《無線通信開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐》課件第3章

第3章藍(lán)牙技術(shù)3.1藍(lán)牙技術(shù)概述3.2藍(lán)牙協(xié)議體系3.3藍(lán)牙狀態(tài)和編址3.4藍(lán)牙數(shù)據(jù)分組3.5藍(lán)牙模塊3.6藍(lán)牙應(yīng)用與開發(fā)小結(jié)

3.1藍(lán)牙技術(shù)概述

3.1.1技術(shù)規(guī)范

藍(lán)牙技術(shù)從產(chǎn)生至今，共發(fā)展了六個規(guī)范版本，分別是V1.1、V1.2、V2.0、V2.1、V3.0和V4.0。

V1.1規(guī)范：1998年最早期版本。傳輸率約在748kb/s～810kb/s，容易受同頻率產(chǎn)品干擾，通信質(zhì)量較差。

V1.2規(guī)范：兼容V1.1，與V1.1具有相同的傳輸速率，但增加了抗干擾跳頻功能。

V2.0規(guī)范：V1.2的改良提升版，傳輸率約在1.8Mb/s～2.1Mb/s，可同時傳輸語音、圖片和文件。

V2.1規(guī)范：2004年版本，在裝置配對流程和短距離的配對方面作了改善，可在兩個支持藍(lán)牙的手機(jī)之間互相進(jìn)行配對與通信傳輸，具備更佳的省電效果。

V3.0規(guī)范：2009年版本。該規(guī)范通常被稱為藍(lán)牙高速傳輸技術(shù)，使藍(lán)牙傳輸拓展到更大的文件，傳輸速率更高，功耗更低。

V4.0規(guī)范：2010年版本。它包括三個子規(guī)范，即傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)、高速藍(lán)牙和新的藍(lán)牙低功耗技術(shù)。該版本改進(jìn)之處主要體現(xiàn)在電池續(xù)航時間、節(jié)能和設(shè)備種類上，有效傳輸距離也提升為60m。以上每個規(guī)范版本均可以按通信距離再分為ClassA和ClassB：

ClassA：傳輸功率高、傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高、耗電量大，不適合作為個人通信產(chǎn)品，多用于部分商業(yè)特殊應(yīng)用場合，通信距離大約在80m～100m距離之間。

ClassB：目前最流行的制式，通信距離大約在8m～30m之間，視產(chǎn)品的設(shè)計而定，多用于手機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙適配器等個人通信產(chǎn)品，耗電量和體積較小，方便攜帶。3.1.2基本概念

藍(lán)牙技術(shù)涉及面廣，技術(shù)復(fù)雜，本節(jié)將介紹藍(lán)牙技術(shù)的幾個基本概念。

主/從設(shè)備：藍(lán)牙通常采用點(diǎn)對點(diǎn)的配對連接方式，主動提出通信要求的設(shè)備是主設(shè)備(主機(jī))，被動進(jìn)行通信的設(shè)備為從設(shè)備(從機(jī))。

藍(lán)牙設(shè)備狀態(tài)：藍(lán)牙設(shè)備有待機(jī)和連接兩種主要狀態(tài)，處于連接狀態(tài)的藍(lán)牙設(shè)備可有激活、保持、呼吸和休眠4種狀態(tài)。對等網(wǎng)絡(luò)Ad-hoc：藍(lán)牙設(shè)備在規(guī)定的范圍和數(shù)量限制下，可以自動建立相互之間的聯(lián)系，而不需要一個接入點(diǎn)或者服務(wù)器，這種網(wǎng)絡(luò)稱為Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)中的每臺設(shè)備在物理上都是完全相同的，因此又稱為對等網(wǎng)。

跳頻擴(kuò)頻技術(shù)(FHSS)：收、發(fā)信機(jī)之間按照固定的數(shù)字算法產(chǎn)生相同的偽隨機(jī)碼，發(fā)射機(jī)通過偽隨機(jī)碼的調(diào)制，使載波工作的中心頻率不斷跳躍改變，只有匹配接收機(jī)知道發(fā)射機(jī)的跳頻方式，可以有效排除噪音和其他干擾信號，正確地接收數(shù)據(jù)。時隙：藍(lán)牙采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，跳頻頻率為1600跳/秒，即每個跳頻點(diǎn)上停留的時間為625μs，這625μs就是藍(lán)牙的一個時隙，在實(shí)際工作中可以分為單、多時隙。

