Overview
ボード概要 2.0
ハードウェアブロック図
2.0 ブロック図
micro:bit ハードウェアを使い始める
micro:bit は、さまざまな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含むシングルボードコンピュータ（SBC）です。その他の周辺機能はこのチップに接続されています。
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に接続されており、ドラッグ＆ドロップによるコード書き込みプロセスを含む、USB インターフェイス経由の通信を管理します。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 の内部構造を理解するうえで役立つ重要な情報が 2 つあります。
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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。
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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 の理解や独自のバリアントの設計に関心のある人にとっての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
nRF52 アプリケーションプロセッサ
nRF52 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、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ロードされ、実行されます。 ユーザーがアクセス可能な GPIO ピンはすべて、このプロセッサによって提供されます。 ボード上には 2.4GHz 無線周辺機能が搭載されており、オフチップのアンテナを介して Bluetooth とカスタム無線機能を提供します。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| モデル | Nordic nRF52833 |
| コア種別 | FPU 搭載 Arm Cortex-M4 32 ビットプロセッサ |
| フラッシュ ROM | 512KB |
| RAM | 128KB |
| 速度 | 64MHz |
| デバッグ | SWD, J-Link/OB |
| 詳細情報 | ソフトウェア, nRF52 データシート |
Bluetooth 無線通信
ボード上の 2.4GHz は、完全認証済みの Bluetooth Low Energy スタックを提供する Nordic S113 SoftDevice を介した Bluetooth 通信をサポートしています。 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。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| スタック | Bluetooth Low Energy（BLE）対応 Bluetooth 5.1 |
| 周波数帯 | 2.4GHz ISM（Industrial, Scientific and Medical） 2.4GHz..2.41GHz |
| チャネル | 2MHz チャネルが 50 個あり、そのうち使用されるのは 40 個のみ（0 から 39）、アドバタイジングチャネルは 3 個（37,38,39） |
| 感度 | Bluetooth Low Energy モードで -93dBm |
| 送信出力 | -40dBm から 4dBm |
| 役割 | GAP Peripheral & GAP Central |
| 混雑回避 | Adaptive Frequency Hopping |
| プロファイル | BBC micro:bit profile |
| 詳細情報 | Bluetooth |
低レベル無線通信
ボード上の 2.4GHz トランシーバーは、その他のさまざまな無線通信規格をサポートしており、その上に microbit-radio プロトコルを構築しています。 このプロトコルは、他の micro:bit デバイスなど、これをサポートする他のデバイス間で、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 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 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、ユーザーが簡単にデバイスのアドレッシングとフィルタリングを管理できるようにしています。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| プロトコル | Micro:bit Radio |
| 周波数帯 | 2.4GHz |
| チャネルレート | 1Mbps または 2Mbps |
| 暗号化 | なし |
| チャネル | 80 (0..80) |
| グループコード | 255 |
| 送信出力 | 0(-30dbm) から 7 (+4dbm) までの、ユーザーが設定可能な 8 段階 |
| ペイロードサイズ | 32（標準）255（再設定した場合） |
| 詳細情報 | Micro:bit Radio |
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、タクト式のモーメンタリ押しボタンです。背面ボタンは、システムリセットのために KL27 インターフェイスプロセッサおよび nRF52 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利用できるようプログラムできます。 A と B はソフトウェアでデバウンスされ、短押し、長押し、および ‘A+B 同時’ 押下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’、押されているときは論理 ‘0’ になります。 A ボタンと B ボタンはいずれも、micro:bit のエッジコネクタからもアクセス可能な GPIO ピンに接続されています。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| 種類 | タクト式ユーザーボタン 2 個、タクト式システムボタン 1 個 |
| デバウンス | (A & B) ソフトウェアデバウンス、54ms 周期 |
| プルアップ | (A & B) 外部 4K7, (System) 10K |
ディスプレイ
ディスプレイは 5x5 の LED アレイです。 これは 5x5 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知にも使用され、一部の 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、周囲光レベルにおおむね比例する値を取得します。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| 種類 | 小型表面実装赤色 LED |
| 物理構造 | 5x5 マトリクス |
| 電気構造 | 5x5 |
| 輝度制御 | ソフトウェア制御、最大 255 段階 |
| センシング | ソフトウェアアルゴリズムによる周囲光推定 |
| センシング範囲 | TBC、消灯から最大点灯まで 10 段階 |
| 色感度 | 赤中心、赤は 700nm |
モーションセンサー
micro:bit には、3軸センシングと磁場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あります。 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り追加のジェスチャーセンシング（例: logo-up、logo-down、shake）も行えます。 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測定値をボード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、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。
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。実装されるセンサーは常にどちらか1つのみです。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| モデル | LSM303AGR |
