micro:bitを構成する部品(背面)

2017-09-302021-01-14

micro:bit(マイクロビット)の背面に取り付けられた部品の特徴を紹介します。

お知らせ

2020年11月、micro:bitの新しいバージョンであるmicro:bit V2の国内販売が始まりました。micro:bit V2で追加された機能などについては「付録1-9.micro:bit V2の変更点」をご覧ください。

1-3-1.実機で構成する部品をみる(背面)

micro:bit(マイクロビット)は、およそ4cm×5cmのプリント基板にさまざまな部品が収められた小型のコンピューターボードです。micro:bitの背面に取り付けられた部品を実機でみてみましょう。

図1-3-1-1が、micro:bitの背面です。背面には、32ビットARM Cortex-M0ベースのプロセッサーを中心に、地磁気センサー(コンパス)・三軸加速度センサー・USBコネクター・電源コネクター・システムボタン(Rボタン)・ステータスLEDを搭載しています。また、IoTで使われる無線通信規格の一つであるBLE(Bluetooth Low Energy)に対応し、BLEアンテナも搭載しています。

1-3-2.プロセッサー(メイン・インターフェース)

micro:bitには、二つのプロセッサーが搭載されています。一つは、ブロックエディターなどで作成したプログラムを実行するメインプロセッサーです。もう一つは、そのプログラムを書き込むためのインターフェースプロセッサーです。

まず、メインプロセッサーを見てみましょう。micro:bitのメインプロセッサーには、ノルディックセミコンダクター社のnRF51822が採用されています。nRF51822は、32bit ARM Cortex-M0・フラッシュメモリー・アナログおよびデジタル周辺機器・業界最小の消費電力を誇る2.4GHz無線モジュールなどを集積したSoC(System on Chip)で、IoTで使われる無線通信規格の一つであるBLE(Bluetooth Low Energy)に対応しています。動作周波数は16MHz、16KBのRAM・256KBのフラッシュメモリーを搭載しています。また、nRF51822内に温度センサーを内蔵しています。

micro:bitは、平成29年6月30日に、技術基準適合証明等を受けた機器(技適)として登録されています。工事設計認証番号は「018-170172」です。技術基準適合証明等を受けた機器の検索(総務省)で検索することができます。

次に、インターフェースプロセッサーを見てみましょう。micro:bitのインターフェースプロセッサーには、NXP社のKL26Zが採用されています。このKL26Z上では、DAPLinkと呼ばれるソフトウェアが動作しており、メインプロセッサーのメモリー領域へプログラムを書き込む機能・USBを介した仮想シリアルポート機能などが提供されます。

DAPLinkは、KL26Zのファームウェアとして、随時更新されており、https://github.com/ARMmbed/DAPLink/releasesから最新分がダウンロードできます。現在インストールされているファームウェアのバージョンは、micro:bitをパソコンへ接続したときに表示されるファイル「DETAILS.TXT」の中に記述されています。

1-3-3.BLE(Bluetooth Low Energy)アンテナ

BLE(Bluetooth Low Energy)アンテナです。

1-3-4.地磁気センサー(コンパス)

地磁気センサー(コンパス)で、方位を知ることができます。取得できる値は、北を基点として時計回りに、0～359です。(北:0、東:90、南:180、西:270)

地磁気センサーを使用する場合、最初にキャリブレーション(較正)が必要です。プログラム実行時に、キャリブレーションが必要かどうかを自動的に判断して、LED画面に「TILT TO FILL SCREEN」と表示されます。micro:bitを傾けながら、LED画面をすべて点灯させると、キャリブレーション終了です。

micro:bitは、地磁気センサーに、NXPセミコンダクターズ社のMAG3110を採用しています。MAG3110は、I2Cシリアル通信でプロセッサーに接続され、アドレスは0x0Eです。

1-3-5.三軸加速度センサー

三軸加速度センサーは、micro:bit本体の前面を上にした状態で、左右(X軸)・前後(Y軸)・上下(Z軸)の加速度を、-2G～+2Gの範囲で知ることができます。取得できる値は、X軸が-2032～2048(左方がマイナス、右方がプラス)・Y軸が-2032～2048(後方がマイナス、前方がプラス)・Z軸が-2048～2032(上方がプラス、下方がマイナス)です。但し、いずれの値も、落下方向に重力加速度の影響を受けています。

常に、重力加速度の影響を受けていることから、micro:bitが静止した状態では、左右(X軸)・前後(Y軸)の傾き、裏表(Z軸)を知ることができます。micro:bitの前面を上にして、水平にした状態では、X軸・Y軸の値が0付近、Z軸の値が-1023付近となります。これは、Z軸に対して、重力加速度(1G)が下向きにかかっているからです。

右に傾けることでX軸の値がプラス(左はマイナス)、前方に傾けることでY軸がプラス(後方はマイナス)となり、いずれも垂直時に重力加速度の影響が最大値(1G)となります。

micro:bitは、三軸加速度センサーに、NXPセミコンダクターズ社のMMA8653を採用しています。MMA8653は、I2Cシリアル通信でプロセッサーに接続され、アドレスは0x1Dです。

1-3-6.ステータスLED

ステータスLEDは、USBによってmicro:bitへ電源供給が行われている場合、オレンジ色に点灯します。そして、システムに何かが発生したとき、点滅します。例えば、パソコンからmicro:bitへプログラムを転送している間、ステータスLEDは点滅します。

1-3-7.リセットボタン(Rボタン)

リセットボタンを押と、micro:bitは再起動して、プログラムを最初から実行します。

また、リセットボタンを押しながらUSBケーブルでパソコンに接続すると、メンテナンスモードという特別な状態で接続されます。パソコンには、MAINTENANCEドライブとして表示されます。メンテナンスモードは、インターフェースプロセッサーKL26Zのファームウェア(DAPLink)をバージョンアップするときなどに使用します。

1-3-8.USBコネクター

micro:bitには、USB2.0のマイクロBコネクターが搭載され、マイクロUSBケーブル(A-マイクロB)でパソコンに接続します。パソコンに接続することで、プログラムの転送やシリアル通信が行えるほか、micro:bitに電源を供給することができます。電源用コネクターに電池をつなぐ必要はありません。

シリアル通信については、「micro:bitでWindowsパソコンとシリアル通信」の記事をご覧ください。