micro:bit 開発者ドキュメント 日本語版

Overview

1.3 図

ハードウェアブロック図

1.3 ブロック

micro:bit ハードウェアの利用を始める

micro:bit のハードウェアは Arm-Mbed プラットフォームをベースにしています。多数のオンチップ周辺機能を備えたアプリケーションプロセッサを搭載しています。いくつかのオフチップ周辺機能はこのチップに接続されています。 アプリケーションプロセッサにはインターフェイスプロセッサが接続されており、このインターフェイスプロセッサの役割は USB 経由の通信を管理し、ドラッグアンドドロップによるコード書き込みプロセスをサポートすることです。 インターフェイスプロセッサは、micro:bit のいずれの周辺機能にも接続されていません。

micro:bit の内部を理解するのに役立つ重要な情報は、次の 2 つです。

• デバイスの詳細なコンポーネントデータと接続性を示す 回路図

• リファレンスデザイン。これは互換性のある micro:bit の完全なモジュール設計であり、micro:bit の理解や独自バリアントの設計に関心のある人にとって出発点となるよう設計されています。

ハードウェアの説明

nRF51 アプリケーションプロセッサ

nRF51 アプリケーションプロセッサは、ユーザープログラムが実行される場所です。ユーザーコード、ランタイムコード、および Bluetooth スタックを含む単一の完全なアプリケーションが、オンチップフラッシュメモリから直接ロードされて実行されます。ユーザーがアクセス可能なすべての GPIO ピンは、このプロセッサによって提供されます。 オンボードの 2.4GHz 無線エンジンがあり、オフチップアンテナを介して Bluetooth 機能を提供するために使用されます。

Bluetooth ワイヤレス通信

オンボードの 2.4GHz トランシーバーは、完全認定済みの Bluetooth low energy スタックを提供する Nordic S110 SoftDevice を介して Bluetooth 通信をサポートします。 これにより、micro:bit はスマートフォンやタブレットを含む幅広い Bluetooth デバイスと通信できます。

低レベル無線通信

オンボードの 2.4GHz トランシーバーは、microbit-radio プロトコルを構築する基盤となる、いくつかの他の無線通信規格をサポートしています このプロトコルは、他の micro:bit デバイスのようにこれをサポートする他のデバイスとの間で、非常にシンプルな小容量パケットのブロードキャスト無線インターフェイスを提供します。 micro:bit 上のいくつかの言語に現れる ‘radio’ インターフェイスは、このプロトコルの上に構築されています。 さらに、micro:bit のランタイムソフトウェアは各データペイロードに ‘group code’ を追加し、シンプルなユーザー管理のデバイスアドレッシングとフィルタリングを可能にしています。

ボタン

micro:bit 前面の 2 つのボタンと背面の 1 つのボタンは、タクト式モーメンタリプッシュトゥメイクボタンです。背面ボタンは KL26 インターフェイスプロセッサと nRF51 プロセッサに接続されており、システムリセットに使用されます。これは、USB から給電している場合でもバッテリーから給電している場合でも、アプリケーションがリセットされることを意味します。

前面の A ボタンと B ボタンは、ユーザーアプリケーション内で任意の目的のためにプログラムできます。 A ボタンと B ボタンはソフトウェアでデバウンスされており、短押し、長押し、および ‘A+B 同時押し’ の検出も含まれています。ボタンは一般的な反転電気モードで動作し、プルアップ抵抗によりボタンが離されているときは論理 ‘1’、ボタンが押されているときは論理 ‘0’ になります。 A ボタンと B ボタンはどちらも GPIO ピンに接続されており、これらのピンは micro:bit のエッジコネクタでもアクセス可能です。

ディスプレイ

ディスプレイは 5x5 の LED アレイです。 これは 3x9 マトリクスとして micro:bit に接続されています。 ランタイムソフトウェアはこのマトリクスを高速で繰り返しリフレッシュするため、人間の残像視の範囲内となり、ちらつきは検出されません。 この LED マトリクスは周囲光の検知にも使用されます。いくつかの LED 駆動ピンを繰り返し入力に切り替え、電圧減衰時間をサンプリングすることで実現され、これは周囲光レベルにほぼ比例します。

