本书是面向初中学生而设计的编程初级课程，选用柴火创客BitStarter Kit产品，以micro:bit作为程序的载体，结合microsoft makecode编程软件进行讲解，适合初中学生学习使用，让初中学生具有编程与人工智能的基础知识，体验编程的乐趣，同时为今后的创新、创作打下扎实的基础。本书对大部分指令积木块进行了详尽的介绍，循序渐进并提供了大量的应用例程。适合初中一、二年级教学所用，同时也是micro:bit的初学者以及创客教师的教学参考用书
第一课 初识机器人
在机器人课上，教师问同学们，从家中到学校他们见到过哪些机器人，同学们面面
相觑，满脸疑惑，难道他们中有谁是机器人吗？
一、谁是机器人
我们都见过楼道中的电梯、行驶的汽车、超市的自动门，还有自动取款机、计算机
和手机等物品，这些物品都有一个共同的特点，即需要人们为其设计程序，并可以按照
人们的要求来完成工作。人们称这类产品为智能产品，也可称为机器人。机器人的外表
并不限于“人”的形状，例如装配机械手、室内自动温控系统、自动电话答录机、烟雾
探测报警器等都可以称为机器人。机器人能够代替人类完成重复、乏味或者危险的工作，
能够提高人们的生活品质和工作效率。图1-1 是一款名为“村田顽童”的机器人。它是
一款自行车型机器人，它骑车的技能甚至超过了人类，可以在和车轮相同宽度的坡道上
骑行，而且即使停车后也不会歪倒。
图1-1 “村田顽童”机器人
实际上，联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：机器人是一
种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务
而具有可改变和可编程动作的专门系统。
虽然各种机器人之间的形状、功能千差万别，但是其构成部分却是相同的，都是由
控制器、传感器、能源动力以及反馈系统等部分构成，都是通过传感器感知环境信息的
变化，通过中央处理器进行运算处理，最后通过输出装置完成特定的任务。
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其中，控制器是机器人的核心部分，它通过连接各种传感器获得信息，进行分析处理，
然后发出指令控制机器人的各种动作。本书中，我们将介绍一款十分流行的控制器——
micro:bit，并在此基础上结合柴火创客产品BitStarter Kit 开展学习。
二、micro:bit 是什么
micro:bit 是一款面向青少年编程教育而设计的微型计算机开发板，由英国广播电视
公司与微软、三星、ARM、兰卡斯特大学等公司、机构共同开发。通过micro:bit 开发
板，我们可以轻松地制作出游戏、音乐、智能玩具、机器人等各种作品。自推出以来，
micro:bit 开发板受到了广大创客人群的喜爱，并成为中小学生编程教育和创客教育入门
的首选硬件。micro:bit 开发板的正面和反面如图1-2 所示。
图1-2 micro:bit 开发板的正面和反面
micro:bit 开发板包括25 颗独立可编程的LED 灯、2 个可编程的按钮、连接引脚、
光线传感器、温度传感器、加速度传感器、指南针、无线电、蓝牙、USB 接口等电子元件。
下面让我们一起认识一下这些电子元件及其作用。
（一）LED 灯
LED 灯是指发光二极管。micro:bit 开发板的正面有25 颗可独立编程的LED 灯，如
图1-3 所示，它可以用来显示图文信息。
（二）按钮
micro:bit 开发板正面有2 个标记了A 和B 的按钮。通过这2 个按钮，可以实现输入
功能，如图1-4 所示。
（三）连接引脚
micro:bit 开发板的边缘有25 个外部接口，如图1-5 和图1-6 所示，这些接口被称为
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引脚。它们可以用来连接电动机、LED 灯及其他带引脚的电子元件。
图1-3 LED 灯图1-4 按钮A 和按钮B
图1-5 micro:bit 开发板接口（1）
图1-6 micro:bit 开发板接口（2）
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（四）光线传感器
通过反转LED 灯屏幕，micro:bit 开发板可以进入输入模式。LED 灯屏幕具备光线
