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Entrées et sorties
Présentation
Le micro:bit possède 18 entrées et sorties, mais certaines peuvent être soumises à restriction, car elles sont également utilisées pour d’autres fonctions (bus I2C, bus SPI, boutons, matrice de LED).
Ports du micro:bit
1. Types de ports
a. Bornes 3 V et GND
Elles sont directement reliées aux bornes d’alimentation. La borne GND correspond à la masse et donc à la borne électrique (-) et la borne 3 V correspond à la borne (+). Il est possible d’alimenter la carte depuis ces bornes, à condition de ne pas dépasser 3,3 V et de ne surtout pas inverser la polarité. Ces bornes peuvent également alimenter d’autres composants électroniques. La tension réelle entre les deux bornes dépend de la source d’alimentation. Si vous utilisez le connecteur micro USB, la tension de sortie de la prise USB est de 5 V, mais elle est baissée à 3,3 V pour correspondre à la tension du micro:bit. Par contre, si la carte est alimentée par deux piles de 1,5 V, la tension ne dépassera jamais les 3 V et pourra même être un peu plus basse si les piles sont un peu usées.
b. Entrées numériques
Les ports P0, P01, P02, P03, P04, P05, P06, P07, P8, P09, P10, P11, P12, P13, P14, P15 et P16 peuvent servir d’entrée numérique. Mais certains ports sont aussi utilisés pour d’autres fonctions (matrice de LED, boutons, bus de données), il faudra donc parfois faire des choix.
Une entrée numérique ne détecte que deux états. Si une tension proche de 3,3 V est détectée, elle renvoie la valeur 1 et si le port mesure une tension aux alentours de 0 V (GND), elle renvoie la valeur 0.
Si la tension est juste entre les 2 (par exemple de 1,65 V), la valeur renvoyée ne sera pas exploitable (soit 0, soit 1).
Les entrées numériques sont notamment utilisées pour vérifier qu’un bouton est appuyé (ou non).
c. Entrées analogiques
Les ports P0, P01, P02, P03, P04 et P10 peuvent servir d’entrée analogique. Mais les ports P03, P04 et P10 sont aussi utilisés par défaut par la matrice de LED, il faudra donc peut-être choisir entre les deux.
Une entrée analogique...
Capteurs
Les capteurs servent à recueillir des données provenant de l’environnement extérieur. Ensuite, le micro:bit analyse les informations recueillies et réagit en fonction du programme que vous avez écrit.
1. Bouton poussoir
C’est certainement le plus simple des composants électroniques. Un morceau de métal établit le contact lorsque l’utilisateur appuie et un ressort le relâche lorsqu’il cesse d’appuyer. Il est cependant très utile pour communiquer avec le micro:bit.
a. Branchement
L’entrée numérique est reliée au bouton. Elle ne détecte que deux états :
-
Bas (ou 0), si le courant est de 0 V (par rapport à la masse).
-
Haut (ou 1), si le courant est de 3,3 V (par rapport à la masse).
Pour que cela fonctionne, l’entrée doit être reliée avec une résistance d’environ 5 kΩ (4,7 kΩ ou 5,6 kΩ) à une des bornes de l’alimentation (3 V ou GND). Ainsi, le port du micro:bit détecte par défaut la borne à laquelle il est connecté. Mais l’entrée est aussi connectée au bouton poussoir qui, lorsqu’il est pressé, établit le contact directement avec l’autre borne d’alimentation. Comme il n’y a pas de résistance, le contact est bien meilleur et l’entrée numérique du micro:bit détecte le changement.
Il existe donc deux manières de brancher le bouton :
-
La résistance pull-down (ou tirage vers le bas) : le port du micro:bit est relié à la borne GND (la masse) par la résistance. C’est le fonctionnement le plus intuitif : si le bouton est pressé, l’entrée reçoit la valeur 1 et s’il est relâché la valeur 0.
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La résistance pull-up (ou tirage vers le haut) : le port est relié par la résistance à la borne 3 V. Ici, c’est le contraire : si le bouton est pressé, l’entrée reçoit la valeur 0 et s’il est relâché la valeur 1. C’est ce type de branchement qui est utilisé (en interne) pour câbler les boutons A et B.
Schémas de branchement des résistances en pull-down et pull-up
Concrètement, voilà...
Actionneurs
Les actionneurs sont reliés aux sorties du micro:bit. Ils agissent sur l’environnement en émettant de la lumière (LED), des sons (buzzer) ou en déclenchant un mécanisme (moteur).
1. LED (sortie numérique)
Une LED (Light Emitting Diode) ou, en français, DEL (Diode électro-luminescente) est un composant électronique extrêmement courant. Il en existe de différentes tailles ou couleurs, mais toutes fonctionnent selon le même principe. Elles émettent de la lumière lorsqu’elles sont traversées par un courant, mais contrairement aux ampoules, elles chauffent très peu et ne fonctionnent que dans un sens.
La plus longue patte doit être connectée à la borne (+) et la plus petite à la borne (-). Si vous vous trompez, ce n’est pas très grave. Vous ne risquez pas de l’endommager, par contre, elle ne s’allumera pas.
Une LED classique nécessite une tension d’environ 1,2 V (cela dépend de la couleur). Il n’est donc pas possible de la brancher directement à une sortie du micro:bit (qui délivre une tension de 3,3 V). Vous devez ainsi, pour protéger la LED, brancher en série une résistance de 220 ou de 330 Ω.
La pin GND (ground ou masse) est connectée à la petite patte de la LED et la plus longue patte est reliée à un port du micro:bit (P0 dans cet exemple). Les sorties numériques du micro:bit peuvent prendre deux valeurs différentes 0 (0 V) et 1 (3,3 V). Une tension de 0 V correspond à la borne GND. Si le port est au même potentiel, le courant ne circule pas et donc la LED ne s’allume pas. Par contre quand le port est à 3,3 V, il y a une différence de potentiel. Le courant peut donc circuler et la LED s’allume.
La résistance, elle, peut être branchée soit du côté de la masse, soit du côté de la sortie P0.
a. Branchement
Branchement d’une LED
b. Programmation
MakeCode
Le bloc écrire sur la broche P... la valeur... est disponible dans le volet Broches (après avoir cliqué sur Avancé). Il permet de définir la valeur numérique que doit prendre le port (0 ou 1). Pour faire clignoter la LED, il faut lui donner alternativement...
Kits de démarrage
Si vous ne possédez pas déjà les composants de base, il peut être intéressant de vous procurer un kit de démarrage. Le prix d’un kit est généralement moins élevé que l’achat au détail, cependant il n’est pas certain que vous utiliserez un jour tous les composants.
1. Inventor’s Kit
Ce kit est composé d’un connecteur permettant d’utiliser tous les ports du micro:bit, d’une breadboard et de nombreux composants électroniques de base (LED, résistances, boutons, condensateur, potentiomètre, moteur, buzzer, phototransistor), avec, bien sûr, un assortiment de fils pour relier le tout.
Il contient également un livret explicatif (en anglais) et les expériences proposées sont également détaillées en vidéo : https://www.kitronik.co.uk/5603
Inventor’s Kit for micro:bit (www.kitronik.co.uk)
Le kit existe aussi en version Arduino (avec quelques légères différences) : un test complet est disponible sur le site Arduiblog : https://arduiblog.com/2019/09/16/inventors-kit-pour-arduino/
2. Valise Grove
Les connecteurs Grove possèdent quatre broches (deux pour les données et deux pour l’alimentation). La valise regroupe un Shield Grove (équipé d’un connecteur pour micro:bit), ainsi que de nombreux modules (capteur...