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Micro Bit

Micro Bit
信息框全部数据 6
研發商
BBC Learning, BBC R&D, ARM Holdings, Nordic Semiconductor, NXP Semiconductors, Lancaster University, Microsoft, Python Software Foundation, element14, TechnologyUs, Samsung, ScienceScope, Barclays
类型
单板微控制器
发布日期
v1:2016年2月10日v2:2020年10月13日
中央处理器
v1:Nordic nRF51822,16 MHz ARM Cortex-M0核心,256 KB闪存,16 KB RAMv2:Nordic nRF52833,64 MHz ARM Cortex-M4核心,512 KB闪存,128 KB RAM
连接接口
Bluetooth LE,MicroUSB,边缘连接器。
網站
microbit.org

Micro Bit(也叫做BBC Micro Bit,或风格化为micro:bit)是基于ARM架构的單板電腦,由英國廣播公司(BBC)设计,用于英国的计算机教育。

电路板大小为4cm×5cm,拥有1个ARM Cortex-M0处理器,內建加速度传感器和磁力传感器,通訊介面包括蓝牙和USB,可透過網頁编程,直接把程式導入。显示屏由25个 (5*5) 紅色LED组成,可以顯示單色圖案或動畫。2个可编程按钮,可以用USB或者外部电池包来供电。设备输入和输出為环孔连接器和边缘连接器。

硬件

加速度传感器三轴方向
加速度传感器三轴方向

v1

设备大小可描述为信用卡的一半大小,首发的最终制造产品,实测为43mm×52mm,它包括有:

I/O包括环孔连接器:3个GPIO(P0、P1、P2),1个电源正极(3V),1个接地即电源负极(GND),它们接纳鳄鱼夹或4mm香蕉插头;边缘连接器针脚(也称为金手指)的标号,依次为micro:bit设备抽象层(DAL)指定的:P3、P0、P4-P7、P1、P8-P12、P2、P13-P16、3V(3个)、P19-P20、GND(3个),共19个可设置的GPIO(未引出内部使用的P17、P18)。其中5个可完全自由使用(P0-P2、P8、P16),6个共用于LED阵列显示屏(P3、P4、P6、P7、P9、P10),2个共用于按钮A、B(P5、P11),1个保留给无障碍接口输入(P12);可设置出1路SPI总线(P13-P15),1路I²C总线(P19-P20),1对UART串行收发;可设置出6个模拟输入(P0-P4、P10),3个触摸感应输入(P0-P2),3个PWM输出。

在连接了USB的情况下,KL26Z负责对这个PCB余下部份供电,将USB供给的5V±5%电压规整降至3.3V。KL26Z限定最大电流120mA,电源环孔或针脚输出可能只余下90mA。在使用电池连接器供电时,电池不为KL26Z供电,nRF51供电和电源环孔或针脚输出都来自电池。还可以谨慎的从电源环孔或针脚向micro:bit供电,从电池连接器、环孔或针脚择一供电时都不可超过3.6V极值。

v2

版本2(v2)在2020年10月13日发行,包括了:

在micro:bit v2中,可以长按3秒reset按钮来关闭主板。

软件

Micro Bit的软件是使用羅永喜ARM Mbed开发工具建立的,并且采用了其应用程序接口DAPLink,设备在连接到计算机的时候,是作为一个USB大容量存储设备而出现的。兰卡斯特大学开发了micro:bit运行时系统(有时称为硬件抽象层),提供了事件驱动编程和键-值存储机制,采用了Nordic半导体的nRF51 SDK和S110 SoftDevice,以及Mbed的BLE API,并与蓝牙技术联盟协作开发了定制的BLE profile。用户用C/C++语言编写的应用程序,可以通过Mbed在线编译器、Mbed CLI、GNU MCU Eclipse或Keli µVISION等开发工具,利用ARM编译器或GNU ARM工具链来进行编译,编译后的目标代码接着通过USB连接或手机app蓝牙连接而被刷写到设备中。

在micro:bit基金会网站上有侧重于教育的2个官方在线代码编辑器:

  • Microsoft MakeCode,是JavaScript Blocks编辑器和浏览器内编译器,曾经称为Microsoft PXT编辑器,PXT(编程实验工具包)完全在用户浏览器中运行,它通过内置的ARM Thumb编译器生成目标代码,浏览器同时还装载了预编译的micro:bit运行时系统,从而与用户目标代码链接成最终目标代码,还可以在刷写入设备之前在内置的micro:bit模拟器中见到它的运行效果。
  • MicroPython,是完整的Python 3语言实现,包含了Python标准库的一个小子集,带有音乐编程语言和语音合成器,本地文件系统,被推荐用于做进一步的编程实验。用户可以在web编辑器中写Python脚本,其源代码被附加于MicroPython实现固件的后面,把这个最终复合固件下载后刷写到设备中,MicroPython运行后将附随的源代码编译成字节码并在虚拟机中运行,由于内存限制在MicroPython内未启用nRF51的蓝牙协议栈。可以通过USB串行连接访问MicroPython REPL,从而可直接交互于Micro Bit的外设。MicroPython的编辑器还有给初学者在PC上用Mu,和在线blocks编辑器EduBlocks。

