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BBC micro:bit程式設計入門 : MicroPython快速上手指南

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◎帶領你快速認識風靡全球的教育用開發板BBC micro:bit!◎完整介紹micro:bit內建硬體、顯示器、感測器及可外接硬體◎馬上開始編寫創意程式,無需任何經驗即可上手!馬上為你的micro:bit編寫創意程式吧──無需任何經驗即可上手!
micro:bit是一款由英國廣播公司(BBC)推出、專為教導青少年編寫程式而設計的微型電腦開發板。這本簡單易懂、逐步教學的指南能讓你快速上手micro:bit程式編寫,迅速創作出好玩的應用專題。《BBC micro:bit程式設計入門:MicroPython快速上手指南》承襲了西蒙‧孟克先生一貫的明快風格,將帶領你從基本概念開始逐步邁向進階技巧。你將學習到如何使用micro:bit的內建硬體、如何使用LED顯示器、如何從感測器接收輸入、如何裝上外接電子元件以及如何應用無線通訊等技巧。
將你的micro:bit連接電腦,開始編寫程式!學習如何使用兩種最受歡迎的MycroPython程式編輯器實際應用micro:bit內建的函式與方法,並編寫你自己的版本學習在micro:bit的LED矩陣顯示器中顯示文字、圖像和動畫學習處理來自加速規、電子羅盤和觸控感測器的資料學習控制連接至邊緣連接器的外部硬體透過內建無線電模組傳送並接收訊息使用JavaScript積木式程式編輯器編寫你的程式

◎帶領你快速認識風靡全球的教育用開發板BBC micro:bit!◎完整介紹micro:bit內建硬體、顯示器、感測器及可外接硬體◎馬上開始編寫創意程式,無需任何經驗即可上手!馬上為你的micro:bit編寫創意程式吧──無需任何經驗即可上手!
micro:bit是一款由英國廣播公司(BBC)推出、專為教導青少年編寫程式而設計的微型電腦開發板。這本簡單易懂、逐步教學的指南能讓你快速上手micro:bit程式編寫,迅速創作出好玩的應用專題。《BBC micro:bit程式設計入門:MicroPython快速上手指南》承襲了西蒙‧孟克先生一貫的明快風格,將帶領你從基本概念開始逐步邁向進階技巧。你將學習到如何使用micro:bit的內建硬體、如何使用LED顯示器、如何從感測器接收輸入、如何裝上外接電子元件以及如何應用無線通訊等技巧。
將你的micro:bit連接電腦,開始編寫程式!學習如何使用兩種最受歡迎的MycroPython程式編輯器實際應用micro:bit內建的函式與方法,並編寫你自己的版本學習在micro:bit的LED矩陣顯示器中顯示文字、圖像和動畫學習處理來自加速規、電子羅盤和觸控感測器的資料學習控制連接至邊緣連接器的外部硬體透過內建無線電模組傳送並接收訊息使用JavaScript積木式程式編輯器編寫你的程式 西蒙‧孟克 Simon Monk現居英國普雷斯頓,擁有模控學與電腦科學學士學位以及軟體工程博士學位。他從青少年時期就十分熱衷於電子學,自2012年開始兼事寫作以及和太太經營製造業餘電子套件和電路板的事業
譯者屠建明全職譯者,愛丁堡大學文學畢業生,也曾主修電機。對任何科技新知都有濃厚的興趣。
鄭宇晴《Make》國際中文版執行編輯、《ROBOCON》國際中文版編輯。
劉允中畢業於國立臺灣大學心理學研究所,喜歡文字與音樂,現兼事科學類文章書籍翻譯。
顏妤安政大日文系畢。目前擔任《MAKE》國際中文版與《ROBOCON》國際中文版總編輯。
