Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Poznejte BBC Micro: bit

Je na čase podívat se na mikro: bit, což je docela působivé malé zařízení, a vidět, co je na jeho malém povrchu (4,5 × 5 cm - to je fakturováno BBC jako přibližně poloviční velikost kreditní karty). ). Zpravidla zavádím nové uživatele do zařízení, jako je tento, zkoumáním každé komponenty jeden po druhém, pohybem ve směru hodinových ručiček kolem desky, a to se zdá být naprosto rozumnou cestou, kterou je třeba vzít nyní. Budu odkazovat na stranu micro: bit s USB napájecím konektorem a micro: bit logo jako zadní, a strana s řadou LED diod a dvě tlačítka jako přední (obrázky A a B).

Počínaje zády

Poznámka editora: Tento příspěvek je upraven z nové knihy Make: od Wolfa Donata, Začínáme s mikro: bitem.

Počínaje nahoře (12 hodin) na zadní straně máme standardní USB mikro port (ne USB mini port). Když připojíte mikro: bit k počítači, port se používá pro napájení desky i pro přenos dat z počítače. Deska vyžaduje k provozu 3,3V. USB nabízí přibližně 5V, takže regulátor slouží ke snížení vstupního napětí na úroveň, kterou může deska použít, když je napájena z počítače.

Mějte však na paměti, že tento port není nutný pro napájení ani pro přenos dat. Mikro: bit můžete napájet pomocí akumulátoru a programy můžete načíst do desky (nazývané také blikající deska) prostřednictvím technologie Bluetooth a zařízení podporujícího technologii Bluetooth, například smartphonu nebo notebooku. To se může hodit, pokud instalujete svůj mikro: bit na nepřístupném místě, jako je projektová skříňka nebo pohřbený hluboko uvnitř zátěže elektroniky a elektroinstalace; můžete flash deska s novým programem pouhým příchodem do několika metrů.

LED diody

Přímo vedle portu USB je před tlačítkem stisknuta malá žlutá LED dioda, kterou si pravděpodobně nevšimnete, dokud nezapojíte přístroj do počítače. Jedná se o stavovou diodu LED a jejím účelem je jednoduše informovat uživatele o tom, že mikro: bit dělá něco, zda načítá program nebo odesílá data.

Vedle portu USB a stavové LED je momentální tlačítko, které slouží jako resetovací tlačítko. Když má deska na palubě program a provádí jej, stiskem tohoto tlačítka ho obnovíte na začátek tohoto programu, jako kdyby byla deska vypnuta a poté znovu zapnuta. Toto tlačítko není uživatelem programovatelné; je pouze pevně zakódován jako resetovací tlačítko. Pokud jste hráli s Arduinem, jste obeznámeni s konceptem tohoto tlačítka as ním používaným. Je užitečné, když vaše deska zamrzne, pokud potřebujete restartovat program z nějakého důvodu, nebo pokud potřebujete resetovat desku na poslední známou konfiguraci.

Připojení

Vedle tlačítka reset je další napájecí port. Tento port má dva vývody a je připojen k externímu zdroji napájení, pokud není zařízení napájeno přes rozhraní USB. Základní zařízení je dodáváno s akumulátorem, který obsahuje dvě baterie AAA; Zásuvka konektoru Molex se připojí k zástrčkám na konektoru.

Pokračujte ve směru hodinových ručiček a uvidíte malý černý integrovaný obvod (IC), který se trochu odtrhne od okraje desky (Obrázek C). Jedná se o USB řadič, který umožňuje CPU komunikovat s USB portem. Je to čip ARM Cortex-M0 +, který umožňuje nejen komunikaci přes USB, ale také reguluje napájení 5V z portu USB až na hodnotu 3,3 V, kterou musí mikro: bit pracovat. Regulátorová část čipu není nutná nebo používaná, pokud napájíte desku bateriemi.

Obrázek C. Mikrokontrolér USB

Nyní se dostáváme ke dnu desky a jeho klavírnímu vzhledu. Každý z těchto pětadvaceti jednotlivých „pokovených“ proužků je univerzální vstupní / výstupní (GPIO) pin, ke kterému má uživatel přístup. To může být obtížné udělat, pokud nemáte okraj konektor, ale piny označené 0, 1, 2, 3V a GND (na přední straně desky) jsou snadno přístupné buď s malým krokem aligátor nebo banánovou zátku (obrázek D).

Obrázek D. Jednoduchá připojení

Stále ve směru hodinových ručiček, přímo nad kolíky na levé straně, je první z palubních senzorů, akcelerometr. Tento miniaturní černý IC je plně funkční tříosý akcelerometr Freescale MMA8652, který komunikuje s procesorem pomocí protokolu I2C. Má 12 bitů rozlišení a komunikuje s datovými rychlostmi od 1,56 Hz do 800 Hz - v širokém rozsahu možností v závislosti na vašich potřebách a projektu. Ne, není to profesionální devítiosá inerciální měřicí jednotka (IMU), jakou najdete v mnoha autopilotech (například), ale tři osy by měly být dostatečné pro většinu jednoduchých projektů mikro: bitů. Máte vždy možnost upgradu a připojení výkonnějšího senzoru pomocí pinů GPIO, pokud to váš projekt vyžaduje.

