BBC: micro:bit hardver uređaja - PINOVI

Od čega se sastoji Micro:BIT koji uskoro stiže hrvatskim osnovnoškolcima?

Micro:BIT je mikrokontroler na pločici baziran na ARM Cortex-M0 mikrokontroleru, radi na 16 MHz te ima 256 KB Flash memorije i 16 KB RAM memorije.

Maskimalna jakost struje po pinu je 5 mA i takvih smije biti maksimalno 3 istovremeno u pogonu. Isto tako, nije pametno na njih spajati zvučnik jer on često može izazvati povratni napon koji može oštetiti Micro:BIT.
S obzirom da je nakrcan dodatnom opremom, nameće se logičan zaključak kako je Micro:BIT prvenstveno namijenjen učenju programiranja, a ne razvoju elektronike, iako može poslužiti i kao dobar mikrokontroler za manje projekte.
S obzirom na tako malene mogućnosti struje kod Micro:BIT-a, razvijen je rubni konektor koji služi za razvoj dodatnih kontrolera. Jedan koji ćemo sigurno češće viđati u školskim projektima je driver za motore. Takvi driveri gotovo obavezno imaju vlastito napajanje te time motori nisu ovisni o miliamperima koje može pružiti Micro:BIT.
Ovaj Kitronikov driver može upogoniti 2 DC motora te radi na napajanju od 4,5 V do 6 V. Njegov rubni konektor opskrbit će Micro:BIT sa 3 V napona kako bi sam Micro:BIT mogao raditi i time je idealan za razvoj jednostavnijih autića na baterije.
Driver potražite na adresi


Nakon kratkog uvoda, posvetimo se detaljnije svakom dijelu micro:bit pločice:

Procesor – 32-bit ARM Cortex

Centralni dio računala zadužen za izvođenje vašeg programa i upravljanje svih ostalim dijelovima računala. Riječ je o 32-bitnom procesoru male potrošnje, koji radi na brzini od 16 MHz, uključuje integriranu radnu memoriju od 16 kB te ujedno ima ugrađenu podršku za Bluetooth tehnologiju. Iako je sa stanovišta današnje tehnologije riječ o procesoru prilično ograničenih kapaciteta, s obzirom na složenost programa kakvi se pripremaju tijekom učenja programiranja na ovom uređaju, riječ je o sasvim dovoljno procesorske snage za izvođenje takvih programa. Ugrađena podrška za Bluetooth tehnologiju također predstavlja vrlo bitan dio uređaja zbog alternativnog načina prijenosa podataka prema okolini (uz standardni mikro USB priključak).

MicroUSB priključak
Predstavlja glavni način interakcije računala sa svijetom te ujedno uobičajeni način na koji se program napisan za BBC prenosi s razvojnog računala (najčešće standardnog Windows računala s preglednikom) na BBC. Budući da se putem USB priključka osim podataka može prenositi i energija (dobro poznati način punjenja mobilnih uređaja), kad je BBC na takav način spojen na glavno računalo za normalan rad mu nije potreban nikakav dodatni izvor energije.

Akcelerometar
Dodatna komponenta smještena na osnovnu ploču računala namijenjena je otkrivanju promjena u brzini i položaju uređaja na kojem se nalazi (samo BBC računalo). Uz pomoć akcelerometra program u računalu može otkriti da je potrebno izvesti određene prilagodbe u prikazu podataka na vanjskom uređaju zaduženom za prikaz podataka (ili osnovnom LCD ekranu), odnosno poslati odgovarajuće naredbe nekom drugom uređaju spojenom na BBC računalo, kako bi pravilno reagirao na promjene otkrivene pomoću akcelerometra.

Kompas
Dodatni uređaj koji može otkriti da je došlo do promjena u položaju računala, ali ovaj put tako da mjeri promjene u magnetnom polju Zemlje. Na taj način moguće je izmjeriti pomicanje uređaja u prostoru na način kako to radi standardni kompas – u stupnjevima. Prikupljeni podaci mogu se iskoristiti izravno u BBC računalu ili se poslati dodatnim uređajima spojenim na računalo kako bi oni izveli odgovarajuću operaciju.

