1. český BBC micro:bit Starter kit – blikání LED
BBC micro:bit je šikovný mikropočítač do kapsy. Může sloužit jako všestranný pomocník, chytrá hračka či jako výborná pomůcka pro zvládnutí základů programování.
V úvodním článku jsme si představili microbit Starter kit a nastínili jeho možnosti. V tomto pokračování bych rád ukázal, jak s pomocí stavebnice microbit Starter kit udělat první krůčky ve světě mikropočítačů. Kombinace micro:bit a Starter kit je pro tyto první kroky ideální.
K práci budeme potřebovat desku micro:bit V1.5 nebo microbit V2, stavebnici microbit Starter kit a počítač. Verze microbit není pro práci rozhodující, protože stavebnice funguje spolehlivě se všemi dostupnými verzemi. Součástí stavebnice je český návod a všechny potřebné součástky pro ukázku základních možností mikropočítače.
Připojení microbit Starter kit
Pro práci s microbit Starter kit budeme potřebovat nejprve připojit microbit k počítači. K připojení využijeme USB propojovací kabel, který je součástí stavebnice. Připojíme micro:bit kabelem do USB zdířky počítače. Počítač by měl mikropočítač microbit automaticky rozpoznat a zobrazit podobně jako USB FLASH paměť. Pokud počítač micro:bit náhodou „nevidí“, mělo by pomoci nahlédnout sem a problém odstranit.
Prostředí, ve kterém vytvoříme první program se jmenuje makecode. Jde o grafické rozhraní, ve kterém můžeme tvořit jednoduché programy pouze manipulací s grafickými bloky.
Spárování s makecode
Prvním krokem v makecode je spárování micro:bitu s počítačem. Hotový program se pak nahraje přímo do micro:bitu. Existuje ještě druhá možnost, totiž uložení programového souboru (.hex) do počítače a jeho přetažení myší do micro:bitu. Pro příjemnější práci v makecode je možné v nastavení programu zvolit český jazyk. Nyní je váš microbit Starter kit připraven na první programování.
První projekt s microbit
Micro:bit má na rozdíl od jiných mikropočítačů spoustu vlastních interních vstupů a výstupů. Pokud máte otevřený makecode, prohlédněte si nabídku – sloupec mezi plochou na programování a simulací micro:bitu.
Většinu vstupů najdeme v záložce Vstup. Micro:bit umí reagovat na tlačítka, gesta (například zatřesení), dokáže změřit intenzitu světla a hluku, magnetického pole a také teplotu či akceleraci. Interní výstupy pak najdeme převážně pod záložkami Základní (texty a obrázky na displej), Hudba a Displej. A pokud máme k dispozici více micro:bitů, dokáží mezi sebou též komunikovat bezdrátově.
Přes všechny možnosti mikropočítače je velmi užitečné, naučit se pracovat s externími vstupy a výstupy. Microbit Starter kit pracuje převážně s nimi. To jsou ty pozlacené zoubky – piny micro:bitu, kterými umí přijímat a vysílat různé signály a spojovat se tak s dalšími zařízeními. V makecode většinu příkazů pro piny najdeme v nabídce Rozšířené – Piny. Práce s elektronickými moduly a součástkami připojenými k desce microbit je také mnohem větší zábava, protože je můžeme používat na nejrůznější věci, a tak je jednoduše umístit přímo do projektu.
Právě externí vstupy a výstupy dělají z micro:bitu šikovný a univerzální nástroj, pomocí kterého můžete třeba ovládat robota, vyrobit meteostanici s výstupem dat na cloud nebo jednoduchou herní konzoli. Možností je mnoho, a nejsou omezeny jen moduly k micro:bitu. Ale zpátky k základům.
Jdeme na to!
Pokud máme micro:bit připojený, můžeme se rovnou pustit do prvního příkladu. Je to blikání LEDky – příklad číslo 1 z českého návodu.
Pokud bychom stejný úkol chtěli řešit klasickou elektronikou, potřebovali bychom výrazně větší znalosti a sestavení obvodu by zabralo nějaký čas. Takhle jednoduchý projekt ale zvládne micro:bit hravě, stačí pár bloků a je to.
Prvním krokem u všech příkladů microbit Starter kitu je připojení micro:bitu do nepájivého pole. To provedete pomocí modulu pro kontaktní pole.
Nepájivé pole
Nebo také anglicky breadboard a česky bastlířský chleba! Nepájivé pole slouží na propojení součástek pomocí vodičů bez použití pájení. Je rozděleno na dvě nezávislé poloviny, zdířky jsou propojeny do jednotlivých sloupců vždy po pěti. Kraje nepájivého pole tvoří dva řádky po obou stranách pole označené modrou a červenou barvou – mínus a plus. Pokud bychom chtěli používat i ty, museli bychom spojovacími kablíky propojit příslušné řádky – červenou na pin micro:bitu označený 3V, modrou na G (Ground znamená zem). To se hodí u složitějších zapojení a práce s obvodem je pak přehlednější.
Zapojení svítivých diod LED
Nyní nás čeká zapojení LED podle schématu na straně 1. Plusy diod budou připojeny z pinů P0 a P1, mínus na zem označenou G je na pravé straně pinové lišty. Plus diody se pozná podle delší nožičky, pokud se zapojí obráceně, dioda se nerozsvítí. Dioda totiž funguje podobně jako zpětná klapka, propouští proud jenom jedním směrem. Plus diody je propojen z micro:bitu pomocí odporu 100 Ohmů (o odporech si řekneme později).
