Micro:bit简介
Micro:bit 是一款专为青少年编程教育设计的微型可编程计算机，由英国广播公司（BBC）联合微软、三星、ARM等科技企业于2016年推出。其核心目标是降低编程学习门槛，通过“动手实践”激发青少年对计算机科学、电子技术和创新的兴趣。它有一个5×5 LED矩阵屏幕、两个按键、一组引脚、一个加速度计、一个电子罗盘、一个温度传感器和一个蓝牙无线通信模块。它可以通过编程来控制LED矩阵屏幕、读取传感器数据、与其它设备进行通信等操作，是一款非常适合初学者的教育用硬件。由于Micro:bit开放了其硬件与软件接口，因此也受到了全世界创客们的热烈欢迎。
硬件规格：小身材大能力
Micro:bit的尺寸仅约5cm×5cm（信用卡大小），但集成了丰富的传感器、交互模块和通信接口，具体配置如下：
核心计算单元
- 处理器：搭载 Nordic nRF51822 芯片（32位ARM Cortex-M0架构），主频16MHz，兼顾低功耗与基础计算能力。
- 存储：256KB Flash（存储程序代码），16KB RAM（临时数据存储）。
交互与传感器
- 5×5 LED矩阵：可显示文字、图案、动画（支持滚动效果），是最直观的输出设备。
- 2个可编程按钮（A/B）：物理按键，可自定义点击、长按等交互逻辑。
- 传感器：
- 加速度计（Kionix KXG03）：检测运动（如摇晃、倾斜、跌落），支持X/Y/Z三轴数据。
- 磁力计（Honeywell HMC5883L）：测量磁场强度，可作电子罗盘或接近传感器。
- 温度传感器：内置温度检测（精度约±2℃）。
- 光线传感器：通过LED矩阵背光间接感知环境亮度（需编程实现）。
通信与扩展
- 蓝牙BLE 4.0：支持无线连接手机、平板或其他micro:bit，实现数据传输或远程控制。
- GPIO引脚：提供25个通用输入输出引脚（其中3个支持PWM，2个支持模拟输入），可外接传感器（如光线、声音）、执行器（如电机、舵机）或LED灯带。
- 电源：支持USB供电（充电/数据传输）或2节AAA电池（续航约数小时，取决于使用强度）。
其他细节
- 防水防尘：表面无严格密封，但可应对日常轻微泼溅（非专业防水）。
- 重量：约8g，轻便易携带，适合课堂或户外活动。
V2.0相比 V1.5的升级
Micro:bit 的 v2.0（2020年发布） 是对初代 v1.5（2016年发布） 的全面升级，主要在硬件性能、传感器、交互功能和软件支持上进行了优化，更贴合现代编程教育和创客需求。
硬件架构：性能大幅提升
| 维度 | micro:bit v1.5 | micro:bit v2.0 |
| 主控芯片 | Nordic nRF51822（32位ARM Cortex-M0内核） | Nordic nRF52833（32位ARM Cortex-M4F内核） |
| 主频 | 16MHz | 64MHz（最高128MHz，动态调整） |
| 存储 | 256KB Flash（程序存储） / 16KB RAM（运行内存） | 512KB Flash（程序存储） / 128KB RAM（运行内存） |
| 功耗 | 基础模式约10mA，深度睡眠约1μA | 优化低功耗设计（如空闲模式功耗更低） |
关键差异：v2.0的Cortex-M4F内核支持浮点运算（FPU）和DSP指令，计算能力是v1.5（Cortex-M0无浮点单元）的数倍，更适合运行复杂算法（如传感器数据融合、快速傅里叶变换）或MicroPython代码（解释器效率更高）。
传感器与交互：新增核心功能
v1.5的传感器仅包含加速度计+磁力计，而v2.0大幅扩展了交互能力：
| 维度 | micro:bit v1.5 | micro:bit v2.0 |
| 基础传感器 | 加速度计（3轴）、磁力计（3轴）、温度传感器 | 同v1.5，但精度优化（如温度误差更小） |
| 新增传感器 | 无 | 电容式触摸传感器（覆盖整个机身，可检测手指轻触或接近）
内置麦克风（支持声音检测，如拍手触发） 内置扬声器（支持声音播放，如音乐、语音） |
