基于CC蓝牙模块与单片机的串口通信.docx
《基于CC蓝牙模块与单片机的串口通信.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于CC蓝牙模块与单片机的串口通信.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![基于CC蓝牙模块与单片机的串口通信.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-10/13/f0e455b8-86dc-4cf3-b0cb-e10d553f58a0/f0e455b8-86dc-4cf3-b0cb-e10d553f58a01.gif)
基于CC蓝牙模块与单片机的串口通信
基于CC2541蓝牙模块与单片机的串口通信
摘要
蓝牙技术作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,可提供低功耗、短距离的无线空中接口,在各种固定与移动设备之间实现无线通信。
在移动通信、无线数据采集、无线遥控与遥测、计算机网络及自动控制等多种领域,蓝牙技术都有着广泛的应用。
蓝牙协议规范具有多个层次,完整的蓝牙协议栈的开发是一项很复杂的工程,而在大多数嵌入式应用中,只是需要实现基本的无线数据传输功能,并不需要实现全部的蓝牙协议栈。
针对此类应用,若是能提供一套实用的蓝牙无线接口、实现一个通用的无线数据传输模块,就可以比较有效地缩短开发周期,降低开发成本。
蓝牙通讯最初设计初衷是方便移动电话(手机)与配件之间进行低成本、低功耗无线通信连接,现在已经成为IEEE802.15标准,得到全球上万家厂商支持。
本文通过对美国德州仪器半导体公司(TI)开发的CC2541蓝牙模块与51单片机搭建电路实现无线通信技术。
BLE(BluetoothLowEnergy),蓝牙4.0标准里的一个子集,蓝牙4.0分为两部分,一个是能够兼容传统蓝牙的高速部分,另外就是这里的BLE,的两大显著特点:
BLE功耗低,速率低。
所以你就别打算用BLE来做音频传输或者文件传输了,目前BLE最大的传输速率只能达到4~5K字节/每秒。
BLE协议栈,蓝牙4.0里的BLE,只是一个协议规范,而BLE协议栈则是该协议的代码实现。
蓝牙组织SIG,只负责制定协议,而协议如何实现,则需要各个芯片公司完成。
可以这样理解,BLE协议栈是芯片公司预先编好的源码或者库。
关键词:
蓝牙单片机通信BLE4.0
1.绪论
1.背景介绍
蓝牙技术的最初倡导者是五家世界著名的计算机和通信公司:
爱立信Ericsson、国际商用机器IBM、英特尔Intel、诺基亚NoMa和东芝Toshiba。
1998年5月,以爱立信为首,此五家IT巨人共同提出了一种近距离无线数字通信的技术标准,目标是实现最高传输速率可达1Mb/s(有效传输速率为720Kb/s),最大传输距离为10m的无线通信技术,即蓝牙技术,并成立了国际化组织蓝牙SIG(SpecialInterestGroup),致力于蓝牙规范的制定和蓝牙技术在全球范围内的推广。
蓝牙通信有很多优点,首先是低功耗,以BLE4.0为例,一节钮扣电池在静态工作状态可以支持一年;其次是低成本,TI公司的CC2540蓝牙SOC方案芯片出售价仅1美元,可以让人们低廉使用蓝牙技术;再次是开放性,2.4GHz的频段全球开放,没有政府监管;最后是适合时代潮流,现在是手机的时代,蓝牙技术本来就为它而生。
蓝牙4.0协议是2010年6月由SIG(SpecialInterestGroup)发布的最新标准,它有2种模式:
BLE(Bluetoothlowenergy)只能与4.0协议设备通信,适应节能且仅收发少量数据的设备(如家用电子);BR/EDR(BasicRate/EnhancedDataRate),向下兼容(能与3.0/2.1/2.0通信),适应收发数据较多的设备(如耳机)。
目前,苹果公司的iPhone4S、iPhone5、miniPad和iPad3;小米手机2;三星公司的GalaxySIII和NoteII;HTCONE系列等移动设备都支持蓝牙4.0
CC2540/CC2541,美国德州仪器半导体公司(简称TI)的BLE芯片,TI实现的BLE
协议栈同样是ble协议的代码实现,这些BLE代码正是运行在CC2540/CC2541芯片上,简单的说CC254x就是一颗带有蓝牙功能的51单片机,其他单片机有的资源,例如定时器,UART,SPI,ADC,GPIO,USB(CC2540专有),I2C(CC2541专有)等等,CC254x也都有,而BLE协议栈也就是一些复杂一点的C语言源码
2.硬件设备
CC254x的应用非常广,三种金典应用:
1串口透传,2穿戴式设备,3PC上的BLE适配器,这样就对应了三种设备,带有带串口的SmartRF开发板(用来开发大部分的应用),带有三轴加速度计的Keyfob防丢器开发板(用来开发穿戴式设备),最后是CC2540USBdongle,可以直接插在USB口上(开发BLE适配器或者虚拟串口等应用)。
而且TI的BLE协议栈例程,也是建立在这三种设备上。
2.1SmartRF开发板
SmartRF开发板兼容TI官方的SmartRF05EB开发板,TI的BLE协议栈里提供的大部分例程,均基于该开发板创建,我们除了升级了LCD为12864外,其余完全兼容,TI协议栈例程可以直接在我们的SmartRF上运行,这一点非常重要,因为TI经常有版本更新或者新的例程出来。
2.2Keyfob开发板
Keyfob开发板带有一个三轴加速度计和一个蜂鸣器,除了可以开发防丢器外,还有更多的想象空间:
计步器、运动检测等等。
和SmartRF开发板一样,采用的也是底板分离的设计,核心板和SmartRF相同(Keyfob默认发CC2541核心板,CC2541版本的keyfob资源更多)。
