【正文】 CC2540 外部由幾個簡單的阻容網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成復(fù)雜的 RF 前端。而本設(shè)計(jì)采用的是 PCB 天線，其天線電路圖如圖 所示。 圖 LED 電路 復(fù)位電路 CC2540 本身內(nèi)部集成有電復(fù)位電路，但本設(shè)計(jì)中為了方便程序調(diào)試，在其外部添加了一個按鍵復(fù)位電路，這樣可以很好的預(yù)防在使用 UART 轉(zhuǎn)串口的時候因直接斷電而導(dǎo)致 PC 機(jī)出現(xiàn)異常。 圖 下載調(diào)試電路 特殊器件的介紹 藍(lán)牙 CC2540 芯片 CC2540 集成了 射頻收發(fā)器，是一款完全兼容 8051 內(nèi)核的無線射頻單片機(jī)，它完美的兼容了藍(lán)牙低功耗協(xié)議棧，非常適合藍(lán)牙低功耗的開發(fā)和應(yīng)用，它有 3 個不同的存儲器訪問總線： 特殊功能寄存器（ SFR）； 數(shù)據(jù)（ DATA）； 代碼 /外部數(shù)據(jù)（ CODE/XDATA）。位于系統(tǒng)核心存儲器交叉開關(guān)使用 SFR 總線將 CPU、 DMA 控制器與物理存儲器和所有的外接設(shè)備連接起來。它是作用是可以配合 TI PacketSniffer 軟件實(shí)現(xiàn) BLE 的無線抓包，另外可以配合 PC 端的 BTool軟件實(shí)現(xiàn) PC端的 BTool 主機(jī)。它是 TI 第一代的 CC 系列仿真器，性價比高，支持 CC2540 和 CC2530，但不支持 CC2541。 當(dāng)然我們也需要注意到一些注意事項(xiàng)，該協(xié)議雖然是統(tǒng)一的，但是它的表現(xiàn)形式卻是不斷變換的的，即不同的廠家提供的協(xié)議棧是不同的，有時候這種差距還是很大，因此我們在選擇與調(diào)用的時候需要特別注意的。 物理層 Physical Layer 它是一種 1Mbps 的自適應(yīng)跳頻的 GFSK 射頻，并且當(dāng)工作于工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療領(lǐng)域時免許可證的 ISM 頻段。 第 13 頁 屬性協(xié)議層簡稱為“屬性”，能夠通過它向其他設(shè)備展示自己特定的屬性數(shù)據(jù)，在一些環(huán)境中，我們也把展示設(shè)備屬性的設(shè)備稱作為服 務(wù)器，如在 ATT 環(huán)境中，當(dāng)然有服務(wù)器就會有相應(yīng)的客戶端，它是與屬性設(shè)備配對的設(shè)備，并且主機(jī)和從機(jī)的鏈路層狀態(tài)是與相應(yīng)設(shè)備的 ATT 角色是相互獨(dú)立各不相關(guān)。 OSAL 常用術(shù)語： 在本次設(shè)計(jì)任務(wù)中，為了方便我本次設(shè)計(jì)，需要了解到一些關(guān)于 OSAL 的常用術(shù)語，如資源、共享資源和任務(wù)等。 其中，在藍(lán)牙 BLE 協(xié)議棧內(nèi)嵌操作系統(tǒng)中，關(guān)中斷是 我們經(jīng)常采用的方法。其中 uint8 的定義為： typedef unsigned char uint8。 第 15 頁 硬件抽象層 HAL 硬件抽象層（ HAL）是一層提供硬件服務(wù)而又不涉及太多硬件細(xì)節(jié)的，是為應(yīng)用程序提供訪問 GPIO、 UART、 ADC 等硬件的接口。 GAP 層總是作為下面四種角色之一： 廣播者 — 不可連接的廣播設(shè)備； 觀測者 — 掃描廣播，但不發(fā)起建立連接； 外部設(shè)備 — 可連接的廣告設(shè)備，可以在單個鏈路層連接中作為從機(jī)； 集中器 — 掃描廣告設(shè)備并發(fā)起連接，在單鏈路層或多鏈路層作為主機(jī)，目前，BLE 協(xié)議棧支持一個集中器連接三個外設(shè)。當(dāng)它收到這一階段的掃描回應(yīng)后，通過系統(tǒng)判斷便知道它是一個可以連接的外部設(shè)備，這一過程我們稱之為設(shè)備的發(fā)現(xiàn)過程。如果兩個設(shè)備之間的鏈接超過了這個時間但是卻沒 有鏈接成功，則設(shè)備被認(rèn)為是丟失連接，返回到未被連接的狀態(tài)。這個請求包含 4 個參數(shù)：最小連接間隔、最大連接間隔、從機(jī)延遲、超時。當(dāng)一方發(fā)起終止連接時，另一方必須響應(yīng)。 GATT 定義了在 BLE 連接中發(fā)現(xiàn)、讀取和寫入屬性的子過程。 使用特性的 UUID 讀 — 客戶端請求讀基于一個特定類型的所有的特性值，服務(wù)器將所有與指定類型匹配的特性的句柄和值回應(yīng)給客戶端設(shè)備（假設(shè)屬性 有讀權(quán)限）。其特點(diǎn)如下： C 語言。 ，使用的 IAR 版本是 。 目錄 \Accessories\BTool 里存放的是 BTOOL 的 安裝文件，不過不需要手動安裝，因?yàn)閯偛虐惭b協(xié)議棧的時候已經(jīng)安裝 BTOOL?！?BLE 協(xié)議棧指南，介紹 BLE 和 TI的 BLE 協(xié)議棧。 BTool BTool 是一款 TI 公司出品的，與 CC2540 開發(fā)配套的 PC 端應(yīng)用程序，通過使用主機(jī)控制接口（ HCI）命令的方式與藍(lán)牙 BLE 外設(shè)通信。 HostTestRelease 主機(jī)編程 主機(jī)端由 CC2540 USBDongle、 PC 和 TI 官方的上位機(jī)軟件 BTool 共同構(gòu)成，也可以使用串口助手等串口調(diào)試軟件代替 BTool。 Projects\ble\HostTestApp\CC2540\ 進(jìn)入 主體源文件。 編寫數(shù)據(jù)接收回調(diào)函數(shù)。其函數(shù)如圖 所示 第 21 頁 圖 串口 應(yīng)用初始化函數(shù) 第 33 行：設(shè)置波特率，本設(shè)計(jì)使用的是 57600。當(dāng)程序接收到硬件發(fā)來的串口數(shù)據(jù)時，會調(diào)用該函數(shù)，通知用戶做好接收工作。 第 66 行：調(diào)用 HalUARTRead 讀取 uart 緩存里的數(shù)據(jù)到 pktBuffer 中。 打開 SimpleBLEPeripheral 從機(jī)工程 : Projects\ble\SimpleBLEPeripheral\CC2540\ 進(jìn)入 主體源文件。 313 行：設(shè)置主機(jī)掃描回應(yīng)數(shù)據(jù)。 310~320 行：設(shè)置 BLE 低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)里幾個非常重要的時間參數(shù)。開始進(jìn)入任務(wù)函數(shù)循環(huán)。系統(tǒng)消息處理函數(shù)如圖 所示： 圖 系統(tǒng)消息處理函數(shù) 從這個函數(shù)內(nèi)容可以看到，在按鍵的處理前有一個宏定義， CC2540_MINIDK，當(dāng)使用 Keyfob 開發(fā)板運(yùn)行該從機(jī)程序時，會有按鍵處理。系統(tǒng)在接收到數(shù)據(jù)時會調(diào)用這個 callback 向我們發(fā)出通知。 它是作用是可以配合 TI PacketSniffer 軟件實(shí)現(xiàn) BLE 的無線抓包，另外可以配合 PC 端的 BTool軟件實(shí)現(xiàn) PC 端的 BTool主機(jī)。至此，基本配置已經(jīng)完成。使用仿真器可以直接在 IAR 中下載程序并調(diào)試，如圖 所示： 圖 編程界面 第五步：打開從機(jī)板開關(guān)使其開機(jī)工作，如圖 所示： 圖 從機(jī)工作狀態(tài) 第 30 頁 6 總結(jié)與體會 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是第一次接觸到協(xié)議棧這個新的領(lǐng)域，在剛開始的時候，對這個名詞幾乎是沒有深入的了解，在最初的學(xué)習(xí)時經(jīng)常是一頭霧水，云里霧里，后來在反復(fù)讀了歐陽俊等老師所著的《藍(lán)牙 BLE 開發(fā)完全手冊 物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù)實(shí)戰(zhàn)》幾遍后，又在實(shí)際情況下親 手操作了幾個例程，總算是對藍(lán)牙 BLE 通信有了一個大致的理性的認(rèn)識。 未來展望：在畢業(yè)設(shè)計(jì)中也牽涉到時間緊，任務(wù)重，其他事務(wù)等客觀原因的影響，使得沒能搞懂搞透這個通信協(xié)議，但是藍(lán)牙 BLE 的未來發(fā)展前景良好，我對它也是很感興趣，希望在以后的日子里繼續(xù)學(xué)習(xí)，從身邊應(yīng)用做起，做出自己的藍(lán)牙臺燈、藍(lán)牙鼠標(biāo)等等。 然后要感謝指導(dǎo)我們的老師 —— xx 老師。如果不是遇見他們我的大學(xué)生活可能會完全不同。 [5] 李明亮，邢斌，藍(lán)牙硬件電路與藍(lán)牙核心技術(shù)及應(yīng)用 [M]，北京電子科技出版社， 20xx 。 第 33 頁 9 附錄 附錄一 電路原理圖 第 34 頁 附件二 相關(guān)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軟件 第 35 頁 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯 附件三 外文翻譯資料 驅(qū)動芯片 IW170600 介紹 TI CC2540 芯片介紹 CC2540 是一款低成本，低功耗，采用 systemonchip(SOC)技術(shù)的藍(lán)牙芯片。 