小彼特 V2 版三大新板載功能原理解說：觸控（touch）
Aug. 26, 2022
[1]2020 年 10 月，小彼特教育基金會（Micro:bit Educational Foundation）（https://microbit.org）發行了 V2 版的新版硬體，V2 只比 V1 小幅度地增加了三項主要的新板載（on board）功能（https://reurl.cc/AOM1rd）：商標觸控（logo touch）、麥克風（microphone）與蜂鳴器（buzzer）。
看熱鬧也要看門道，曹齊平老師說：
「基礎」知識的學習應該是了解底層最共通的原理、原則，而不是盲目無止盡地去競逐新科技的應用[2]。
因此，就讓我們以在 vMaker 連載的三篇文章來闡述這個學習理念，並且我們也援用曹老師的科學魔法車（https://reurl.cc/W104m7）的電學基礎小實驗，落實「動手做以建立知識直觀」的學習根本大法。
建立直觀
小彼特 V2 版在它正面的商標處
板載了電容式（capacitive）觸控的功能：
當我們用指尖去輕觸這個商標時就會觸發小彼特的硬體觸控電路，然後執行對應的處理程式，
例如：播放音效。功能展示影片請參考圖 1。
圖 1：電容式觸控（https://reurl.cc/W1N2Ey）
電路原理
V2 版新加的這個觸控功能，其實是實做了一個 RC 延遲（delay）電路（圖 2）。而我們也可以用其他未實作此電路的接腳，以外接電路的方式來達成觸控的功能---甚至使用 V1 版也成（圖 3）[2]。
如圖 3 的藍色虛線所示，當手指未觸碰電路時，3V → 10MW → P8 將形成電路迴路（circuit loop）。
然而，當我們用手去觸碰圖 2 中的 A 點時，手指頭等效於圖中右邊的由 A 並接到地的電容（cpacitor）而讓電路形成延遲的效果（https://reurl.cc/XVZqqg）。此時，電路 A 點的電位會因為這個電容慢慢充電而致使電位爬升的瞬間形成「低（0） → 高（1）」的變化。所以，我們就可以利用這個原理來偵測手指是否按壓了 A 點。
也就是說，當手指觸踫了 A 點（圖 3），小彼特的 P8 腳位就會收到 0。註：讀者可自行使用電錶併接驗證之。
詳細的解說影片請參考圖 4。
圖 2：觸控等效的 RC 延遲電路
圖 3：接線圖
程式原理
為了維持小彼特輸入接腳（pin）的高邏輯準位（logic level），圖 3 外接了一顆 10MW 的上拉（pull-up）電阻（https://reurl.cc/ERVKAn） 。所以，我們在小彼特一開機時（圖 5）就將晶片（chip）內的拉升電阻關閉。
(a)
圖 5：將小彼特晶片中 P8 腳位預設的拉升電阻關閉
接著，只要用手去觸碰 P8 腳位（圖 3），它的電壓會因為手指的等效電容短暫充電而致使 A 點（圖 2）電位降低。此時，就讓小彼特透過板載的蜂鳴器（buzzer）發出特效音（圖 6）。
圖 6：觸控程式
完整程式碼可由 https://reurl.cc/QbYpko 下載之。
關於 P0、P1 和 P2 的觸控
在小彼特的官方文件中（https://reurl.cc/7pVxv1）指出，無論是 V1 或 V2， P0、P1 和 P2 這三隻接腳已內建了觸控電路，我們可以從圖 7 的電路圖中（https://reurl.cc/XVQn8E）的紅色框標示處很清楚地看到。
圖 7： P0、P1 和 P2 內建的觸控電路
課程設計
運用小彼特的這個觸控功能，我們設計了「觸控點播」這個教學活動來引導學員們體驗它。
當玩家第一次觸碰小彼特的豬鼻子時，播第一首歌。第二次觸碰時，播第二首…。
完整的解說影片如圖 8 所示。
圖 8：觸控點播教學解說
分享翦影
如圖 9 所示。
延伸學習
1. 請讀者們試試看，如果一直按著這個觸控點（V2 版的商標或外接電路）時，會發生什麼狀況？
2. 改用商標觸控的事件積木（圖 ），試試看按下（pressed）、觸碰（touched）、放開（released）和長按（long pressed）這四種操作的控制差異性。
3. 圖 3 的接線圖中，我們使用了 10M 做為上拉電阻，好奇心的讀者們一定會追問：為什麼選它？坐而言不如起而行，自己動手更換這顆電阻值來觀察會發生什麼事吧？（https://reurl.cc/AOM1Zp）
4. 本文介紹的電容式觸控技術正是時下流行的觸控螢幕（touch screen）的基本原理。讀者們可進一步觀看圖 的解說影片。
圖 ：觸控螢幕的原理（https://reurl.cc/4pLgeY）
[1] 六種授權條款。
[2] 基礎知識的學習應該要學萬事萬物共通性的「基本」原理，所謂「一理通，百里通」就是這個道理。抓粽子要抓繩頭，如果不斷的把力氣緊抓綁在繩尾的粽子上，一次能抓的粽子數量就有限。而且我們將發現：花了大把的時間和金錢之後，我們始終只能跟著廠商不斷推陳出新的商業模式走。如此，我們只能一直當花錢的消費者（consumer），而非學習者（learner）---基礎知識學習的教具，通常不必是花俏的昂貴玩具！
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