謝明珊臺灣大學政治系國際關係組碩士。專職翻譯雜誌、電影、電視,並樂在其中 致謝第1章 認識micro:bit第2章 啟程第3章 基礎MicroPython第4章 函式第5章 清單與字典第6章 編寫你自己的程式第7章 模組和類別第8章 LED顯示器第9章 micro:bit感測器第10章 連接電子元件第11章 無線廣播與通訊第12章 JavaScript積木式程式編輯器附錄A MicroPython參考資料附錄B 硬體 1認識micro:bitmicro:bit(圖1-1) 是一塊沒有外殼的小小電路板,擁有一個由25顆LED組成的矩陣顯示器、兩顆按鈕還有一些感測器。最關鍵的是它的micro-USB插槽,可以連接至電腦,讓電腦同時供給電源並傳送程式。micro:bit也可以連接至電池組,如此不需要電腦供電也可以使用。micro:bit起初是為了教學目的而設計,不過這個好用的小裝置,如今已經在世界各地電子玩家與Maker之間備受寵愛。插入啟動!要使用micro:bit之前,你需要準備USB至micro-USB轉接線才能將電路板插入電腦。在購買micro:bit的同時,你可能已經買了一條。如果沒有也別擔心,這款連接線應該是現今世上最普遍的USB連接線。插進micro:bit的那一端是micro-USB連接器,幾乎適用於任何一款蘋果以外的手機和其他數不清的電子裝置。有時,你會看到一些USB線寫著「僅供充電」(charge only),意思是它們並沒有傳輸資料所需的纜線在內,無法用於micro:bit。因此,如果你在連接micro:bit時發現問題,請試著換成一條有註明「資料傳輸」(data)的連接線。圖1-2為micro:bit連接至筆記型電腦的情形。這臺筆電剛好是蘋果電腦,不過micro:bit適用於Windows、Linux、Apple、甚至Raspberry Pi作業系統。將熱騰騰的micro:bit連接至電腦後,顯示器會出現一個小小的動畫,顯示歡迎語「Hello」,然後指向電路板上的兩顆按鈕A與B。請花點時間熟悉你的電路板,接著依照顯示器上的跑馬燈訊息指示操作。歷史micro:bit的正式名稱為BBC micro:bit。BBC(British Broadcasting Corporation,英國廣播公司)是英國最大的公共廣播公司,而BBC micro:bit計劃是為了提供易於操作的平臺來教導兒童如何編寫程式,讓他們了解程式不但能創造電腦螢幕中的世界,還能控制身邊的電子裝置。此計劃於2016年免費發送了約一百萬個micro:bit電路板給所有英國公立學校七年級(約11或12歲)的學生。自此之後,micro:bit計劃的執行工作就從BBC廣播公司移交給了Microbit教育基金會(Microbit Educational Foundation)。這個非營利組織現今正致力於全球教育社群推廣micro:bit,促進這個輕巧好攜帶的小裝置成為玩家與Maker人手可得的工具。它可以做什麼?將micro:bit插進電腦後,它會快速介紹一些主要功能。讓我們更深入地探索這些功能吧。 LED顯示器:這個顯示器包含25顆排列成5乘5矩陣的LED。我們可以分別控制每顆LED的亮度,能將電腦螢幕上的訊息變成從右跑到左的跑馬燈文字。 按鈕A與B:你可以編寫程式讓micro:bit做一些特定的事情(如顯示訊息等),而啟動的方式就是按下其中一顆按鈕。 連接腳位:上面有0、1、2記號的連接端(圖1-1A下方),可以當作觸摸開關,因此你可以直接觸碰來引發程式事件。你也可以用鱷魚夾將這些連接端接到物品上,當你觸碰物品時程式就能感測到。你可以看到圖1-3中, micro:bit和一根香蕉連接在一起! 加速規:加速規可測量加速度的量,也就是速度變化率。它用一個內建有砝碼的晶片來測量砝碼被施加的力。micro:bit上就有這樣的一塊晶片,能用來偵測其移動的方向(很像Wii的遙控器),或是偵測micro:bit是否在振動或晃動,讓專題充滿無限可能性。 羅盤:micro:bit還有內建電子羅盤,能偵測控制板面朝向哪個方位,附近有磁鐵時也能感測到。 無線電:micro:bit也有無線電訊號傳送與接收器,能將訊息傳送到另一塊micro:bit控制板。micro:bit、Raspberry Pi與Arduino比一比要時時掌握micro:bit等新型電路板的資訊是個令人望之卻步的工作。你無法總是一眼就看出它們的差別、或是很快地選出最合適你的板子。圖1-4是目前最多人使用的微控制器與單板電腦:micro:bit、Arduino Uno與Raspberry Pi。