micro:bit 硬件结构

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micro:bit 是一款基于ARM-mbed平台的单板电脑,micro:bit 在只有半张信用卡大小的PCB上集成了nRF51应用处理器和一系列与它连接的外围设备,如陀螺仪、运动传感器、LED阵列、蓝牙等设备。 micro:bit 还包含一个连接到应用程序处理器的接口处理器 KL26 ,接口处理器的主要工作是管理USB通信并支持图形化拖放代码。接口处理器不连接任何外围设备。

micro:bit 硬件结构
micro:bit 硬件结构

nRF51 处理器

nRF51应用程序处理器作用是支持用户程序的运行。一个包含用户代码,运行代码和蓝牙堆栈加载的完整应用程序从处理器的flash内存直接读取。GPIO引脚也由该处理器提供。芯片通过外接天线提供2.4GHz蓝牙无线功能。

项目特性描述
型号Nordic nRF51822-QFAA-R rev 3
核心ARM Cortex-M0 32 bit processor
Flash ROM256KB
RAM16KB
处理速度16MHz
DebugSWD, jlink/OB

蓝牙

板载的 2.4GHz 蓝牙传输设备支持蓝牙通信,并提供了一个完整蓝牙低功耗协议栈。使得 micro:bit 能够与各种蓝牙设备进行通信,包括智能手机和平板电脑。

项目特性描述
协议Bluetooth 4.1 with Bluetooth low energy
频带2.4GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) 2.4GHz..2.41GHz
通道50 2MHz channels, only 40 used (0 to 39), 3 advertising channels (37,38,39)
灵敏度-93dBm in Bluetooth low energy mode
Tx 功率-20dBM to 4dBm in 4 dB steps
RoleGAP Peripheral
Congestion avoidanceAdaptive Frequency Hopping
Profiles1 BBC micro:bit profile

无线通信

板载 2.4GHz 无线通信设备支持许多无线电通信标准,包括专有的 Nordic Gazell 协议,该协议提供了一个非常简单的数据广播无线电接口,用于与支持专有协议的其他设备之间的通信,如其他的 micro:bit 设备。无线通信接口就是建立在这个Gazell协议之上的。此外,micro:bit 运行时软件为每个数据负载添加了一个“ group code ”,允许进行简单的用户管理设备寻址和过滤。

项目特性描述
协议Nordic Gazell
频宽2.4GHz
信道速率 1Mbps or 2Mbps
加密None
通道101 (0..100)
群码255
Tx 功率Eight user configurable settings from 0(-30dbm) to 7 (+4dbm)
有效载荷 32 (standard) 255 (if reconfigured)

按键

micro:bit 前端的两个按钮和背面的一个按键,动作反应速度都很快。后端的按键连接到KL26接口处理器和nRF51处理器,用于系统重置。用户可以对前端按钮A和B进行个性化编程。A和B按键可由软件编程控制,实现短按、长按、A+B同时按下的检测。按键在反向供电模式下工作,通过内置上拉电阻确保按钮释放时逻辑值为“1”,按下按钮时逻辑值为“0”。A和B按钮都连接到GPIO引脚,也可以通过micro:bit edge访问。

LED显示阵列

micro:bit 的显示器是一个5×5的LED阵列。程序运行时软件反复高速刷新LED矩阵,使其处于用户视觉感知不到LED闪烁的范围。同时,这个LED矩阵也被用来感知环境光,通过将一些LED驱动脚切换到输入端并采样电压衰减时间,这大致与环境光的水平成正比。

运动传感器

1.5版本的micro:bit 集成有一个组合加速度计和磁强度计芯片,实现3轴感应和磁场强度感应,可以实现一些硬件上的手势检测(如跌倒检测),和通过软件算法的附加手势感知(如登高、登高、抖动)等功能。标准的软件算法使用板载加速度计将读数转换为独立于板方向的罗盘读数。罗盘在使用前必须进行校准,校准过程由运行时软件自动启动。设备通过I2C总线连接到应用程序处理器。

根据官方资料 v1.5 micro:bit 有两种型号的运动传感器版本:一个ST (LSM303AGR),另一个NXP (FXOS8700CQ),这两个运动传感器都支持 micro:bit DAL的检测。 到目前为止,所有的v1.5板都是用的LSM303AGR。

温度传感器

nRF51应用处理器有一个内置的温度传感器,提供对环境温度的检测。

项目特性描述
型号on-core nRF51
范围-25C .. 75C
精度0.25C steps
误差范围+/-4C (uncalibrated)

GPIO接口

GPIO连接器引出了应用程序处理器的许多GPIO。这些电路中的一些接口与micro:bit的其他功能是共享的,如果关闭一些功能,这些接口的很多是可以重新分配用途的。

micro:bit GPIO
micro:bit 接口定义

注:nRF51规定GPIO引脚可以在std-drive (0.5mA)和high-drive (5mA)模式下工作,每次同时工作在high-drive模式下的引脚最多为3个。