传感器的作用，可以用来检测周围的光线，光线传感器如图1-7 所示。
（五）温度传感器
micro:bit 开发板的温度传感器可以检测设备的温度，如图1-8 所示。
图1-7 光线传感器图1-8 温度传感器
（六）加速度传感器
加速度传感器可以用来测量micro:bit 开发板的加速度和检测micro:bit 开发板的移动
速度，也可以检测摇动、倾斜、micro:bit 开发板面对的方向以及自由落体等动作。加速
度传感器如图1-9 所示。
（七）指南针
指南针可以用来检测地球磁场，但是在使用之前需要校准，如图1-10 所示。
图1-9 加速度传感器图1-10 指南针
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（八）无线电
无线电（见图1-11）可以用于2 块micro:bit 开发板之间的无线通信，即可以用无线
电将信息发送到其他的micro:bit 开发板上，从而可以创建多人游戏以及进行更多有趣的
发明。
（九）蓝牙
通过蓝牙（见图1-12），可以让micro:bit 开发板发送和接收信息，可以让micro:bit
开发板和计算机、手机以及平板电脑之间进行无线通信，还可以通过micro:bit 开发板控
制手机或通过手机将无线代码发送到micro:bit 开发板上。
图1-11 无线电图1-12 蓝牙
（十）USB 接口
USB 接口（见图1-13）的作用是可以通过数据线将micro:bit
开发板与计算机进行连接，也可以通过USB 接口给micro:bit 开
发板供电，同时可以通过USB 接口将程序下载到micro:bit 开发
板上。
三、BitStarter Kit 介绍
虽然micro:bit 开发板具有非常强大的功能，且具有很多的传感器，可以用来学习编
程和创作，但是如果micro:bit 开发板没有连接外接设备，它的应用仍有很大的局限性，
这样就需要我们的主角BitStarter Kit 隆重“登场”了，如图1-14 所示。BitStarter Kit 是
针对micro:bit 开发板外接设备而开发的扩展板，主要用于连接micro:bit 开发板和Grove
图1-13 USB 接口
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模块。BitStarter Kit 包括几百个不同的模块，如传感器、执行器、通信模块和显示器等。
使用BitStarter Kit 可以有助于开发学生们创新的潜能，帮助学生们将创意变成现实。
图1-14 BitStarter Kit 扩展板及配件
（一）BitMaker 扩展板
BitMaker 是一块卡片大小的扩展板，作为micro:bit 开发板和Grove 模块的桥梁，可
以即插即用；BitMaker 扩展板内置蜂鸣器，可以用来播放声音；BitMaker 扩展板具有6
个Grove 端口（其中一个是I2C 端口），这些端口可以连接几百种不同的模块，如传感器、
执行器、通信模块和显示器等，如图1-15 所示。
图1-15 BitMaker 扩展板
（二）超声波测距传感器
超声波测距传感器是一种可以发出和接收超声波的电子元件，如图1-16 所示，它能
检测出4m 内的障碍物。
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（三）迷你风扇
迷你风扇属于输出模块，如图1-17 所示，它由直流电动机、驱动板、电线以及扇叶
组成。当它设定为高电平时，电机转动；当它设定为低电平时，电机不动。迷你风扇可
以用于制作风扇相关项目。由于迷你风扇的扇叶柔软，所以风扇的安全性高，即使高速
转动也不会对人造成伤害。
图1-16 超声波测距传感器图1-17 迷你风扇
（四）旋钮开关
旋钮开关属于输入模块，如图1-18 所示。当旋钮被旋转时，轴的角位置发生改变，
电路会将检测到的角位置转换成数字信号，据此判断旋钮是顺时针旋转还是逆时针旋转。
通常情况下，顺时针旋转旋钮意味着数值增加（如增加灯光的亮度），而逆时针旋转则意
味着数值降低（如降低灯光亮度）。
（五）声音传感器
声音传感器（见图1-19）可以测量声音的强度，它其实是麦克风的一种。声音传感
器可以将检测到的声波模拟信号转换成数字信号，数字信号的范围是0~1023。我们可以
