth Services.

Порты ввода вывода устройства:

• Цифровые (GPIO): P0 – P16, P19, P20; 3,3 В – уровень логической 1, 0 В – логический 0;
• ШИМ: P0 – P16, P19, P20 (вывод аналоговой информации в формате ШИМ-сигнала, одновременно допускается вывод на трех пинах);
• АЦП: P0 – P4, P10; каждый из портов преобразует напряжение на входе в диапазоне от 0 до 3,3 В в 10 – разрядный цифровой код (1023 – значения);
• I2C: P19, P20;
• SPI: P13 – P16.

Условное обозначение и назначение выводов платы (сверху вниз, пины расположены на плате справа, если смотреть со стороны дисплея):

• GND – общий провод;
• GND (широкий контакт с отверстием) – общий провод;
• GND общий провод;
• P20: SDA – шина I2C, последовательные данные;
• P19: SCL – шина I2C, тактовый сигнал;
• 3V – питание 3,3 В*;
• 3V (широкий контакт с отверстием) – питание 3,3 В;
• 3V – питание 3,3 В;
• P16: CS – шина SPI, выбор устройства;
• P15: MOSI – шина SPI, выход ведущего/вход ведомого;
• P14: MISO – шина SPI, выход ведомого/вход ведущего;
• P13: SCK – шина SPI, тактовый сигнал;
• P2 (широкий контакт с отверстием) Touch/ вход АЦП;
• P12;
• P11: Button B;
• P10: Led col 3/ вход АЦП;
• P9: Led col 7;
• P8;
• P1 (широкий контакт с отверстием) Touch/ вход АЦП;
• P7: Led col 8;
• P6: Led col 9;
• P5: Button A;
• P4: Led col 2/ вход АЦП;
• P0 (широкий контакт с отверстием) Touch/ вход АЦП;
• P3: Led col 1/ вход АЦП.

* Максимальный ток входа – 90 мА.

Модуль питается через разъем микро-USB, при этом на пинах «3V» присутствует напряжение 3,3 В от внутреннего стабилизатора. Допускается подача стабилизированного напряжения 3,3 В +0,3 В/-0,5 В от внешнего источника непосредственно на пины «3V». Максимальный ток выхода с контакта ввода/вывода – 5 мА.

• Простой старт «из коробки»
• Возможность работы через мобильный телефон
• Наглядность реализуемых действий

• Создание обучающих комплексов
• Разработка простых устройств с гибкой архитектурой
• Демонстрационные программируемые системы