加速度センサー

加速度センサーは、3 軸センシングを提供する独立したチップです。 また、ハードウェアによるいくつかのオンボードジェスチャー検出（落下検出など）と、ソフトウェアアルゴリズムによる追加のジェスチャー検出（例: logo-up、logo-down、shake）も含まれています。 これは I2C バスを介してアプリケーションプロセッサに接続されています。

磁力計

磁力計は、磁場強度のセンシングを提供する独立したチップです。 標準ランタイムのソフトウェアアルゴリズムは、オンボード加速度センサーを使用して、これらの読み取り値を基板の向きに依存しないコンパスの読み取り値に変換します。 コンパスは使用前にキャリブレーションする必要があり、キャリブレーション処理はランタイムソフトウェアによって自動的に開始されます。 このデバイスは、I2C バスを介してアプリケーションプロセッサに接続されています。

温度センシング

nRF51 アプリケーションプロセッサには、オンボードのコア温度センサーがあります。 これは標準ランタイムソフトウェアを通じて公開されており、周囲温度の推定値を提供します。

汎用入出力ピン

エッジコネクタには、アプリケーションプロセッサの GPIO 回路の多くが引き出されています。これらの回路の一部は micro:bit の他の機能と共有されていますが、追加されたこれらの回路の多くは、いくつかのソフトウェア機能をオフにすることで汎用用途に再割り当てできます。注: nRF51 データシートでは、GPIO ピンは std-drive（0.5mA）および high-drive（5mA）モードに設定でき、同時に high-drive モードにできるのは最大 3 ピンまでとされています。

電源

micro:bit への電源は、USB 接続、インターフェイスチップ（オンボードレギュレータを搭載）経由、または上部コネクタに接続したバッテリー経由で供給できます。また、（注意して扱えば）下部の 3V パッドから micro:bit に給電することも可能です。下部の 3V パッドは、外部回路に少量の電力を供給するためにも使用できます。

インターフェイス

インターフェイスチップは USB 接続を処理し、micro:bit に新しいコードを書き込んだり、メインコンピュータとの間でシリアルデータを送受信したりするために使用されます。

USB 通信

micro:bit には、インターフェイスチップのファームウェアに組み込まれたオンボード USB 通信スタックがあります。このスタックにより、MICROBIT ドライブにファイルをドラッグ＆ドロップしてアプリケーションプロセッサにコードを読み込めます。また、USB 経由で micro:bit アプリケーションプロセッサと外部ホストコンピュータの間でシリアルデータをストリーミングでき、アプリケーションプログラムのホストデバッグ用に CMSIS-DAP プロトコルもサポートしています。

デバッグ

インターフェイスプロセッサは、アプリケーションプロセッサ上で実行中のコードをデバッグするために、専用のホストツールとともに使用できます。これは 2 ピンの Serial Wire Debug（SWD）を介してアプリケーションプロセッサに接続されます。KL26 インターフェイスプロセッサのコードも、その内部 SWD ソフトウェアデバッグインターフェイス経由でデバッグできます。たとえば、製造時にこのプロセッサへ初期ブートローダコードを読み込む場合や、失われたブートローダを復旧する場合などです。

機械仕様

重要な寸法をすべて含む、micro:bit の優れた 2D および 3D CAD 図面とモデルを用意しています。これらのモデルは、micro:bit の非常に見栄えのよいマーケティング画像やプロジェクト画像を作成するための基礎として使用できるだけでなく、たとえば 3D プリントによるアタッチメントの正確な製造の基礎としても使用できます。

追加情報

• 回路図

• リファレンスデザイン

• Nordic NRF51 データシート

• Freescale KL26 リファレンスマニュアル（要ログイン）

• Freescale KL26 データシート

• Freescale MMA8652 加速度計データシート

• Freescale MAG3110 磁力計データシート

• 技術仕様 1

• 技術仕様 2

• 安全上の注意

• I2C 仕様（要ログイン）

• SPI「仕様」

• Arm Mbed の概要

• Kok Ho Huen 提供の Fritzing 図