Micro Bit

BBC micro:bit

BBC micro:bit v1版的背面。
研發商	BBC Learning, BBC R&D, ARM Holdings, Nordic Semiconductor, NXP Semiconductors, Lancaster University, Microsoft, Python Software Foundation, element14, TechnologyUs, Samsung, ScienceScope, Barclays
類型	單板微控制器
發布日期	學校：2015年9月（延期） 公眾：2015年10月（延期） 首次遞交給教師於2016年2月[1]
系統晶片	Nordic nRF51822 SoC。
中央處理器	16 MHz ARM Cortex-M0微控制器。
記憶體	256 KB Flash，16 KB RAM。
連接介面	Bluetooth LE，MicroUSB，邊緣連接器。
網站	microbit.org

Micro Bit（也叫做BBC Micro Bit，或風格化為micro:bit）是基於ARM架構的單板電腦，由英國廣播公司（BBC）設計，用於英國的電腦教育。

電路板大小為4cm×5cm，擁有1個ARM Cortex-M0處理器，內建加速度感測器和磁力感測器，通訊介面包括藍牙和USB，可透過網頁編程，直接把程式匯入。顯示器由25個 (5*5) 紅色LED組成，可以顯示單色圖案或動畫。2個可程式化按鈕，可以用USB或者外部電池包來供電^[2]。裝置輸入和輸出為環孔連接器和邊緣連接器。

裝置大小可描述為信用卡的一半大小^[3]，首發的最終製造產品^[4][update]，實測為43mm×52mm，它包括有:

• Nordic（英語：Nordic Semiconductor） nRF51822 SoC – 16 MHz 32-bit ARM Cortex-M0微控制器，包含了256 KB快閃記憶體，16 KB靜態主記憶體，整合了2.4 GHz藍牙低功耗協定棧和Nordic專有RF無線傳輸協定的模組^{[2][5][6][7][8]}，nRF51由於低功耗設計，不內建SysTick可程式化間隔定時器（英語：Programmable interval timer）。
• NXP/Freescale KL26Z MCU – 48 MHz 32-bit ARM Cortex-M0+核心微控制器，包含了全速USB 2.0 OTG控制器等。它擔任串行及除錯配接器^[9]，是在使用者電腦和nRF51目標MCU之間的介面MCU，使用者PC通過USB HID類連接經由介面MCU對目標MCU進行除錯（JTAG-AP）和刷寫程式（MEM-AP）^[10]，並通過CDC類連接經由介面MCU與目標MCU進行串行通訊^[11]。
• 三軸加速度感測器 – 經由I²C匯流排^[12]，v1.3*版是NXP/Freescale MMA8652，v1.5版是運動感測器ST LSM303AGR。
• 磁力感測器 – 經由I²C匯流排，可充當羅盤等^[12]，v1.3*版是NXP/Freescale MAG3110，v1.5版併入運動感測器ST LSM303AGR。
• 前面有由25個LED構成5×5矩陣的顯示器^[8]。
• 3個觸覺按鈕，前面2個為使用者按鈕A和B，背面1個為reset^[13]。
• 背面有MicroUSB連接器，和電池連接器^{[2][8][12][14]}。

I/O包括環孔連接器：3個GPIO（P0、P1、P2），1個電源正極（3V），1個接地即電源負極（GND），它們接納鱷魚夾（英語：Crocodile clip）或4mm香蕉插頭（英語：Banana connector）^[13]；邊緣連接器針腳（英語：Pinout）（也稱為金手指）的標號，依次為micro:bit裝置抽象層（DAL）指定的：P3、P0、P4-P7、P1、P8-P12、P2、P13-P16、3V（3個）、P19-P20、GND（3個），共19個可設定的GPIO（未引出內部使用的P17、P18）。其中5個可完全自由使用（P0-P2、P8、P16），6個共享於LED陣列顯示器（P3、P4、P6、P7、P9、P10），2個共享於按鈕A、B（P5、P11），1個保留給無障礙介面輸入（P12）；可設定出1路SPI匯流排（P13-P15），1路I²C匯流排（P19-P20），1對UART串行收發；可設定出6個類比輸入（P0-P4、P10），3個輕觸感應輸入（P0-P2），3個PWM輸出^[15]。

在連接了USB的情況下，KL26Z負責對這個PCB餘下部份供電，將USB供給的5V±5%電壓規整降至3.3V。KL26Z限定最大電流120mA，電源環孔或針腳輸出可能只餘下90mA。在使用電池連接器供電時，電池不為KL26Z供電，nRF51供電和電源環孔或針腳輸出都來自電池。還可以謹慎的從電源環孔或針腳向micro:bit供電，從電池連接器、環孔或針腳擇一供電時都不可超過3.6V極值^[16]。