Keyfob的反面有一个型号为CR2032的纽扣电池座。
我们采用的电池座和TI的Sensortag开发板的质量一样,厚实、耐用。
2.3CC-Debugger仿真器
CC254x不支持串口下载,所以只能通过CC-Debugger烧写,除了烧写功能,也可以在IAR开发软件里,通过CC-Debugger连接芯片在线调试你开发的程序,单步运行、打断点等,所以又叫仿真器。
TI官方开发板配套使用的全部是CC-Debugger仿真器
3.软件环境
IARfor8051开发环境,FlashProgrammer固件烧写软件
2.CC2541芯片的特性参数
CC2541是一款针对蓝牙低能耗以及私有2.4GHz应用的功率优化的真正片载系统(SoC)解决方案。
它使得使用低总体物料清单成本建立强健网络节点成为可能。
CC2541将领先RF收发器的出色性能和一个业界标准的增强型8051MCU、系统内可编程闪存存储器、8kBRAM和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起。
CC2541上CC2541非常适合应用于需要超低能耗的系统。
这由多种不同的运行模式指定。
运行模式间较短的转换时间进一步使低能耗变为可能。
如果CC2540上的USB未启用并且CC2541上的I2C/额外I/O未启用,那么CC2541与CC2540在6mmx6mm方形扁平无引脚(QFN)40封装内引脚兼容。
与CC2540相比,CC2541提供更低RF流耗。
CC2541没有CC2540所具有的USB接口,并在TX模式中提供较低的最大输出功率CC2541还增加了1个HWI2C接口。
CC2541与CC2533优化RF4CEIEEE802.15.4SoC引脚兼容。
CC2541有2个不同的版本:
分别具有128kB和256kB闪存的的CC2541F128/F256。
1特性
(1)射频
–2.4GHz蓝牙符合低能耗规范和私有的RF片载系统
–支持250kbps,500kbps,1Mbps,2Mbps的制器内核数据速率
–出色的链路预算,不使用外部前段而支持长距离应用
–高达0dBm的可编程输出功率
–出色的接收器灵敏度(1Mbps时为-94dBm),可选择性,和阻挡性能
–适合于针对符合世界范围内的无线电频率调节系统:
ETSIEN300328和EN3004402类
(欧洲),FCCCFR4715部分(美国),和ARIBSTD-T66(日本)
(2)布局
–极少的外部组件
–提供参考设计支持
–6mm×6mm方形扁平无引脚(QFN)-40封装
–与CC2540引脚兼容(当不使用USB或者I2C时)(ADC)
(3)低功率
–工作模式RX低至:
17.9mA
–工作模式TX(0dBm):
18.2mA
–功率模式1(4μs唤醒):
270μs
–功率模式2(睡眠定时器打开):
1μs
–功率模式3(外部中断):
0.5μs
(4)工作模式下TPS62730兼容低功率
–RX低至:
14.7mA(3V电源)
–TX(0dBm):
14.3mA(3V电源)
(5)微控制器
–具有代码预取功能的高性能和低功率8051微控制器内核
–系统内可编程闪存,128或者256KB
–在所有功率模式下具有保持功能的8KBRAM
–支持硬件调试
–扩展基带自动化,包括自动确认和地址解码
–所有功率模式中对所有相关寄存器的保持
(6)外设
–功能强大的5通道直接内存访问(DMA)
–通用定时器(1个16位,2个8位)
–红外(IR)生成电路
–具有捕捉功能的32kHz睡眠定时器
–精确数字接收到的数字信号强度指示器(RSSI)支持
–电池监视器和温度感应器
–含8通道和可配置分辨率的12位模数转换器(ADC)
–高级加密标准(AES)安全协处理器
–2个功能强大的支持几个串行协议的通用异步接收发器(UART)
–23个通用I/O引脚(21×4mA,2×20mA)
–I2C接口
–2个具有LED驱动功能的I/O引脚
–安全装置定时器
–集成的高性能比较器
(7)开发工具
–CC2541评估模块工具包(CC2541EMK)
–CC2541小型开发工具包(CC2541DK-MINI)
–SmartRF™软件
–提供IAR嵌入式Workbench™
2.软件特性
(1)符合针对单模式蓝牙低能耗(BLE)解决方案的符合蓝牙4.0协议的堆栈器
–完全功率优化堆栈,包括控制器和主机
–GAP-中心设备,外设,或者广播器(包括组合角色)
–属性协议(ATT)/通用属性配置文件(GATT)–客户端和服务器
–L2CAP说明
(2)示例应用和配置文件
–针对GAP中心和外围作用的一般应用
–距离临近,加速计,简单关键字,和电池GATT服务
–BLE软件栈内支持更多应用
(3)多重配置选项
–单芯片配置,允许应用运行在CC2541上
–用于运行在一个外部微处理器接口
–BTool-用于评估、开发和测试的视窗(Windows)PC应用
3.应用范围
•2.4GHz蓝牙低能耗系统
•私有的2.4GHz系统
•人机接口器件(键盘,鼠标,遥控)
•体育和休闲设备1个HWI2C接口。
•移动电话附件
•消费类电子产品
4.含有TPS62730的CC2541
•TPS62730是一款具有旁通模式的2MHz降压转换器
•延长电池寿命高达20%
•在所有工作模式下减少的电流
•30nA旁通模式电流以支持低功率模式
•RF性能并未改变
•小型封装允许小型解决方案尺寸
•CC2541可控
3.基于单片机的蓝牙硬件接口设计
1.单片机C8051简介
微控制器(MCu)是蓝牙应用系统的核心,它的选择将直接影响到系统的性能。
C8051F120是Cygnal公司的一种与8051兼容的高速SOC单片机,它具有高速CIP.51内核、灵活的I/O交叉开关、先进的时钟系统、JTAG系统调试接口