藍(lán)牙時鐘：藍(lán)牙時鐘是藍(lán)牙設(shè)備內(nèi)部的系統(tǒng)時鐘，是每一個藍(lán)牙設(shè)備必須包含的，決定了收/發(fā)器的時序和跳頻。藍(lán)牙時鐘頻率為3.2kHz，該時鐘不會被調(diào)整或關(guān)掉。

3.2藍(lán)牙協(xié)議體系

藍(lán)牙系統(tǒng)遵循藍(lán)牙協(xié)議體系，采用分層的結(jié)構(gòu)。本節(jié)將詳細(xì)講解藍(lán)牙協(xié)議體系，以及藍(lán)牙系統(tǒng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)。

藍(lán)牙協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)，遵循開放系統(tǒng)互連OSI(OpenSystemInterconnection)參考模型，按照各層協(xié)議在整個藍(lán)牙協(xié)議體系中所處的位置，藍(lán)牙體系可分為底層協(xié)議、中間層協(xié)議和高端應(yīng)用層協(xié)議三大類，如圖3-1所示。圖3-1藍(lán)牙協(xié)議體系在圖3-1中，藍(lán)牙的協(xié)議體系層次之間的關(guān)系如下所述：

底層協(xié)議與中間層協(xié)議共同組成核心協(xié)議(Core)，絕大部分藍(lán)牙設(shè)備都要實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議。

高端應(yīng)用層協(xié)議又稱應(yīng)用規(guī)范(Profiles)，是在核心協(xié)議基礎(chǔ)上構(gòu)成的面向應(yīng)用的協(xié)議。

還有一個主機(jī)控制接口(HostControllerInterface，HCI)，由基帶控制器、連接管理器、控制和事件寄存器等組成，是藍(lán)牙協(xié)議中軟、硬件之間的接口。

1.藍(lán)牙底層協(xié)議

藍(lán)牙底層協(xié)議用于實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙信息數(shù)據(jù)流的傳輸鏈路，是藍(lán)牙協(xié)議體系的基礎(chǔ)，主要包括下述幾個單元：

射頻(RF)協(xié)議：主要定義頻段與信道安排、發(fā)射/接收機(jī)特性等。它通過2.4GHz頻段規(guī)范物理層無線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸。基帶(BB)協(xié)議：為基帶數(shù)據(jù)分組提供同步定向連接(SynchronousConnectionOrented，SCO)和異步無連接(AsynchronousConnectionless，ACL)兩種物理鏈路，對不同數(shù)據(jù)類型都會分配一個特殊信道，用于傳遞連接管理和控制信息等。

鏈路管理協(xié)議(LMP)：主要負(fù)責(zé)藍(lán)牙設(shè)備間連接的建立、拆除和安全控制，控制無線設(shè)備的節(jié)能模式和工作周期，以及微微網(wǎng)內(nèi)各設(shè)備單元的連接狀態(tài)。

2.藍(lán)牙中間層協(xié)議

藍(lán)牙中間層協(xié)議完成數(shù)據(jù)幀的分解與重組、服務(wù)質(zhì)量控制、組提取等功能，為上層應(yīng)用服務(wù)，并提供與底層協(xié)議的接口，主要包括下述幾個單元：

藍(lán)牙主機(jī)控制器接口(HCI)協(xié)議：位于L2CAP和LMP之間，為上層協(xié)議提供進(jìn)入LMP和BB的統(tǒng)一接口和方式。HCI傳輸層包括USB、RS232、UART和PC卡。邏輯鏈路控制與適配協(xié)議(L2CAP)：主要完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務(wù)質(zhì)量控制，協(xié)議的復(fù)用、分組的分割和重組及組管理等功能。