版本2（v2）在2020年10月13日發行，包括了^[17]：

• Nordic nRF52833 – 64 MHz 32-bit ARM Cortex-M4微控制器，512 KB快閃記憶體，128 KB靜態主記憶體，Nordic S113 SoftDevice^[18]提供的2.4 GHz藍牙低功耗無線網路，整合的溫度感測器。
• NXP/Freescale KL27Z – 48 MHz ARM Cortex-M0+核心微控制器，預編程為全速USB 2.0控制器，用在USB和CPU之間的通線介面。
• 要麼ST LSM303要麼NXP FXOS8700 – 三軸的組合加速度和磁力感測器，經由I²C匯流排。
• Knowles MEMS麥克風，具有內建LED指示燈。
• Jiangsu Huaneng MLT-8530電磁式揚聲器。
• MicroUSB連接器，JST PH電池連接器，25針邊緣連接器。
• 由25個LED構成的5×5矩陣顯示器。
• 三個觸覺按鈕（兩個給應用，一個給reset）和一個輕觸感測器按鈕。

在micro:bit v2中，可以長按3秒reset按鈕來關閉主機板^[19][20][21]。

Micro Bit的軟體是使用ARM Mbed開發工具建立的^[22]，並且採用了其編程介面DAPLink^[23]，裝置在連接到電腦的時候，是作為一個USB大容量儲存裝置而出現的^[14]。蘭卡斯特大學開發了micro:bit執行時系統（有時稱為裝置抽象層），提供了事件驅動編程和鍵-值儲存機制^[24]，採用了Nordic半導體（英語：Nordic Semiconductor）的nRF51 SDK^[25]和S110 SoftDevice^[26]，以及Mbed的BLE API^[27]，並與藍牙技術聯盟協同運作開發了客製化的BLE profile^[28]。使用者用C/C++語言編寫的應用程式，可以通過Mbed線上編譯器^[22]、Mbed CLI^[29]、GNU MCU Eclipse^[30]或Keli µVISION^[31]等開發工具，利用ARM編譯器^[32]或GNU ARM工具鏈^[33]來進行編譯，編譯後的目的碼接著通過USB連接或手機app藍牙連接而被刷寫到裝置中。

在micro:bit基金會網站^[34]上有側重於教育的2個官方線上代碼編輯器：

• Microsoft MakeCode^[35]，是JavaScript Blocks編輯器和瀏覽器內編譯器，曾經稱為Microsoft PXT編輯器，PXT^[36]（編程實驗工具包）完全在使用者瀏覽器中執行，它通過內建的ARM Thumb編譯器生成目的碼，瀏覽器同時還裝載了預編譯的micro:bit執行時系統，從而與使用者目的碼連結成最終目的碼，還可以在刷寫入裝置之前在內建的micro:bit模擬器中見到它的執行效果^[37]。
• MicroPython，是完整的Python 3語言實現，包含了Python標準庫的一個小子集，帶有音樂程式語言和語音合成器，本地檔案系統，被推薦用於做進一步的編程實驗^[38][39]。使用者可以在web編輯器中寫Python指令碼，其原始碼被附加於MicroPython實現韌體的後面，把這個最終複合韌體下載後刷寫到裝置中，MicroPython執行後將附隨的原始碼編譯成位元組碼並在虛擬機器中執行，由於主記憶體限制在MicroPython內未啟用nRF51的藍牙協定棧^[40]。可以通過USB串行連接訪問MicroPython REPL，從而可直接互動於Micro Bit的外設。MicroPython的編輯器還有給初學者在PC上用Mu^[41]，和線上blocks編輯器EduBlocks^[42]。

針對micro:bit的其他開發工具有：

• Espruino^[43]，是面向網路應用開發的JavaScript直譯器韌體^[44]，直譯器有執行狀態持久儲存和復位機制，支援行內組合語言，由於將micro:bit的主記憶體大量用於了藍牙功能，不提供ES6特徵和進階庫函式。可以通過USB串行連接，或通過在支援了Web Bluetooth^[45]的瀏覽器中執行Web IDE^[46]對它進行互動訪問，IDE也有可選的blocks編輯器。
• Arduino nRF5^[47]，是針對基於Nordic半導體nRF5開發板的Arduino Core^[48]。
• Node.js庫：node-bbc-microbit^[49]，從Node.js用BLE控制micro:bit；bbc-microbit-io^[50]，針對micro:bit的Johnny-Five^[51]（JavaScript機器人及IoT平台）IO外掛程式。

除了micro:bit執行時系統所採用的Mbed OS 2^[52]，以及nRF51 SDK支援的CMSIS-RTOS RTX^[53][54][55]，可以在micro:bit上執行的嵌入式作業系統還有：Zephyr，Apache Mynewt（英語：Apache Mynewt），RIOT。

