基于CC2541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（Bluetooth Low Energy），蓝牙标准里的一个子集，蓝牙分为两部分，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

一．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(SpecialInterest Group)，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BLE 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，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。

蓝牙协议是2010年6月由SIG（Special Interest Group）发布的最新标准，它有2种模式：BLE（Bluetooth low energy）只能与协议设备通信，适应节能且仅收发少量数据的设备（如家用电子）；BR/EDR（Basic Rate / Enhanced Data Rate），向下兼容（能与通信），适应收发数据较多的设备（如耳机）。

目前，苹果公司的iPhone 4S、iPhone 5、miniPad和iPad 3；小米手机2；三星公司的Galaxy SIII和Note II；HTC ONE系列等移动设备都支持蓝牙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。

SmartRF 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。

Keyfob 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。

CC-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

IAR for 8051 开发环境，Flash Programmer 固件烧写软件

二．CC2541芯片的特性参数

CC2541 是一款针对蓝牙低能耗以及私有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8051 MCU、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6mm x 6mm 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HW I2C 接口。

CC2541 与CC2533 优化RF4CE IEEE SoC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

–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