串口仿真協(xié)議(RFCOMM)：又稱線纜替換協(xié)議，仿真RS232的控制和數(shù)據(jù)信號，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的串行通信，為使用串行線傳送機(jī)制的上層協(xié)議提供服務(wù)。電話控制協(xié)議(TelCtrl)：包括二進(jìn)制電話控制協(xié)議(TCS-BIN)和AT命令集電話控制命令。其中，TCS-BIN是在藍(lán)牙設(shè)備間建立語音和數(shù)據(jù)呼叫的控制信令。

服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)：為上層應(yīng)用程序提供一種機(jī)制來發(fā)現(xiàn)可用的服務(wù)，是所有用戶模式的基礎(chǔ)。藍(lán)牙高端應(yīng)用層協(xié)議

高端應(yīng)用層位于藍(lán)牙協(xié)議體系的最上部分，主要包括下述幾個單元：

對象交換協(xié)議(OBEX)：只定義傳輸對象，而不指定特定的傳輸數(shù)據(jù)類型，可以是從文件到電子商務(wù)卡、從命令到數(shù)據(jù)庫等任何類型。

網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議：包括PPP、TCP、IP和UDP協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的撥號上網(wǎng)，或通過網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)訪問因特網(wǎng)和本地局域網(wǎng)。無線應(yīng)用協(xié)議(WAP)：支持移動電話瀏覽網(wǎng)頁、收取電子郵件和其他基于因特網(wǎng)的協(xié)議，可在數(shù)字蜂窩電話和其他小型無線終端上實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)。

無線應(yīng)用環(huán)境(WAE)：可提供用于WAP電話和個人數(shù)字助理PDA所需的各種應(yīng)用軟件。

音頻協(xié)議(AUDIO)：可在一個或多個藍(lán)牙設(shè)備之間傳遞音頻數(shù)據(jù)，并通過在基帶上直接傳輸SCO分組實(shí)現(xiàn)。

3.3藍(lán)牙狀態(tài)和編址

藍(lán)牙技術(shù)主要用于點(diǎn)對點(diǎn)的文件傳輸，可通過配對連接過程實(shí)現(xiàn)。主設(shè)備搜索周圍藍(lán)牙從設(shè)備地址，發(fā)起配對連接，輸入配對口令，通過后則可建立連接。在建立連接的過程中，藍(lán)牙設(shè)備的狀態(tài)也不斷發(fā)生變化。本節(jié)將講解藍(lán)牙設(shè)備的狀態(tài)和編址。3.3.1藍(lán)牙狀態(tài)

藍(lán)牙設(shè)備主要運(yùn)行在待機(jī)(Standby)和連接(Connection)兩種狀態(tài)。從待機(jī)到連接狀態(tài)，需經(jīng)歷尋呼、尋呼掃描、查詢、查詢掃描、主響應(yīng)、從響應(yīng)、查詢相應(yīng)7個子狀態(tài)。

1.待機(jī)狀態(tài)

待機(jī)狀態(tài)是藍(lán)牙單元的默認(rèn)狀態(tài)，除本地時鐘以低功率模式驅(qū)動外，其他功能都處于閑置狀態(tài)。設(shè)備每隔1.28s就周期性地“偵聽”信息，一旦設(shè)備被喚醒便處于連接狀態(tài)，將在預(yù)先設(shè)定的32個跳頻頻率上接聽信息。跳頻數(shù)目因地區(qū)而異，多數(shù)國家都采用32個跳頻頻率。

2.連接狀態(tài)

在連接建立后，藍(lán)牙設(shè)備可以處于激活(Active)、保持(Hold)、呼吸(Sniff)和休眠(Park)4種模式。其中，后3種為節(jié)能狀態(tài)，按照電源能耗由低到高依次為休眠、保持和呼吸。藍(lán)牙的4種連接狀態(tài)如表3-1所示，4種狀態(tài)之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。

3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換

藍(lán)牙設(shè)備由待機(jī)到連接狀態(tài)所經(jīng)歷的7個子狀態(tài)的詳細(xì)描述如表3-2所示。各個子狀態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)換，狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程如圖3-2所示。圖3-2狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程從圖3-2中可以看出，藍(lán)牙從待機(jī)到連接狀態(tài)需經(jīng)歷下述步驟：