Tipka Reset
Ima dvostruku namjenu. Običan pritisak na tipku izaziva reset (restart) programa učitanog u računalo, to jest njegovo ponovno izvođenje ispočetka. Međutim, ako se ista tipka drži pritisnuta za vrijeme spajanja BBC-a s drugim računalom preko mikro USB priključka, onda BBC prelazi u poseban način rada za održavanje (maintenance mode).  Za vrijeme dok je BBC u ovakvom načinu rada uz pomoć točno propisanog postupka od strane proizvođača, može se u računalo učitati nova verzija sistemskog softwarea (takozvani firmware). Ovo nije baš postupak koji bi trebali raditi kao početnik u programiranju, pa ga nećemo ni detaljnije objašnjavati. U slučaju da nehotice uđete u način rada za održavanje zbog slučajnog pritiska tipke reset u krivom trenutku (trenutku spajanja), dovoljno je da odpojite BBC s drugog računala te ponovo napravite spajanje pazeći pri tome da tijekom spajanja ne držite pritisnutu tipke Reset.

Bluetooth Smart antena
Kad se nešto naziva antena obično očekujete da “strši” negdje izvan uređaja. U ovom slučaju antena je izvedena malo drugačije pa se nalazi “nacrtana” na osnovnoj ploči BBC računala. Postojanje antene je neophodno da bi Bluetooth tehnologija mogla normalno djelovati, to jest da bi se putem nje mogli razmjenjivati podaci s drugim uređajima s ugrađenom podrškom za istu tehnologiju.

“Ekran” sastavljen od 25 crvenih LED dioda
Predstavlja glavni izlazni uređaj ugrađen na samom BBC računalu. Pomoću vlastitog programa može se upravljati paljenjem i gašenjem svake pojedinačne LED diode u matrici 5 x 5 dioda, odnosno upravljati jačinom osvjetljenja. Da bi se upravljalo pojedinačnom diodom u vlastitom programu potrebno je poznavati oznaku svake diode (način obilježavanja prikazan je na pratećoj slici uz tekst). Iako je riječ o vrlo primitivnom “ekranu”, zapravo je sasvim dovoljan za prve korake u programiranju. Sistemski dio softvera ugrađen u BBC pojednostavljuje prikaz slova ili čak čitavih poruka tako da na ekran jednostavno šaljete znakove umjesto da u takvim situacijama također brinete o paljenju i gašenju svake pojedine diode kako bi prikazali traženo slovo.

Žuta LED dioda
Osim opisanog ekrana od 25 crvenih LED dioda na uređaju se nalazi još jedna žuta LED dioda. Žuta dioda po potrebi trepće kako bi signalizirala korisniku da se nešto događa s uređajem.

Dva gumba za ulaz
Slično kao što je izlaz podataka pojednostavljen na ekran dimenzija 5 x 5 dioda, tako je ulaz podataka sveden na svega dva gumba čiji se pritisak može provjeriti u vlastitom programu. U principu sasvim dovoljno kako bi u programu mogli potvrditi i odbaciti neku operaciju.

Digitalno/analogni priključci (3 komada)
Omogućavaju spajanje dodatnih senzora poput mjerača temperature na BBC računalo. Više detalja o korištenju ovog dijela uređaja nalazi se u nastavku teksta.

Namijenjen je komunikaciji BBC računala s vanjskim uređajima. Također, više detalja u nastavku teksta.

Ova dva priključka (nula i napon) namijenjena su napajanju vanjskih uređaja spojenih na BBC računalo njegovom vlastitom energijom. Ne može se očekivati da takav uređaj zahtijeva baš puno energije od BBC računala, jer ga ono jednostavno ne može isporučiti.