| 交互方式 | 按钮A/B、LED矩阵、传感器 | 新增触摸交互（无需物理接触，轻触机身即可）、声音输入/输出 |
典型应用场景：v2.0可直接实现“拍手亮灯”“触摸感应音乐”“语音提示”等项目，而v1.5需外接麦克风或扬声器模块才能实现类似功能。
通信与扩展：兼容性与灵活性增强
| 维度 | micro:bit v1.5 | micro:bit v2.0 |
| 蓝牙 | BLE 4.0（蓝牙低功耗） | BLE 5.0（支持更远距离、更低功耗、更快连接） |
| GPIO引脚 | 25个引脚（其中3个PWM，2个模拟输入） | 25个引脚（兼容v1.5引脚定义），但部分引脚优化：
l 支持PWM精度提升 l 模拟输入范围扩展（0-3.3V→0-1.8V，避免过压损坏） |
| 扩展支持 | 需额外扩展板连接复杂模块（如电机驱动） | 兼容v1.5扩展板（如micro:bit Motor Driver），同时支持更多第三方传感器（因接口更稳定） |
关键差异：v2.0的BLE 5.0兼容性更好（可连接手机/平板更稳定），且PWM精度提升后，电机控制、LED渐变等效果更平滑。
软件与生态：功能扩展与优化
两者均支持MakeCode（图形化+Python）和C/C++，但v2.0的软件生态更丰富：
| 维度 | micro:bit v1.5 | micro:bit v2.0 |
| MakeCode编辑器 | 基础积木块（无触摸/声音相关模块） | 新增触摸传感器积木、声音控制积木（如music.play()） 支持MicroPython 1.17+（优化语法和库） |
| Python支持 | 仅支持基础MicroPython（内存限制严格） | 内存翻倍（128KB RAM），支持更复杂的Python代码（如多线程、传感器数据实时处理） |
| 官方资源 | 早期课程（侧重基础编程） | 新增针对触摸/声音/蓝牙5.0的教学案例（如“智能声控灯”“音乐合成器”） |
典型代码差异：v2.0可直接用以下代码实现“触摸机身A区域播放音乐”：
from microbit import *
import music
while True:
if pin0.is_touched(): # 触摸传感器（v2.0新增）
music.play(music.POWER_UP)
外观与细节：更人性化的设计
- 外壳材质：0采用更耐用的ABS塑料（v1.5为普通塑料），边角更圆润，适合儿童长时间握持。
- LED矩阵：0的LED亮度更高（户外可见性更好），且支持“呼吸灯”等平滑动画效果（v1.5仅支持开关/滚动）。
- 按钮：0的按钮行程更短、触感更灵敏（v1.5偶有卡顿）。
如何选择？
- 选5：预算有限，仅需基础编程（如LED控制、按钮交互），或用于教学入门（无需复杂传感器）。
- 选0：追求更丰富的交互（触摸/声音）、更高性能（复杂算法/MicroPython）、更稳定的蓝牙连接，或希望项目具备扩展性（如结合AIoT）。
Micro:bit引脚详解
Micro:bit的引脚（GPIO，通用输入输出引脚）是其与外部设备交互的核心接口，支持数字信号、模拟信号、PWM（脉宽调制）、I²C、SPI、UART等多种通信协议。
Micro:bit引脚简介
BBC Micro:bit板子边缘的接口上有25个触点，这些被我们称为“引脚”。 边缘接口是上图右侧的橙色区域。板子上有5个大引脚，这些引脚同时也被连接到了板子上标注 0、1、 2、3V 和 GND 的孔上。 并且在同样的边缘有着20个小引脚。
大引脚
你可以很容易地把鳄鱼夹或者4mm的香蕉插头插到5个大引脚上。
前三个大引脚标记了0,1,2是灵活的，可以应用于很多不同的东西。这就意味着他们通常被称作通用的输入和输出（缩写为GPIO）。 通过使用一个叫做模拟-数字转换器（ADC）的东西，这3个引脚也能够读取模拟电压。 它们都有着相同的功能：
- 0：GPIO (general purpose digital input and output) with analogue to digital converter (ADC).