(1)主設(shè)備使用識別碼(GIAC/DIAC)查詢一定范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備。

(2)處于查詢掃描狀態(tài)的藍(lán)牙設(shè)備偵聽到查詢信息后，會發(fā)送自己的地址和時鐘信息(FHS數(shù)據(jù)包)給主設(shè)備，進(jìn)入查詢響應(yīng)狀態(tài)。

(3)主設(shè)備在發(fā)現(xiàn)范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備之后，尋呼這些

設(shè)備。

(4)處于尋呼掃描狀態(tài)的從設(shè)備被該主設(shè)備尋呼到，用自己的設(shè)備訪問碼作為響應(yīng)，進(jìn)入從響應(yīng)狀態(tài)。

(5)主設(shè)備接收到來自從設(shè)備的響應(yīng)之后，傳送自己的FHS數(shù)據(jù)包作為響應(yīng)，進(jìn)入主響應(yīng)狀態(tài)。

(6)從設(shè)備收到該FHS數(shù)據(jù)包后，主設(shè)備和從設(shè)備即進(jìn)入連接狀態(tài)。3.3.2藍(lán)牙編址

藍(lán)牙有4種基本類型的設(shè)備地址：BD_ADDR、AM_ADDR、PM_ADDR、AR_ADDR。其中：

BD_ADDR：48位的藍(lán)牙設(shè)備地址。

AM_ADDR：3位激活狀態(tài)成員地址。

PM_ADDR：8位休眠狀態(tài)成員地址。

AR_ADDR：訪問請求地址，休眠狀態(tài)的從單元通過它向主單元發(fā)送訪問消息。

1.藍(lán)牙設(shè)備地址

每個藍(lán)牙設(shè)備都有一個唯一的48位藍(lán)牙設(shè)備地址BD_ADDR(BluetoothDeviceAddress)。BD_ADDR由3段構(gòu)成：

LAP(低24位地址段)。

NAP(16位無效地址段)。

UAP(高8位地址段)。

NAP和UAP合在一起構(gòu)成了24位地址，用作生產(chǎn)廠商的唯一標(biāo)識碼，由藍(lán)牙權(quán)威部門分配給不同的廠商。LAP在各廠商內(nèi)部分配。

2.從節(jié)點(diǎn)地址

從節(jié)點(diǎn)地址不是唯一的，從節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)不同，分配的地址也不同，有下述三種：

AM_ADDR：處于激活狀態(tài)下的從節(jié)點(diǎn)地址，該地址位于主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的分組頭中。利用節(jié)點(diǎn)有無激活地址能把主節(jié)點(diǎn)和任何一個從節(jié)點(diǎn)區(qū)別開。

PM_ADDR：處于休眠狀態(tài)的成員地址，也使用3位二進(jìn)制數(shù)描述8個節(jié)點(diǎn)的地址。從節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)時就能獲得一個休眠成員地址PM_ADDR。通過BD_ADDR或PM_ADDR均能識別處于休眠狀態(tài)下的從節(jié)點(diǎn)。

AR_ADDR：從節(jié)點(diǎn)除了激活地址、休眠地址外，還有一個訪問請求地址AR_ADDR。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)時，將分配一個狀態(tài)請求地址，用來向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個狀態(tài)請求消息，使休眠從節(jié)點(diǎn)能夠在訪問窗口內(nèi)確定“從→主時隙”。

3.4藍(lán)牙數(shù)據(jù)分組

在藍(lán)牙的信道中，數(shù)據(jù)是以分組的形式進(jìn)行傳輸?shù)模磳⑿畔⑦M(jìn)行分組打包，時間劃分為時隙，每個時隙內(nèi)只發(fā)送一個數(shù)據(jù)包。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)包與糾錯機(jī)制之間有密切的聯(lián)系。本節(jié)將介紹藍(lán)牙的數(shù)據(jù)分組技術(shù)，包括分組格式和分組類型。3.4.1分組格式