Program pro microbit
A tím je zapojení hotové, nyní se můžeme pustit do programování. V nabídce makecode vybereme první záložku – Základní, najdeme a přetáhneme na plochu blok opakuj stále. Jde o jeden ze dvou základních příkazů. Pokud bychom chtěli, aby diody zablikaly jenom jednou na začátku, vybrali bychom blok umístěný hned pod ním – při startu.
V nabídce rozklikneme možnost Rozšířené, a vybereme záložku Piny, příkaz Zapiš do pinu P0 logickou hodnotu 0. Příkaz přetáhneme tak, aby zapadl do příkazu opakuj stále. Stejný příkaz budeme potřebovat celkem 4x, buď jej znovu přetáhneme z nabídky, nebo si ho pravým tlačítkem nakopírujeme a opravíme hodnoty. Zbývá doplnit příkaz čekej (v záložce Základní) za první dva stavy a na konec programu s hodnotou 500 ms (0,5 vteřiny).
První program je hotový!
Pak stačí program nahrát do micro:bitu zmáčknutím tlačítka stáhnout. Pokud je micro:bit spárovaný s počítačem a všechno ostatní je v pořádku, měla by zablikat dioda pod usb portem micro:bitu (nahrání se říká flešnutí programu) a po nahrání by se měly diody střídavě po půl vteřině opakovaně rozsvěcet a zhasínat.
Funguje to!
Pak si můžete zkusit změnit proměnné – tj logické hodnoty pinů (0/1) a časovou prodlevu. Například tak, aby blikaly obě diody současně po jedné vteřině. Nyní by to mělo být úplně jednoduché.
Nefunguje 🙁
Nevěstě hlavu, ne vždy se vše povede na první pokus. Nejdřív zkontrolujte zapojení a projděte si program, jestli jsou tak, jak je uvedeno v příkladu. Jsou správně otočené nožičky u LED? Máte micro:bit spárovaný s makecode? Jsou všechny drátky ve správných dírkách? Použili jste správné rezistory s hodnotou 100 Ohm? Pokud najdete chybu, opravte jí a znovu vyzkoušejte. Stále nefunguje? Někde musí být ještě další problém. Najít, opravit, znovu vyzkoušet. Chybami se člověk naučí nejvíc a je to asi to nejcennější, co můžeme při práci udělat, protože se tím člověk naučí nejvíce. Naštěstí micro:bit je na nějaké ty chyby zvyklý a vydrží poměrně hodně, takže vzhůru do bastlení!
Úkol pro vás
Každý příklad v microbit Starter kitu je doplněný o úkol – otázku. V tomto příkladě otázka zní, zda bychom dokázali z diod sestavit barevný semafor. Barevné diody v microbit Starter kitu máme, stačí vybrat tři. Obvod už máme z velké části hotový, jen ho rozšíříme o připojení na další pin, zvolíme třeba P2. Program by měl být také jednoduchý, zapnout příslušnou diodu, počkat a zapnout následující; jen předchozí diodu nesmíme zapomenout vždy vypnout.
Jak to vlastně funguje?
A první příklad máme za sebou! Co se vlastně v obvodu děje? Zjednodušeně to, že mikropočítač pomocí instrukce v programu jednou za půl vteřiny (nebo jinou nastavenou časovou prodlevu) každý z označených pinů aktivuje (pošle na něj napětí) nebo naopak vypne. Podrobně je to po řádcích popsané v poznámkách na pravé straně návodu pro microbit Starter kit.
Použití rezistorů (odporů)
Pokud se člověk seznamuje se světem elektroniky přes moderní mikropočítače, není nutná velká znalost elektroniky, nicméně jsou věci, bez kterých se neobejde. Jedna z nich jsou právě odpory. Fungoval by náš obvod, pokud bychom mezi pin a diodu nedali odpor? Pravděpodobně fungoval, ale otázkou je, jak dlouho.
Nicméně důvod proč se před konkrétní součástky předřazuje odpor je, aby součástka měla právě takový proud, na který je konstruovaná. Pokud si vzpomeneme na Ohmův zákon, pak proud I = U/R. Víme, že napětí U v micro:bitu je 3 V a do obvodu jsme zařadili odpor 100 Ohmů. Potřebné napětí na LED (aby svítila) budeme pro jednoduchost uvažovat 2 V. Ve skutečnosti je napětí na LED různé podle její barvy, lidské oko je také jinak citlivé na jednotlivé barvy a dioda má schopnost stabilizovat napětí. Ale to už bychom zabíhali do zbytečných detailů, které v tomto příkladu nehrají velkou roli.
Aby obvod fungoval správně, je potřeba vytvořit úbytek napětí na odporu cca 1 V. Proud bude tedy 1 / 100 = 0,01 A tj. 10 mA, což je přesně proud, který dioda potřebuje, aby dobře svítila a nebyla přetížená. Pokud bychom použili jiný odpor, změnila by se též intenzita svitu diody.
Ve stavebnici microbit Starter kit je množství dalších součástek, které se postupně naučíte používat stejně jednoduše, jako LED z tohoto článku. Výhoda microbit Starter kitu je to, že umožňuje efektivně a hravě vstoupit do světa moderní elektroniky aniž by vás ochudil o setkání s opravdovými elektronickými součástkami.