- 1：带ADC的GPIO
- 2：带ADC的GPIO
另外2个大引脚（3V和GND）是非常不一样的！
当心！标记了3V和GND的引脚和主板的供电有关系，并且它们永远不能连接在一起。
电源输入：如果BBC micro:bit是由USB或者电池供电，那么你可以使用3V的引脚作为一个 电源输出 来给周围供电。
- 3V: 3V 电源输出或者是电源输入。
- 电源输出: 如果BBC micro:bit是由USB或者电池供电，那么你可以用3V的引脚作为一个电源输出给周围供电；
- 电源输入: 如果BBC micro:bit不是由USB或者电池供电，你可以用3V的引脚作为一个电源输入给BBC micro:bit供电。
- GND: 为了完成电路而接地（当使用3V的引脚时需要）
小引脚
有20个小引脚从3-22顺序编号（这些引脚未在BBC micro:bit上标记，但是，它们在上图中标记）。
和3个主要用于外部连接的大引脚不一样，BBC micro:bit 板子上的其他元器件共享了一些小引脚。 例如，BBC micro:bit屏幕上的一些LED灯共享了引脚3，所以如果你想用屏幕滚动显示一些信息，你也就不能使用这个引脚了。
- 引脚 3：LED屏幕上的第一排LED灯共享的GPIO；当LED屏幕关闭时，它可以用于ADC和数字I/O。
- 引脚 4：LED屏幕上的第二排LED灯共享的GPIO；当LED屏幕关闭时，它可以用于ADC和数字I/O。
- 引脚 5：按钮A共享的GPIO。这可以让你触发或检测到按钮“A”被外力按下。 这个引脚有一个上拉电阻，这就意味着它的默认电压是3V。 如果要用一个外接按钮代替BBC micro:bit上的按钮A，把外接按钮的一端接到引脚5，另一端接到GND。 当按钮被按下，引脚5的电压被下拉至0，从而生成一个按钮被按下的事件。
- 引脚 6：LED屏幕上的第9排共享的GPIO。当LED屏幕被关闭时，它可以用作数字I/O口。
- 引脚 7：LED屏幕上的第8排共享的GPIO。当LED屏幕被关闭时，它可以用作数字I/O口。
- 引脚 8：发送和感知数字信号的GPIO口。
- 引脚 9：LED屏幕上的第7排共享的GPIO。当LED屏幕被关闭时，它可以用作数字I/O口。
- 引脚 10：LED屏幕上的第3排LED灯共享的GPIO；当LED屏幕关闭时，它可以用于ADC和数字I/O。
- 引脚 11：按钮B共享的GPIO。这可以让你触发或检测到按钮“B”被外力按下。
- 引脚 12：发送和感知数字信号的GPIO口。
- 引脚 13 ：通常用于3线串行外围接口（SPI）总线的串行时钟（SCK）信号的 GPIO。
- 引脚 14 ：通常用于 SPI 总线的 “主机输入，从机输出（MISO）” 信号的GPIO。
- 引脚 15 ：通常用于 SPI 总线的 “主机输入，从机输出（MISO）” 信号的GPIO。
- 引脚 16：专用GPIO口（通常也用于SPI芯片选择）。
- 引脚 17 和 18：这两个引脚连接3V的电源，例如：大型的3V电池板。
- 引脚 19 和 20：引出I2C总线通信协议的时钟信号（SCL）和数据线（SDA）。 I2C可以使同一总线连接多个设备，并且从CPU上发送或读取信息。 Micro:bit内置的加速度计和指南针连接到了I2C。
- 引脚 21 和 22: 这两个引脚除了连接了GND之外，并没有什么作用。
引脚功能分类
数字输入/输出（Digital I/O）
- 数字信号读写（高/低电平），支持高（3V）/低（0V）电平信号，用于控制LED、继电器、蜂鸣器或读取开关状态。
- 支持引脚：P0-P20（除特殊复用引脚）
- P3/P4默认连接按钮A/B（内部上拉），直接读取时需通过代码禁用按钮功能（否则会读取到固定值）。
- P13-P14、P15-P16等引脚因内部电路（如晶振）可能干扰信号，建议优先使用P0-P2、P5-P12等“干净”引脚。
示例代码（Python）：
pin0.write_digital(1) # P0输出高电平（3.3V） value = pin1.read_digital() # 读取P1电平状态（0或1）
模拟输入（Analog Input）