這些電路板的特色整理如表1-1。如你在表中所見,micro:bit與Arduino Uno相比其實具備了許多優勢。而Arduino勝出之處則在於可供直接插入的連接器,能直接插入連接線,此外,還可以裝載各種「擴充板」(shield),獲取更多額外功能。Raspberry Pi 3則是隻截然不同的猛獸,它本身就是臺完整的電腦,你可以直接連接鍵盤、滑鼠和螢幕。不過和大多數電腦不同的是,Raspberry Pi有通用的「腳位」,就像micro:bit和Arduino一樣,可供連接外部電子裝置。環視家中,應該都能找到許多與micro:bit、Arduino或Raspberry Pi作用類似的裝置。例如,你的電視遙控器中,就有一個微控制器(就像micro:bit或Arduino中也有的「大腦」),上面的腳位可以連接遙控器的按鈕,以及一個紅外線LED,會向電視機裡的接收器傳送一系列脈衝及一個訊息碼。智慧型手機或媒體娛樂裝置上也有很類似Raspberry Pi核心處理器的裝置。比起micro:bit和Arduino,它們的功能非常強大,有能力生成影像訊號,還能讓可以同時進行多項任務的作業系統運轉。那什麼是程式編寫呢?就像我們介紹過的,你購買的許多電子產品中都包含一個微控制器,和micro:bit中的微控制器一樣。微控制器就是一臺迷你電腦,用來監看按鈕、開關等輸入(input),並控制輸出(output)。在汽車收音機、廚房計時器、電視遙控器甚至是打開會播音樂的卡片這種拋棄式的東西,內部也含有微控制器。幾乎每個有按壓開關和某種顯示器的物品,裡面都有微控制器。如果沒有事先編寫程式,微控制器就無計可施。它只會閒置在原地,等待有人上傳程式告訴它該做什麼事。這意味著你需要編寫一個電腦程式,再將這個程式上傳到微控制器。看一下你的電視遙控器,上面應該不太可能有USB連接埠,無法透過它編寫程式。這樣的情形,是在製造時以特別的編寫程式硬體設備為裝置編寫程式。一旦程式編寫完成,應該再也不會有別的程式安裝到這個裝置了。這與micro:bit截然不同:micro:bit有內建程式編寫介面,讓你能夠安裝新的程式,要安裝成千上萬次都可以。圖1-5為使用MicroPython在micro:bit上編寫程式的完整過程。過程中的第一步,就是用電腦的程式編寫軟體以Python程式語言編寫。當你準備好將程式傳送到micro:bit時,軟體會先將程式連同MicroPython本身的文字檔轉存為hex(十六進位(hexadecimal)的簡稱)檔。而後這個檔案就會上傳(upload)或閃存(flash)到micro:bit上,方法很簡單:直接將hex檔從電腦磁碟複製到micro:bit的虛擬USB裝置即可。這是一個巧妙的把戲,micro:bit會偽裝成檔案儲存裝置瞞過電腦。接著micro:bit會將上傳的檔案轉成它可以處理的二進位格式,這個過程稱為編譯(compiling)。完成後,程式將會自動執行。為何要選擇MicroPython?為micro:bit編寫程式有許多電腦程式語言可供選擇。兩種最主流、亦是Microbit教育基金會力推的程式語言,就是MicroPython與JavaScript Blocks。JavaScript Blocks使用圖像式介面,將程式碼積木(blocks)卡在一起以編寫程式;而MicroPython則偏向傳統直接編寫的程式語言,完全仰賴輸入的文字內容(text)執行功能。在第12章就會有關於JavaScript Blocks的簡短介紹。這兩種程式語言各有優劣,不過本書主要會使用MicroPython,它是運行Python的程式環境,由達米安˙喬治(Damien George)專為micro:bit這類低功耗的微控制器設計發明。Python常在教學中使用,因為一般認為它是最容易學習的程式語言之一,也很常在軟體業界使用。
總結在本章中,我們已經將micro:bit連接到電腦,也對這臺小小裝置的型態與功能有些許認識了。在第2章中,你就要開始編寫程式了。

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