micro:bit 開発者ドキュメント 日本語版

Overview

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micro:bit ハードウェア入門

micro:bit ハードウェアは Arm-Mbed プラットフォームに基づいています。 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。 このチップにはいくつかのオフチップ周辺機器が接続されています。 アプリケーションプロセッサにはインターフェースプロセッサが接続されており、このインターフェー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。 インターフェースプロセッサは、micro:bit のどの周辺機器にも接続されていません。

micro:bit の内部構造を理解するうえで役立つ 2 つの重要な情報は次のとおりです。

• 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。

• 互換性のある micro:bit の完全なモジュール設計であり、micro:bit を理解したい人や独自のバリアントを設計したい人の出発点となるよう設計された リファレンスデザイン。

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、オンチップのフラッシュメモリから直接読み込まれて実行されます。 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、オフチップの空中線を介して Bluetooth 機能を提供します。

Bluetooth 無線通信

オンボードの 2.4GHz トランシーバーは、完全認証済みの Bluetooth Low Energy スタックを提供する Nordic S110 SoftDevice を介した 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、独自仕様の Nordic Gazell プロトコルを含む、他のいくつかの無線通信規格もサポートします。 このプロトコルは、他の micro:bit デバイスなど、この独自プロトコル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 のいくつかの言語で利用できる ‘radio’ インターフェイスは、この Gazell プロトコルの上に構築されています。 さらに、micro:bit 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、ユーザーが簡単に管理できるデバイスの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 の前面にある 2 つのボタンと背面にある 1 つのボタンは、押すと導通するタクト式のモーメンタリスイッチです。背面のボタンは、システムリセットのために KL26 インターフェースプロセッサと nRF51 プロセッサに接続されています。これは、USB 給電でもバッテリー給電でも、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で任意の目的にプログラムできます。 A と B のチャタリング除去はソフトウェアで行われ、短押し、長押し、および ‘A+B 同時押し’ の検出も含まれます。ボタンは一般的な反転論理の電気モードで動作し、プルアップ抵抗により、ボタンを離しているときは論理 ‘1’、ボタンを押しているときは論理 ‘0’ になります。 A ボタンと B ボタンはいずれも、micro:bit のエッジコネクタからもアクセスできる GPIO ピンに接続されています。

ディスプレイ

ディスプレイは 5x5 の LED アレイです。 これは micro:bit に 3x9 マトリクスとして接続されています。 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、人間の残像効果の範囲内に収まり、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出にも使用されます。いくつかの LED 駆動ピンを繰り返し入力に切り替えて電圧の減衰時間をサンプリングすることで行われ、この時間は周囲光レベルにおおむね比例します。

モーションセンサー

micro:bit 1.5 バリアントには、3 軸センシングと磁界強度センシングを提供する加速度計・磁力計一体型チップが搭載されています。 また、ハードウェアによるオンボードのジェスチャー検出（落下検出など）も備えており、さらにソフトウェアアルゴリズムによって追加のジェスチャー検出（例: ロゴ上向き、ロゴ下向き、シェイク）も行います。 標準ランタイムのソフトウェアアルゴリズムは、オンボード加速度計を使用して、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較正する必要があり、その較正プロセス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。 V1.5 micro:bit には、2種類の異なるモーションセンサー用のフットプリントがあります。1つは ST 製（LSM303AGR）、もう1つは NXP 製（FXOS8700CQ）です。micro:bit DAL はこれら両方のセンサーをサポートしており、実行時に検出します。現在までに、すべての V1.5 ボードは LSM303AGR を搭載して製造されています。NXP 製の部品に移行する場合は、一連のテストが必要になり、DAL and Devices メーリングリストに通知します。

温度センシング

nRF51 アプリケーションプロセッサーには、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利用でき、周囲温度の推定値を提供します。

汎用入出力ピン

エッジコネクタは、アプリケーションプロセッサーの GPIO 回路の多くを引き出しています。これらの回路の一部は micro:bit のほかの機能と共有されていますが、追加された回路の多くは、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 データシートによると、GPIO ピンは std-drive（0.5mA）モードおよび high-drive（5mA）モードで使用でき、同時に high-drive モードにできるのは最大 3 ピンです。

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ー搭載）、または上部コネクタに接続したバッテリーを介して供給できます。また、注意して扱えば、底部の 3V パッドから micro:bit に給電することも可能です。底部の 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むため、およびメインコンピューターとの間でシリアルデータを送受信するために使用されます。

USB 通信

micro:bit はオンボードの USB 通信スタックを備えており、これ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ています。このスタックにより、MICROBIT ドライブにファイルをドラッグアンドドロップしてアプリケーションプロセッサーにコードを読み込むことができます。また、USB 経由で外部ホストコンピューターと micro:bit アプリケーションプロセッサーの間でシリアルデータをストリーミング送受信でき、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 プロトコルをサポートします。

デバッグ

インターフェイスプロセッサーは、特殊なホストツールと組み合わせて、アプリケーションプロセッサー上で動作しているコードをデバッグするために使用できます。アプリケーションプロセッサーとは 2 ピンの Serial Wire Debug（SWD）経由で接続します。KL26 インターフェイスプロセッサーのコードも、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ーへ初期ブートローダーコードを書き込んだり、失われたブートローダーを復旧したりする場合です。

機械仕様

重要な寸法をすべて含む、micro:bit の便利な 2D および 3D CAD 図面とモデルが用意されています。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用画像やプロジェクト画像を生成するための基礎として利用できるだけでなく、たとえば 3D プリンティングによるアタッチメントの正確な製作の基礎としても利用できます。

追加情報

• BBC 技術仕様

• I2C 仕様（要ログイン）

• SPI「仕様」

• Kok Ho Huen 提供の Fritzing 図