- 功能：读取0-3.3V（5）或0-1.8V（v2.0优化）的连续电压信号，用于连接传感器（如光线、温度、电位器）。
- 支持引脚：P0、P1、P2、P3、P4、P10
- 精度：10位（0-1023），分辨率约76mV。
- 用途：读取光敏电阻、电位器等模拟传感器。
- 计算电压公式：Volt = 1.8 * (Value / 1024)
PWM输出（Pulse Width Modulation）
- 功能：通过调节高/低电平占空比（0%-100%）模拟模拟信号，用于控制电机速度、LED亮度渐变或舵机角度。
- 支持引脚：P0-P4、P10（10位精度，1024级控制）
- 精度：5为8位（256级）；v2.0升级为10位（1024级），控制更平滑（如LED颜色渐变更细腻）。
- 用途：舵机控制、LED亮度渐变。
示例代码：
pin2.write_analog(512) # P2输出50%占空比（周期默认20ms）
通信接口（I²C/SPI/UART）
- I²C（双线制总线）：用于连接传感器（如加速度计、磁力计）、显示屏（如OLED）等支持I²C协议的设备。
- 默认占用：P19（SCL，时钟线）、P20（SDA，数据线）（5/v2.0均如此）。
- 可配置性：可通过代码修改SCL/SDA引脚（如使用P1/P2替代），但需外部上拉电阻。
- SPI（串行外设接口）：用于高速通信（如连接SD卡、显示屏）。
- 默认未启用：需手动配置引脚（如P13-MOSI、P14-MISO、P15-SCK、P16-CS）。
- UART（串行通信）：用于与电脑、手机或其他串口设备通信（如蓝牙模块）。
- 默认占用：P0（TX，发送）、P1（RX，接收）（5）；v2.0中P0/P1可能被触摸/按钮功能复用，需注意冲突
特殊功能引脚（V2.0独有）
| 引脚 | 功能 | 说明 |
| P0-P2 | 电容触摸输入 | pin0.is_touched()检测手指轻触 |
| P3 | 按钮A（内部上拉） | 按下时读值为0 |
| P4 | 按钮B（内部上拉） | 按下时读值为0 |
| P5 | 内置扬声器驱动 | 通过music.play()输出音频 |
| P27 | 内置麦克风输入（未引出） | 需代码microphone.sound_level()访问 |
电源与接地引脚
| 引脚 | 功能 | 最大电流 |
| 3V | 3.3V稳压输出/输入 | 整板≤120mA |
| GND | 接地 | – |
| 电池接口 | JST接口（背面） | 支持3V电池供电
2 |
⚠️ 警告：
- 电压限制：所有引脚仅支持3V逻辑电平！连接5V设备需电平转换模块
- 电流限制：单引脚≤10mA，整板总电流≤120mA（避免驱动多个电机）
版本差异（V2.0 vs V1.5）
| 特性 | V2.0 | V1.5 |
| 模拟输入范围 | 0-1.8V（内置过压保护） | 0-3.3V（易损坏） |
| 触摸支持 | P0-P2支持电容触摸 | 不支持 |
| I²C总线 | 独立外部I²C（不冲突板载传感器） | 共享总线（与加速度计/磁力计复用） |
| PWM精度 | 10位（1024级） | 8位（256级） |
| 引脚复用 | 优化复用逻辑，部分引脚可灵活切换功能 | 按钮A/B（P3/P4）、LED矩阵与部分引脚强绑定 |
使用注意事项
- 引脚复用冲突：
- LED矩阵占用 P3、P4、P6、P7、P9、P10，使用前需关闭LED：off()
- 按钮A/B占用 P3/P4，若需作GPIO，需代码禁用按钮：disable()
- 电气安全：
- 避免将3V与GND直接短接（烧毁风险）
- 外接电机/舵机时，电源需独立供电（勿用3V引脚）
- 触摸功能优化：
- 潮湿环境易误触发，建议增加去抖逻辑：
if pin0.is_touched() and time.time() - last_touch > 0.5:
# 执行操作
典型应用示例
案例1：控制舵机（SG90）
接线：
- 舵机信号线 → P2（PWM）
- 舵机VCC → 外部电源（5V）
- 舵机GND → Micro:bit GND
代码：
angle = 90 # 0°-180° pin2.write_analog(int(angle * 1023 / 180)) # 角度转PWM值