| 機能 | 3軸磁場、3軸加速度、2/4/8/16g レンジ |
| 分解能 | 8/10/12 ビット |
| オンボードジェスチャー | ‘freefall’ |
| その他のジェスチャー | その他のジェスチャーは、ランタイム内のソフトウェアアルゴリズムによって実装されます。 |
温度センシング
nRF52 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介して利用でき、周囲温度の概算値を 提供します。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| タイプ | nRF52 オンコア |
| 測定範囲 | -40C .. 105C |
| 分解能 | 0.25C 刻み |
| 精度 | +/-5C（未較正） |
| 詳細情報 | DAL Thermometer |
スピーカー
ピンで PWM により音声を出力できることに加え、micro:bit には PCB 実装の磁気スピーカーがあり、音声出力はこのスピーカーにも出力されます。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| タイプ | JIANGSU HUANENG MLT-8530 |
| SPL | 80dB @ 5V, 10cm |
| 自己共振周波数 | 2700Hz |
| 詳細情報 | データシート |
マイクロフォン
オンボードの MEMS マイクロフォンが micro:bit に音声入力を提供し、ボード前面の内蔵 LED インジケーターは、このマイクに電源が供給されているときにユーザーへ知らせます。
このマイクロフォンには 33K:1K（電源対グラウンド）の外部バイアス回路があり、マイク入力ピンに AC 結合されています。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| タイプ | Knowles SPU0410LR5H-QB-7 MEMS |
| 感度 | -38dB ±3dB @ 94dB SPL |
| SNR | 63dB |
| AOP | 118db SPL |
| 周波数範囲 | 100Hz ~ 80kHz |
| 指向特性 | 無指向性 |
| 詳細情報 | データシート |
汎用入力/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 のほかの機能と共有されていますが、一部のソフトウェア機能を無効にすれば、これらの追加回路の多くを汎用用途に再割り当てできます。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| リング | 3つの大型 IO リングと2つの大型電源リング、4mm プラグおよびワニ口クリップに対応 |
| GPIO 機能 | 19 本の割り当て可能な GPIO ピン |
| 2本は外部 I2C インターフェイス専用です | |
| 6本はディスプレイまたは光センシング機能に使用されます | |
| 2本はオンボードボタン検出に使用されます | |
| 1本はアクセシビリティインターフェイス用に予約されています | |
| 19本はデジタル入力またはデジタル出力として割り当て可能です | |
| 19本は最大 3 つの同時 PWM チャネル用に割り当て可能です | |
| 19本は 1 つのシリアル送信チャネルと 1 つのシリアル受信チャネル用に割り当て可能です | |
| 6本はアナログ入力ピンとして割り当て可能です | |
| 3本はオプションの SPI 通信インターフェイスに割り当て可能です | |
| 3本は最大 3 つの同時タッチセンシング入力用に割り当て可能です | |
| ADC 分解能 | 10 ビット（0..1023） |
| エッジコネクタ | エッジコネクタ |
| ピッチ | 1.27mm、80 極両面 |
| Pads | 4mm の穴付き 5 つのパッド |
電源供給
micro:bit への電源は、USB コネクタの 5V、または JST コネクタに接続した 3V バッテリーから供給できます。注意すれば、エッジコネクタ上の 3V /GND リングから micro:bit に給電することも可能です。下部の 3V /GND リングは、外部回路への電源供給に使用できます。ボードは、短絡保護のためのサーマルカットアウトを備えた、最大 300mA 仕様の LDO を使用しています。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| 動作範囲 | 1.8V .. 3.6V |
| 動作電流（USB およびバッテリー） | 最大 300mA |
| オンボード周辺機器の電流予算 | 90mA |
| バッテリーコネクタ | JST S2B-PH-SM4-TB |
| エッジコネクタ経由で供給可能な最大電流 | 190mA |
| 詳細情報 | 電源供給 |
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 への新しいコードの書き込みや、メインコンピュータとの間でのシリアルデータの送受信に使用されます。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| モデル | MKL27Z256VFM4 |
| コアバリアント: | Arm Cortex-M0+ |
| フラッシュ ROM | 256KB（128kB は不揮発性ストレージ用に予約） |
| RAM | 16KB |
| 速度 | 48MHz |
| デバッグ機能 | SWD |
| 詳細情報 | DAPLink, KL27 リファレンスマニュアル（ログイン後に閲覧可能） KL27 データシート |
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、ファイルを MICROBIT ドライブへ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にコードを読み込ませることができます。また、USB 経由で外部ホストコンピュータと micro:bit アプリケーションプロセッサ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向けに CMSIS-DAP 仕様もサポートしています。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| コネクタ | USB micro, MCR-B-S-RA-SMT-CS5-TR |
| USB バージョン | 2.0 Full Speed device |
| 速度 | 12Mbit/sec |
| サポートされる USB クラス | Mass Storage Class (MSC) |
| Communications Device Class (CDC) | |
| CMSIS-DAP HID & WinUSB | |
| WebUSB CMSIS-DAP HID | |
| 詳細情報 | DAPLink |
デバッグ
インターフェースプロセッサは、専用のホストツールと組み合わせて使用することで、アプリケーションプロセッサ上で実行されているコードをデバッグできます。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します。インターフェースプロセッサのコードは、その内部 SWD ソフトウェアデバッグインターフェース経由でもデバッグできます。これは、たとえば製造時にこのプロセッサへ初期ブートローダーコードをロードしたり、失われたブートローダーを復旧したりするために使用できます。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| プロトコル | Serial Wire Debug (SWD) |
| オプション | DAPLink (CMSIS-DAP) |
| JLink/OB（異なるファームウェア経由） |
機械的仕様
重要な寸法をすべて含む、micro:bit の優れた 2D および 3D CAD 図面とモデルをいくつか用意しています。これらのモデルは、micro:bit の魅力的な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ベースとして使用できるほか、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ベースとしても使用できます。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| 寸法 | 51.60mm(w) 42.00mm(h) 11.65mm(d)、ボタンから基板までの奥行き 4.55mm、スピーカーから基板までの奥行き 3.00mm、JST コネクタから基板までの奥行き 5.50mm |
| 重量 | 未定 |