Vedle akcelerometru je další palubní senzor, kompas / magnetometr. Podobně jako akcelerometr je tento IC tříosým digitálním magnetometrem Freescale MAG3110. Lze jej použít buď jako kompas nebo detektor kovů, a stejně jako akcelerometr komunikuje s CPU přes sběrnici I2C. Měří magnetická pole s výstupním datovým tokem až 80 Hz a má citlivost 0,1 mikrotesla.

Protokol I2C

I2C (nebo I hranatý C nebo IIC) je zkratka pro inter-integrovaný obvod, a je komunikační protokol, který byl vyvinut společností Philips Semiconductor a vydán v roce 1982. Jedná se o multi-master, multislave protokol, který umožňuje více zařízením komunikovat mezi sebou. obvykle na krátké vzdálenosti. I2C je sériová sběrnice, která je často používána s mikrokontroléry, čidly (jako jsou mikroprocesorové desky) a malými vestavěnými zařízeními. Většina jedno-palubních počítačů, jako je Raspberry Pi a mnoho dalších senzorů, od barometrů až po moduly GPS až po magnetometry až po teploměry a další, má nativní podporu protokolu I2C a zůstává jedním z nejjednodušších, nejzákladnějších způsobů komunikace s uživateli. externí zařízení a senzory z centrálního CPU.

Procesor

Po těchto dvou senzorech přicházíme do srdce a mozku celé věci - procesoru (obr. E). Tento malý černý čtverec je 32bitový procesor ARM Cortex M0 s pamětí flash s kapacitou 256 kB a pamětí RAM 16 kB, běžící na 16 MHz. Je kompatibilní s technologií Bluetooth a má zabudovaný nízkoenergetický transceiver 2,4 GHz Bluetooth.

Obrázek E. CPU ARM

Co tedy všechno znamená v kontextu schopností a moci? Především je to 32bitový stroj, takže není tak rychlý ani výkonný jako 64bitové procesory, na které si všichni zvykneme. Pro tento malý stroj je však více než dostatečně rychlý. Paměť flash s kapacitou 256 kB označuje paměť, která je zachována, když není napájení; jinými slovy, když odpojíte mikro: bit z počítače nebo z jeho baterie, obsah flash paměti je zachován, jako pevný disk v počítači nebo notebooku. Zde jsou uloženy vaše hexadecimální soubory a proto se program bude opakovat při každém zapnutí zařízení. Teď, 256 KB nemusí vypadat jako spousta paměti (většina souborů JPEG je větší než například), ale hexadecimální soubory, ve kterých jsou vaše programy uloženy, jsou malé. 256 kB hex soubor by byl docela statný program.

Na druhé straně obsah 16 kB paměti RAM zmizí pokaždé, když zařízení ztratí napájení, stejně jako paměť RAM ve vašem počítači. Tato dávka paměti je místo, kde mikro: bit provádí výpočty; přesune data z registrů do paměti RAM, provede to, co potřebuje, a pak ji znovu přesune. Vzhledem k tomu, že 16 KB není mnoho prostoru, omezuje možnosti mikro: bitů, ale deska nikdy nebyla navržena tak, aby dokázala provádět mnoho těžkých zvedacích operací. Namísto toho dává větší důraz na výpočty a výpočty zemědělských podniků na jiné, výkonnější zařízení, jako je například smartphone, a pouhým použitím mikro: bit pro shromažďování a zobrazování dat. Je užitečné si uvědomit, že mikro: bit, podobně jako jiné platformy IoT, je nutně velmi nízkoenergetickým zařízením a výkonnější palubní procesor by používal nezdravé množství energie. Je docela impozantní, že čip ARM je tak silný, jak je to pro množství energie, kterou používá - maximálně okolo 0,03 wattů, což je přibližně jedna setina oproti standardnímu nočnímu světlu.

Nízkoenergetická anténa Bluetooth

Konečně, abychom dokončili naši cestu kolem zadní strany desky, přicházíme k téměř neviditelné anténě Bluetooth Low-Energy (BLE) těsně nad procesorem. Pokud nakloníte mikro: bit právě ve světle, můžete vidět čtvercovou vlnovou konstrukci vloženou do desky v levém horním rohu. Tato anténa umožňuje, aby deska komunikovala s jakýmikoli jinými objekty podporujícími technologii Bluetooth, které jsou vzdálené méně než 100 metrů. BLE, také nazývaný Bluetooth Smart protokol, umožňuje přenos dat rychlostí 1 až 3 megabity za sekundu, to vše při použití méně než 15 miliampérů. Nejen, že to umožňuje flash palubě na dálku s notebookem nebo smartphone, ale také vám umožní posílat data ze senzoru do jiného zařízení, aniž by se museli starat o vypouštění baterií. Předpokládá se, že BLE vám umožní provozovat zařízení po dobu několika týdnů nebo dokonce měsíců pomocí jednoduché knoflíkové baterie.