CC2540 還具有極短的啟動時間且在傳輸完數(shù)據(jù)后能迅速地關(guān)閉，這也使得整個系統(tǒng)功耗更低。 只需一個晶體，即可滿足組網(wǎng)需要 。 極高的接收靈敏度 (97dBm)和抗干擾性能 。 電流消耗小 (當(dāng)微控制器內(nèi)核運(yùn)行在 32MHz 時， RX 為 ， TX 為 24mA)。 8 KB SRAM 及 128/256 KB Flash 存儲器具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保持能力 ?？啥ㄖ飘a(chǎn)品功能。模塊采用郵票型接 口形式 ,端口完全對外開放，客戶使用時在免去射頻硬件設(shè)計(jì)難度的同時，在軟件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上具有更靈活的二次開發(fā)空間。還能實(shí)現(xiàn)解決不同電 子產(chǎn)品間的互操作問題，電池壽命也可顯著延長。智能儀表、數(shù)據(jù)采集等無線物聯(lián)傳感器網(wǎng)絡(luò)。濾波電容離芯片的模擬電源管腳與數(shù)字電源管越近濾波效果越好。 當(dāng) CC2540 芯片在接收信號的工作狀態(tài)時，輸入信號進(jìn)入芯片自帶的低噪放大器(LNA)。該方案匹配電路簡單，設(shè)計(jì)所需硬件資源少，但是對射頻電路加工精度有較高要求 2 用阻抗匹配芯片實(shí)現(xiàn)，此種情況下由于復(fù)雜的電路可以用一個匹配芯片代替，從而設(shè)計(jì)方便、電路集成度高。 藍(lán)牙模塊電磁兼容性設(shè)計(jì) 藍(lán)牙模塊進(jìn)行 PCB 布線設(shè)計(jì)時要注意以下幾個方面以提高模塊的電磁兼容性： 1 電源信號線的線寬應(yīng)該選取適當(dāng)，電源信號線應(yīng)串接一個合適參數(shù)的磁珠，這樣可以濾除電源信號的高頻部分信號，再與信號電源管腳相連，然后電源引腳就近接適當(dāng)參 數(shù)的電容進(jìn)行濾波，這樣就可以減少高頻信號對電源信號的干擾 。 藍(lán)牙模塊天線小型化設(shè)計(jì) 由于所設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊的尺寸限制，以及對模塊的小型化要求，本設(shè)計(jì)采用小型化的印制倒 F 型天線作為藍(lán)牙模塊的射頻天線，該印制天線可以繼承在藍(lán)牙模塊的電路板上，與傳 統(tǒng)藍(lán)牙模塊外界單極鞭狀天線相比極大的縮減模塊空間，并且該天線具有，低剖面、小型化、零成本的優(yōu)勢。 第 39 頁 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯 Introducti。選擇適當(dāng)?shù)某叽?，就可以降低天線的諧振頻率，諧振頻率降低但天線總尺寸不變，從而等效于減小了天線的尺寸，實(shí)現(xiàn)了小型化。 3 上下層的覆銅孤島以及開放區(qū)要添加過孔，芯片底部添加適量過孔，使整個模塊能夠充分接地同時保證芯片工作時能有效散熱 。 3 變壓器阻抗匹配 4 采用由電抗元件電容 C、電阻 R 以及電感 L 等分立元件組合成的 L 型匹配網(wǎng)絡(luò)、 T型匹配網(wǎng)絡(luò)、Ⅱ型匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗匹配。由于本設(shè)計(jì)所采用的設(shè)計(jì)是不平衡 第 37 頁 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯 天線設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時使用的印制倒 F 天線技術(shù)是基于單級子天線技術(shù) 開發(fā)出來的，不屬于偶極子天線，所以必須使用巴倫阻抗匹配電路來進(jìn)行射頻收發(fā)信號的阻抗匹配以達(dá)到讓射頻信號實(shí)現(xiàn)最佳傳輸?shù)哪康?。但這個穩(wěn)壓器需連 接一個去耦電容以提高電源工作時的穩(wěn)定性，在電路設(shè)計(jì)中只需在 CC2540 芯片管腳 40 接一個 1uF 的電容便可實(shí)現(xiàn)。電路中包括時鐘電路、通信接口電路及電源電路等。PC、平板、手表等低功耗外圍設(shè)備 (HID 設(shè)備、遙控器等 )。提高信號的傳輸距離和抗干擾性 。此模塊具有功耗低、體積小、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 帶看門狗，支持硬件調(diào)試 。 處于工作模式 1 時電流為 ，喚醒系統(tǒng)僅需 530us，處于工作