针对micro:bit的其他开发工具有:

  • Espruino,是面向网络应用开发的JavaScript解释器固件,解释器有运行状态持久保存和复位机制,支持内联汇编语言,由于将micro:bit的内存大量用于了蓝牙功能,不提供ES6特征和高级库函数。可以通过USB串行连接,或通过在支持了Web Bluetooth的浏览器中运行Web IDE对它进行交互访问,IDE也有可选的blocks编辑器。
  • Arduino nRF5,是针对基于Nordic半导体nRF5开发板的Arduino Core。
  • Node.js库:node-bbc-microbit,从Node.js用BLE控制micro:bit;bbc-microbit-io,针对micro:bit的Johnny-Five(JavaScript机器人及IoT平台)IO插件。

除了micro:bit运行时系统所采用的Mbed OS 2,以及nRF51 SDK支持的CMSIS-RTOS RTX,可以在micro:bit上运行的嵌入式操作系统还有:Zephyr,Apache Mynewt,RIOT。

针对micro:bit的其他编程语言有:uLisp、Mecrisp Forth、Free Pascal、GNAT Ada、TinyGo、Rust、Swift等。其他交互语言有Scratch3.0、Dyalog APL、Simulink编码器支持包、Node-RED模块、App Inventor + IoT、BlockyTalkyBLE等。

历史

Micro Bit被设计用来鼓励儿童活跃的投入为计算机书写软件和建造新东西,而不是成为媒体的消费者。它被设计为并肩工作于其他系统,比如Raspberry Pi、Arduino,它也建造在BBC在计算机教育中的BBC Micro这项遗产之上。

合作伙伴

Micro Bit的开发汇集了众多伙伴与BBC一起工作:

  • ARM控股 – 提供Mbed开发工具、固件和编译器服务。
  • Nordic半导体 – 为这个设备提供目标MCU和BLE协议栈。
  • NXP半导体 – 提供接口MCU、USB控制器和传感器。
  • 蓝牙技术联盟 – 与兰卡斯特大学协作开发定制的Bluetooth LE profile。
  • 兰卡斯特大学 – 开发这个设备的运行时系统,与蓝牙技术联盟协作开发定制的Bluetooth LE profile。
  • 微软 – 贡献了自己在TypeScript等方面的软件专门知识。它在其TouchDevelop平台上为这个设备定制了专题项目,还开发了这个设备的教师训练材料。
  • Python软件基金会 – 将MicroPython移植到这个设备,建立本机和基于web的初学者友好的Python代码编辑器,出品大量教育资源并为教师建立有组织的开发者领导的工场。
  • Farnell element14 – 监督这个设备的制造。
  • Technology Will Save Us – 设计这个设备的物理外观,编写出厂演示程序。
  • 三星集团 – 开发Android app并帮助把设备连接到智能手机和平板电脑。
  • ScienceScope – 开发iOS app并把这个设备发布到学校。
  • 巴克莱银行 – 提供产品递送和外展活动。
  • 惠康基金会 – 为教师和学校提供学习机会。
  • STEMNET – 提供STEM大使来支持学校和教师并联系第三方比如Bloodhound SSC和Cisco。
  • 思科系统 – 向STEMNET提供人员和资源来资助国家首展。
  • Creative Digital Solutions – 开发教师材料,工场和外展活动。
  • Code Club – 建立一系列引导9到11岁儿童的编码资源并通过志愿者递送运行编码俱乐部。
  • Kitronik – 为BBC micro:bit生产并分发5500份e-textile kit给英国内的D&T教师。设计硬件比如Motor Driver board来允许BBC micro:bit控制设备比如电动机和伺服系统。
  • Tangent Design – 建立BBC micro:bit品牌标识并开发web站点。

BBC研究发展部建立了原型设备和软件栈,在最初宣布中进了展示,在学校中测试了这项提议,并为合作伙伴后续建设提供了参考规定。

Microbit教育基金会

在成功的于英国推出了micro:bit之后,BBC将BBC micro:bit的未来交付给新成立的非营利性Micro:bit教育基金会。从BBC到Micro:bit教育基金会的迁移首先是将官方网站从www.microbit.co.uk转移到了microbit.org。

制造

Premier Farnell负责管理BBC micro:bit的制造,监督各厂商进货所有部件并在各自的加工工厂生产micro:bit。

各地發展

 香港

於2018年,香港教育城與資訊科技教育領袖協會(AiTLE)、香港大學專業進修學院(HKUSPACE)及 Micro:bit Alliance合辦了十七場「Micro:bit 教師工作坊」,工作坊分五種程度授課,由Micro:bit的基礎功能至進階應用技巧皆有涵蓋。部份內容被納入香港中小學的資訊科技課程中。

书籍

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