I bez zadnja tri nabrojena dijela zadužena za povezivanje BBC-a s okolinom može se učiti programiranje te pisati zanimljivi programi. Međutim, tek uz njihovo korištenje BBC može postati središte ozbiljnijeg projekta. Zato ćemo još malo dodatnog teksta posvetiti upravo ovim dijelovima. Na ovom mjestu samo s njihove hardverske strane, dok se dio o programiranju nalazi u ostalim prilozima.
Svi navedeni priključci (pinovi) nalaze se na istoj strani matične ploče računala. Digitalno/analogni priključci su većih dimenzija i označeni brojevima 0, 1 i 2. Iste veličine su i oznake GND i 3V, a one, kao što je prije spomenuto, služe za napajanje vanjskog uređaja. Tri digitalno/analogna priključka predstavljaju priključke opće namjene pa se zato na njih mogu spajati različiti uređaji – najčešće različite vrste senzora. Ista tri priključka mogu po potrebi mjeriti različite analogne vrijednosti napona, pa to predstavlja drugi mogući način njihovog korištenja. Način na koji se veliki pinovi mogu koristiti za povezivanje s drugim uređajima (u konkretnom slučaju malim zvučnikom), prikazan je na pratećoj slici uz tekst.
Ostali, manji pinovi redom su označeni brojevima od 3 (na strani gdje je oznaka 0 za veliki pin) do 22 (na suprotnoj strani), s tim da sami brojevi pinova nisu otisnuti na ploči BBC računala, kao što je to slučaj kod velikih pinova. Postoji još jedna bitna razlika između velikih i malih pinova. Dok su veliki namijenjeni isključivo za komunikaciju s drugim vanjskim uređajima, neki od malih pinova su podijeljeni s drugim komponentama BBC računala. Na primjer, pin 3 podijeljen je Col 1 LED diodom pa se za analogno/digitalnu obradu može koristiti samo ako je odgovarajuća LED dioda isključena.

Slijedi kratko objašnjenje pinova:

pin 3: općenamjenski IO pin podijeljen s LED Col 1.

pin 4: općenamjenski IO pin podijeljen s LED Col 2.

pin 5: općenamjenski IO pin podijeljen s gumbom A. Može se koristiti za povezivanje BBC računala s dodatnim (vanjskim) gumbom na uređaju, tako da se jedan kontakt gumba poveže s ovim pinom (zbog podržanog napajanja od 3 V), a drugi na GND.

pin 6: općenamjenski IO pin podijeljen s LED Col 9.

pin 7: općenamjenski IO pin podijeljen s LED Col 8.

pin 8: IO pin posebne namjene zadužen za slanje i primanje digitalnih signala.

pin 9: općenamjenski IO pin podijeljen s LED Col 7.

pin 10: općenamjenski IO pin podijeljen s LED Col 3.

pin 11: općenamjenski IO pin podijeljen s gumbom B. Može se koristiti za povezivanje BBC računala s dodatnim gumbom na isti način kao i gumb A.

pin 12: IO pin posebne namjene zadužen za slanje i primanje digitalnih signala.

pin 13: općenamjenski IO pin koji se koristi obično za Serial Clock (SCK) signal za Serial Peripheral Interface (SPI) bus.

pin 14: općenamjenski IO pin koji se koristi za Master In Slave Out (MISO) signal za SPI bus.

pin 15: općenamjenski IO pin koji se koristi za Master Out Slave In (MOSI) signal za SPI bus.

pin 16: IO pin posebne namjene zadužen za SPI ‘Chip Select’ funkciju.

pinovi 17 i 18: pinovi zaduženi za napajanje od 3V slično kao veliki PIN iste namjene.

pinovi 19 i 20: zaduženi su za clock signal (SCL) i data line (SDA) za I2C komunikacijski protokol. Korištenjem I2C protokola više različitih uređaja može biti spojeno na istu sabirnicu zbog komunikacije s procesorom. Na primjer, akcelerometar i kompas iz samog BBC kompleta upravo na takav način komuniciraju s procesorom.

pins 21 i 22: Spojeni su s GND i nemaju nikakvu drugačiju funkciju.

Za razliku od velikih pinova na koje se izravno mogu spajati drugi uređaji (senzori) pomoću odgovarajućih konektora, mali pinovi zahtijevaju da se prvo na njih spoji EDGE konektor na kojeg se spajaju ostali uređaji.

U situacijama kad BBC ne prima energiju preko prije spomenutog mikro USB priključka, neophodno napajanje za normalan rad uređaja izvodi se preko posebnog priključka za baterije i kućištem s predviđenim mjestom za dvije AAA 1,5 V baterije. To su dobro poznate baterije kakve idu u većinu daljinskih upravljača pa ih zato sigurno nabavljate s vremena na vrijeme za kućne potrebe. Navedeno kućište se isporučuje u kompletu sa samim BBC računalom.
Kad se BBC računalo pomoću mikro USB kabela spoji na desktop računalo, osim što se pokrene napajanje uređaja, desktop računalo detektira BBC računalo kao novi uređaj vanjske memorije. Na taj način omogućen je prijenos podataka (prije svega) programa na BBC računalo. A tu već dolazimo do priče o programiranju, odnosno do drugih tekstova iz našeg priloga.