将声音传感器测量到的声音强度与一些特定的参考值进行比较，从而判断周围环境是安
静的还是吵闹的。例如，当声音强度低于一个较低的值（具体数值根据环境而定），我们
可以认为环境是安静的，这个值也称为“低阈值”；而当声音强度高于一个较高的值（具
体数值根据环境而定），我们可以认为环境是吵闹的，这个值也称为“高阈值”。
图1-18 旋钮开关图1-19 声音传感器
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（六）光线传感器
光线传感器属于输入模块，如图1-20 所示。光线传感器可以测量周围的光线强度，
并将测量到的光线强度以电压强度的形式在电路中表现出来，这些电压值又会被转化为
数字信号发送到微控制器，此时就可以计算光线强度了。我们也可以将光线传感器读取
到的光线强度与一些特定的参考值进行比较，从而判断周围环境是昏暗的还是明亮的。
例如，当光线强度低于一个较低的值（具体数值根据环境而定），我们可以认为环境是昏
暗的，这个值也称为“低阈值”；而当光线强度高于一个较高的值（具体数值根据环境而
定），我们可以认为环境是明亮的，这个值也称为“高阈值”。
（七）按键开关
按键开关又称为Grove-Button，它是一个瞬时按钮，如图1-21 所示。按键开关包含
一个独立的瞬时开关按钮，“瞬时”意味着按钮在释放后会自行弹回。按下时按钮输出
HIGH 信号，松开时按钮输出LOW 信号。标记的Sig 表示信号，NC 表示根本不使用。如
图1-21 所示，此按钮有两个版本，它们的唯一区别是Grove 插座的方向不同。
（八）振动电动机
振动电动机是一种适合作为非听觉指示器的迷你振动电动机，如图1-22 所示。当输
入为高电平时，电动机将像静音模式下的手机一样振动。
图1-20 光线传感器图1-21 按键开关图1-22 振动电动机
（九）舵机
舵机是用直流电动机控制齿轮和反馈的系统。舵机主要用于机器人的驱动机构，如
图1-23 所示。
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（十）RGB LED 灯带
RGB LED 灯带上有30 颗LED 灯，可以通过调节颜色显示出色彩不同的灯效，像彩
虹一样。RGB LED 灯带如图1-24 所示。
图1-23 舵机图1-24 RGB LED 灯带
四、拓展与提高
举例说明BitStarter Kit 中的各种传感器可以应用在哪些领域。
第二课 编程的环境和资源
一般情况下，程序编写都是先将编程软件安装在计算机上，通过运行软件编写程序，
这种方法在程序的编写、保存、分享等方面有很多的局限性，而且不易获得网络资源的
帮助。因此，我们推荐使用一种新型的编程方式——在线编程，即输入一个网址就可以
进行程序编写，同时还可以进行成果的分享。
一、学习资源介绍
在搜索引擎中输入makecode.microbit，登录micro:bit 官方网站，即可进入micro:bit 主
页，如图2-1 所示。
图2-1 micro:bit 主页
将网页向下拖动，可以依次见到“我的项目”“教程”、Games、Radio Games、Fashion、
“音乐”、Toys、Science、Tools、“海龟”、Blocks To JavaScript、Courses、Behind the
MakeCode Hardware、Coding Cards 等项内容。其中，在本书所编写的程序都显示在“我
的项目”中。
目 录
第一课 初识机器人 1
第二课 编程的环境和资源 10
第三课 变量与随机数 22
第四课 循环 25
第五课 选择结构 29
第六课 运算、比较和逻辑 31
第七课 制作游戏 37
第八课 数组 42
第九课 信号输入与显示 47
第十课 数字信号的输出 50
第十一课 彩虹灯带 54
第十二课 声控音乐 59
第十三课 调音台 61
第十四课 检测磁场 65
第十五课 双控电路 68
第十六课 平衡仪 71
第十七课 无线遥控 74
第十八课 物理实验 79
第十九课 湿度计与自动浇灌 83
第二十课 数据的获取分析与存储 86
第二十一课 使用计算机控制
micro:bit 91
第二十二课 其他产品的应用 94
参考文献 101
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