案例2：读取土壤湿度传感器
接线：
- 传感器VCC → 3V
- 传感器GND → GND
- 传感器AO → P0（模拟输入）
代码：
moisture = pin0.read_analog() # 0（干燥）~1023（湿润）
拓展知识：模拟电路与数字电路
什么是模拟电信号
模拟电信号是指连续的、无间断的电信号，它的形态和大小可以随时间变化而连续改变。这种信号在模拟电路中常常被用于表示各种物理量的变化，例如声音、光线、温度等。模拟电信号可以通过数字－模拟转换（DAC）芯片或模拟－数字转换（ADC）芯片转换为数字信号，从而进行数字信号处理，比如在计算机上进行数据存储、处理、传输等操作。对于Micro:bit而言，它有模拟输入输出引脚，可以向这些引脚输入模拟电信号或从这些引脚输出模拟电信号，用于读取和控制模拟电路中的各种物理量。
什么是高电平与低电平
高电平和低电平是指数字电路中电信号的两个状态，用来表示二进制的0和1。
高电平指电信号的电压值为逻辑电平”1″，表示”通”，一般情况下高电平的电压值在3V-5V之间；而低电平指电信号的电压值为逻辑电平”0″，表示”控”，一般情况下低电平的电压值在0V-1V之间。
在数字电路中，通过高电平和低电平的转换来实现不同逻辑状态的判断和控制，从而完成各种计算、处理和数据传输等操作。
引脚设计的缺陷
Micro:bit的金手指（边缘连接器）设计存在缺乏物理防呆结构的问题，导致用户在使用扩展板时可能因正反误插引发短路、设备损坏或功能异常。
设计问题分析
- 对称性导致的误插风险：micro:bit的25个金手指采用两排对称布局，但排布方向无物理区分（如缺口、长短针设计）。用户可能因未注意方向而反向插入，导致引脚错位（如3V与GND短路）
- 扩展板兼容性问题：部分第三方扩展板未设计防呆卡扣，加剧误插风险
Micro:bit的软件生态
Micro:bit 的软件生态系统是其作为教育工具的核心优势，支持多种编程语言、开发环境和应用场景，覆盖从儿童到专业开发者的不同需求。
编程语言与开发环境
图形化编程（初学者友好）
- Microsoft MakeCode
- 特点：基于积木拖拽的图形化编程，实时模拟预览，支持一键生成JavaScript代码。
- 功能：内置传感器控制（加速度计、磁力计）、无线通信（蓝牙、无线电）、音乐播放等模块
- 适用场景：中小学课堂、入门项目（如LED动画、简单游戏）
- Scratch扩展
- 特点：通过Scratch 3.0插件连接Micro:bit，将硬件交互融入可视化编程
- 案例：制作体感游戏（如倾斜控制角色移动）
文本编程（进阶学习）
- Python (MicroPython)
- 在线编辑器：MakeCode的Python模式
- micro:bit Python Editor
- 离线工具：Mu Editor（语法高亮、一键烧录）、Thonny IDE（支持调试）
- 优势：简洁语法 + 硬件直控，适合数据处理（如传感器日志）
- JavaScript
- 环境：MakeCode的文本模式，兼容浏览器端开发
- 用途：结合网页交互（如通过蓝牙传输数据到Web应用）
其他工具：
开发工具与资源
- 串行通信（Serial）：通过PySerial库实现PC与Micro:bit实时数据交换（如传输传感器读数）
- 蓝牙控制：官方手机App（iOS/Android）支持无线烧录程序、远程控制LED或按钮
参考文档
- micro:bit 中文教程
- micro:bit教程学习资料专区-DF创客社区_分享创造的喜悦
- BBC micro:bit MicroPython documentation — BBC micro:bit MicroPython 2 documentation
- micro:bit 相关产品 | LEARN
- BBC micro:bit MicroPython documentation — BBC micro:bit MicroPython 2 documentation
- GitHub – wwj718/awesome-microbit-zh: micro:bit资源大全中文版
- Schematics