Jaký je rozsah BLE?

I když zveřejněné specifikace pro Bluetooth Low-Energy uvádějí provozní dosah 100 metrů, můj editor a já jsme měli pochybnosti o tom, jaký je skutečný rozsah těchto zařízení, a tak jsem se rozhodl provést několik neformálních testů. Pro oba testy jsem použil aplikaci „Najít můj telefon“, která vyžaduje párování mikro: bit s telefonem. Aplikace načte tabulku na tabuli, která vás požádá o stisknutí levého tlačítka (A). Když to uděláte, odešle do telefonu signál Bluetooth a telefon se ozve „Yoo-hoo! Tady jsem! “Na vás, dokud nestisknete tlačítko potvrzení. Pro první test jsem spároval se svou deskou a pak jsem prošel domem, viděl jsem, jak daleko jsem mohl dostat dřív, než telefon přestane reagovat. Výsledky byly přinejmenším neuspokojivé: na jasné trase zraku ztratil telefon signál ve vzdálenosti asi 8 metrů. Když jsem otočil roh, okamžitě jsem ztratil signál a telefon se odpojil od mikrofonu.

Na druhý test jsem si vzal telefon a mikro: bit na místní fotbalové hřiště, kde bych se nezabýval lokálními WiFi signály, stěnami, kovem a dalšími možnými rušeními, elektromagnetickými a jinými. Opět jsem spároval telefon s mikro: bitem a odcházel, dokud telefon na zařízení neodpověděl. Výsledky? Jako zklamáním jako uvnitř. Nejvzdálenější jsem byl schopen se dostat dříve, než telefon přestal odpovídat, byl opět 26 stop. Zdálo se, že výsledky ovlivňuje několik proměnných, jako je například umístění telefonu a mikro: bit. držet telefon jedním způsobem zvýšil rozsah, zatímco držení mikro: bit jiným způsobem se komunikace naprosto nemožné. Více pokusů vedlo k maximální komunikační vzdálenosti asi 8 metrů.

Specifikace BLE se pravděpodobně vztahují pouze na idealizované podmínky - v polstrované místnosti, uzavřené ve Faradayově kleci atd. Navíc velikost a tvar vaší antény může znamenat skutečný rozdíl a anténa na mikro: bit je docela malá . Zjistil jsem, že některé zprávy online lidí, kteří dosahují vzdálenosti přes 200 metrů, jsem tyto výsledky nemohl duplikovat nebo potvrdit. V reálném světě se zdá, že se budete moci spolehnout pouze na připojení Bluetooth, když se nacházíte ve stejné místnosti jako váš micro: bit. Mějte to na paměti při navrhování svých budoucích aplikací.

Na přední straně

Dobře, to je zadní strana desky, kde jsou všechny akce v zákulisí. Podívejme se ještě jednou na přední stranu (Obrázek F).

Obrázek F. Další pohled na přední část mikro: bit

Přední část mikro: bit může být tam, kde se stane, že se s ním kouzlo, ale opravdu tam moc není. Na každé straně je tlačítko, A a B, programovatelné uživatelem. Mezi nimi je pětipatrová matice LED s nízkým výkonem, z nichž každá je opět programovatelná. Ty mohou být použity k posouvání textu, zobrazování vzorů, zobrazování šipek směřujících do určitých směrů a téměř cokoli jiného, ​​co si můžete představit s mřížkou dvaceti pěti drobných světel.

Podél dna je řada GPIO pinů, o kterých jsme hovořili dříve, i když zde můžete vidět štítky pro nejčastěji používané špendlíky. Nejlepším způsobem, jak se k těmto pinům dostat, je zakoupení hranového konektoru na hraně konektoru a jednoduše zasunutí mikroskopu do slotu vpředu nahoře nahoru, jak vidíte na obrázku G. Tato průlomová deska vystavuje dvojitou řadu kolíků více ty, které jste pravděpodobně používali pro přístup na vaši desku Raspberry Pi, a umožňují používat vodiče záhlaví, které již máte pravděpodobně ve své sadě nástrojů. Mějte však na paměti, že počet pinů je zavádějící; kolíky jsou dvojitě naskládané, což znamená, že každý pár sousedních pinů vede k jednomu GPIO kolíku na mikro: bitu. Nemusíte se však připojit k oběma pinům, abyste mohli pracovat s tímto pinem GPIO. Jeden nebo druhý je dostačující.

Obrázek G. Mikro: bit vložen do hranové desky

Takže je to prohlídka malého mikroprocesoru. Je to velmi základní zařízení, které má být snadno použitelné a stále dostatečně výkonné, aby mohlo dělat zajímavé věci. Jako zařízení pro experimentátory a fandy je to ve srovnání s Raspberry Pi trochu méně výkonné, ale také vyplňuje úplně jiný výklenek než Pi a jeho ilk.

Další informace o této úžasné malé zařízení prostřednictvím Začínáme s mikro: bit, k dispozici u všech knihkupců.

Podíl

Zanechat Komentář