ハードウェア概要 - micro:bit 開発者ドキュメント日本語版

BBC micro:bit について

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搭載する、容易にプログラム可能なシングルボードコンピュータ（SBC）です。その他の周辺機器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がアプリケーションプロセッサに接続されており、ドラッグアンド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 の周辺機器にはいずれも接続されていません。

micro:bit の内部を理解するうえで役立つ重要な情報は、次の 2 つです。

デバイスの詳細な部品データと接続関係を示す回路図
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

ボード概要 2.2

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 1 つ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。ユーザーが利用可能なすべての 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 無線周辺機能があり、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
コアバリアント	Arm Cortex-M4 32 bit processor with FPU
フラッシュ ROM	512KB
RAM	128KB
速度	64MHz
デバッグ	SWD
詳細情報	Software, nRF52 datasheet

Bluetooth 無線通信

オンボードの 2.4GHz アンテナは、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 5.1 with Bluetooth Low Energy（BLE）
帯域	2.4GHz ISM（産業・科学・医療用）2.4GHz..2.41GHz
チャネル	50 個の 2MHz チャネル、使用されるのは 40 個のみ（0 ～ 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 ～ 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

オンボードの 2.4GHz トランシーバーは、その他の複数の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、対応するデバイス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 上の複数の言語に現れる ‘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、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 8 段階のユーザー設定可能な値
ペイロードサイズ	32（標準）255（再構成した場合）
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。背面のボタンは、システムリセットのためにインターフェイスプロセッサと nRF52 プロセッサの両方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使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ており、短押し、長押し、および ‘A+B 同時’ 押下の検出も含まれます。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 ボタンの両方は、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）ソフトウェアでデバウンス、54ms 周期
プルアップ	（A & B）外付け 4K7、（システム）10K

ディスプレイ

ディスプレイは 5x5 配列の LED 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、人間の残像効果の範囲内に収まり、ちらつきは知覚されません。この LED マトリクスは周囲光の検出にも使われており、一部の LED 駆動ピンを繰り返し入力に切り替えて電圧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よそ比例する値を得ます。

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
電気的構造	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	未定、消灯から全点灯まで 10 レベル
色感度	赤中心、赤は 700nm

モーションセンサー

micro:bit には、3 軸センシングと磁界強度センシングを提供する、加速度計と磁力計を組み合わせたチップがあります。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）に加え、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）も備えています。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校正する必要があり、その校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実装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。搭載されるセンサーは常に 1 つだけです。

項目	詳細
モデル	LSM303AGR
機能	3 軸磁界および 3 軸加速度、2/4/8/16g レンジ
解像度	8/10/12 ビット
オンボードジェスチャ	‘freefall’
その他のジェスチャ	その他のジェスチャは、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。これは標準のランタイムソフトウェア経由で公開されており、周囲温度の推定値を提供します。

項目	詳細
種類	オンコア nRF52
測定範囲	-40C .. 105C
解像度	0.25C 刻み
精度	+/-5C（未校正）
詳細	DAL Thermometer

スピーカー

ピン上の PWM による音声出力に加えて、micro:bit には PCB 実装の磁気スピーカーがあり、音声出力はそちらにもミラーされます。

項目	詳細
種類	JIANGSU HUANENG MLT-8530
SPL	80dB @ 5V, 10cm
自己共振周波数	2700Hz
詳細	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 インジケーターが、マイクに電源が供給されているときにユーザーに知らせます。

このマイクロフォンには 33K:1K（電源対グランド）の外部バイアス回路があり、マイクロフォン入力ピンに AC 結合されています。

項目	詳細
種類	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	データシート

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と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 の機能	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
	6 本は表示または光センシング機能に使用
	2 本はオンボードボタンの検出に使用
	1 本はアクセシビリティインターフェイス用に予約
	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
	19 本は最大 3 本の同時 PWM チャネル用に割り当て可能
	19 本は 1 本のシリアル送信チャネルと 1 本のシリアル受信チャネル用に割り当て可能
	6 本はアナログ入力ピンとして割り当て可能
	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
	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
ADC 解像度	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
パッド	5 つのパッド、4mm の穴付き

電源

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。注意して扱えば、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。基板では最大 300mA まで仕様化された LDO を使用しており、短絡保護のためのサーマルカットアウトを備えています。

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	電源

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ー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。

部品の入手性の都合により、V2.2X デバイスには異なるインターフェイスチップを搭載した 2 つのバリアントがあります。限定的なロットのデバイスは nRF52833-QDAA を使用して製造され、その後のデバイスは nRF52820-QDAA を使用して製造されています。

2 つのチップバリアントは同じファミリーに属するため、同じ DAPLink ファームウェアイメージが両方のチップで動作し、まったく同じ機能を提供します。

項目	詳細
モデル	nRF52833-QDAA
コア種別:	64 MHz Arm® Cortex®-M4F
フラッシュ ROM	512KB（128kB はファームウェアに使用、128kB は不揮発性ストレージ用に予約、残りは未使用）
RAM	128KB（32 KB のみ使用）
速度	64MHz
デバッグ機能	SWD
詳細	DAPLink, nRF52833 データシート

項目	詳細
モデル	nRF52820-QDAA
コア種別:	64 MHz Arm® Cortex®-M4
フラッシュ ROM	256KB （128kB は不揮発性ストレージ用に予約）
RAM	32KB
速度	64MHz
デバッグ機能	SWD
詳細	DAPLink, nRF52820 データシート

USB 通信

micro:bit にはオンボードの USB 通信スタックがあり、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、アプリケーションプロセッサにコードをロードするために、 MICROBIT ドライブへファイルをドラッグアンドドロップできます。また、外部ホストコンピューターとの USB 経由で micro:bit のアプリケーションプロセッサと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 フルスピードデバイス
速度	12Mbit/sec
対応 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されているコードをデバッグするために、特別な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します。インターフェイ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イスを介してデバッグすることもできます。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です。

項目	詳細
プロトコル	Serial Wire Debug (SWD)
オプション	DAPLink (CMSIS-DAP)

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 図面とモデルを用意しています。これらのモデルは、micro:bit の非常に優れたマーケティング用画像やプロジェクト用画像を生成するための基礎として使用できます。また、たとえば 3D プリントによるアタッチメントを正確に製造するための基礎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深さ 4.55mm、スピーカーから基板までの深さ 3.00mm、JST コネクタから基板までの深さ 5.50mm
重量	TBC

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