針對micro:bit的其他程式語言有：uLisp^[56]、Mecrisp Forth^[57]、Free Pascal^[58]、GNAT Ada^[59]、TinyGo^[60]、Rust^[61]、Swift^[62]等。其他互動語言有Scratch3.0^[63]、Dyalog APL^[64]、Simulink編碼器支援包^[65]、Node-RED模組^[66]、App Inventor + IoT^[67]、BlockyTalkyBLE^[68]等。

Micro Bit被設計用來鼓勵兒童活躍的投入為電腦書寫軟體和建造新東西，而不是成為媒體的消費者^[2]。它被設計為並肩工作於其他系統，比如Raspberry Pi^[69]，它也建造在BBC在電腦教育中的BBC Micro這項遺產之上^[70]。

Micro Bit的開發匯集了眾多夥伴與BBC一起工作：

• ARM控股 – 提供Mbed開發工具、韌體和編譯器服務^[71]。
• Nordic半導體（英語：Nordic Semiconductor） – 為這個裝置提供目標MCU和BLE協定棧^[2]。
• NXP半導體 – 提供介面MCU、USB控制器和感測器^[2]。
• 藍牙技術聯盟 – 與蘭卡斯特大學協同運作開發客製化的Bluetooth LE profile^[72]。
• 蘭卡斯特大學 – 開發這個裝置的執行時系統，與藍牙技術聯盟協同運作開發客製化的Bluetooth LE profile^[71]。
• 微軟 – 貢獻了自己在TypeScript等方面的軟體專門知識。它在其TouchDevelop平台上為這個裝置客製化了專題專案^[73]，還開發了這個裝置的教師訓練材料^[2]。
• Python軟體基金會 – 將MicroPython移植到這個裝置，建立本機和基於web的初學者友好的Python代碼編輯器，出品大量教育資源並為教師建立有組織的開發者領導的工場^[74][75]。
• Farnell element14（英語：Farnell element14） – 監督這個裝置的製造^[2]。
• Technology Will Save Us – 設計這個裝置的物理外觀，編寫出廠演示程式^[13]。
• 三星集團 – 開發Android app並幫助把裝置連接到智慧型手機和平板電腦^[71]。
• ScienceScope – 開發iOS app並把這個裝置發布到學校^[71]。
• 巴克萊銀行 – 提供產品遞送和外展活動^[71]。
• 惠康基金會 – 為教師和學校提供學習機會^[71]。
• STEMNET – 提供STEM大使來支援學校和教師並聯絡第三方比如Bloodhound SSC和Cisco^[76]。
• 思科系統 – 向STEMNET提供人員和資源來資助國家首展^[76]。
• Creative Digital Solutions – 開發教師材料，工場和外展活動^[76]。
• Code Club – 建立一系列引導9到11歲兒童的編碼資源並通過志願者遞送執行編碼俱樂部^[76]。
• Kitronik – 為BBC micro:bit生產並分發5500份e-textile kit給英國內的D&T教師。設計硬體比如Motor Driver board來允許BBC micro:bit控制裝置比如電動機和伺服系統^[76]。
• Tangent Design – 建立BBC micro:bit品牌標識並開發web站點^[76]。

BBC研究發展部（英語：BBC Research & Development）建立了原型裝置和軟體棧^[77]，在最初宣布中進了展示^[78]，在學校中測試了這項提議，並為合作夥伴後續建設提供了參考規定^[79]。

在成功的於英國推出了micro:bit之後，BBC將BBC micro:bit的未來交付給新成立的非營利性Micro:bit教育基金會^[80]。從BBC到Micro:bit教育基金會的遷移首先是將官方網站從www.microbit.co.uk轉移到了microbit.org^[81]。

Premier Farnell（英語：Premier Farnell）負責管理BBC micro:bit的製造，監督各廠商進貨所有部件並在各自的加工工廠生產micro:bit^[82]。

於2018年，香港教育城與資訊科技教育領袖協會（AiTLE）、香港大學專業進修學院（HKUSPACE）及 Micro:bit Alliance合辦了十七場「Micro:bit 教師工作坊」，工作坊分五種程度授課，由Micro:bit的基礎功能至進階應用技巧皆有涵蓋。部份內容被納入香港中小學的資訊科技課程中^[83]。

• Arduino
• Raspberry Pi
• BBC Micro

• micro:bit IoT In C （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Networking with the micro:bit （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

• 官方網站
• GitHub上的BBC micro:bit repository
• GitHub上的micro:bit Educational Foundation repository
• GitHub上的Awesome micro:bit － A curated list of BBC micro:bit resources
• GitHub上的micro:bit target for PXT repository
• The micro:bit runtime (developed by Lancaster University) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Bitty Blue provides a collection of fun things to do with the micro:bit and Bluetooth. Available for Android and iOS.
• Bluetooth troubleshooting guide （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Reset the micro:bit to factory defaults （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）