每個數(shù)據(jù)分組可以僅由識別碼組成，也可以由識別碼和分組頭組成，或者由識別碼、分組頭和有效載荷組成。識別碼和分組頭的長度是固定的，有效載荷的長度可以在0～2745比特之間變化。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分組格式如圖3-3所示。圖3-3藍(lán)牙數(shù)據(jù)分組格式其中：

識別碼：用于數(shù)據(jù)同步、DC偏移補(bǔ)償和身份識別。

分組頭：包含了鏈路控制(LC)信息。

有效載荷：攜帶上層的語音和數(shù)據(jù)字段。

1)識別碼

藍(lán)牙數(shù)據(jù)分組可以有多種不同的數(shù)據(jù)類型，識別碼是每個數(shù)據(jù)分組的必要組成部分。在同一個網(wǎng)中發(fā)送的所有分組都有相同的信道識別碼，因此可以對信道上交換的所有分組進(jìn)行識別，過濾從其他網(wǎng)中接收到的數(shù)據(jù)包。識別碼也可用于尋呼和查詢過程，這種情況下的識別碼可單獨(dú)作為信令信息，而不需要分組頭和載荷。識別碼的格式如圖3-4所示。圖3-4識別碼格式藍(lán)牙設(shè)備單元在不同的工作模式下使用不同的識別碼，識別碼共有下述3種類型：

信道識別碼CAC：用于標(biāo)識一個微微網(wǎng)。

設(shè)備識別碼DAC：用于指定的信令過程，比如尋呼和尋呼應(yīng)答。

查詢識別碼IAC：用于查詢，分為通用查詢識別碼和專用查詢識別碼兩種，前者用于檢測指定范圍內(nèi)的其他微微網(wǎng)設(shè)備；后者用于檢測指定范圍內(nèi)的專用藍(lán)牙設(shè)備。

2)分組頭

數(shù)據(jù)包的分組頭部分包含了數(shù)據(jù)包確認(rèn)、亂序數(shù)據(jù)包重排的數(shù)據(jù)包編號、流控、從單元地址和報頭錯誤檢查等鏈路控制信息，由6個字段組成，共有18位。分組頭格式如圖3-5所示。圖3-5分組頭格式為了降低開銷，它采用前向糾錯編碼方法(FEC)，在特殊情況下，分組頭的第一位在序列中發(fā)3次，即利用1/3比例前向糾錯編碼來提高發(fā)送的可靠性，形成54比特的頭序列。

分組頭各位的描述如表3-3所示。

3)有效載荷

有效載荷部分?jǐn)y帶了上層的語音和數(shù)據(jù)字段。針對不同的數(shù)據(jù)鏈路，藍(lán)牙分組的有效載荷可以分為語音段載荷和數(shù)據(jù)段載荷。其中，ACL數(shù)據(jù)分組只有數(shù)據(jù)段載荷；SCO數(shù)據(jù)分組只有語音段載荷；DV分組則同時含有語音段載荷和數(shù)據(jù)段載荷。數(shù)據(jù)段載荷的一般格式如圖3-6所示。圖3-6數(shù)據(jù)段載荷格式從圖3-6可以看出，數(shù)據(jù)段載荷由有效載荷頭、有效載荷體和CRC碼3部分組成。有效載荷頭用于指示邏輯信道、邏輯信道上的流量控制和載荷的長度，根據(jù)分組所占的時隙大小，其長度也有所不同，分別為1個或2個字節(jié)。CRC碼用于數(shù)據(jù)錯誤檢測和錯誤糾正。

與數(shù)據(jù)段載荷不同的是，語音段載荷無有效載荷頭和CRC碼，只有有效載荷體。3.4.2分組類型

不同鏈路的不同分組類型由分組頭中的TYPE位唯一區(qū)分，可分為5種公共分組(為兩種鏈接方式所通用)、4種SCO分組和7種ACL分組3大類。其中，SCO分組用于同步SCO鏈接，ACL分組用于異步ACL鏈接方式。16種分組類型的詳細(xì)描述如表3-4所示。

3.5藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙模塊又叫藍(lán)牙內(nèi)嵌模塊、藍(lán)牙模組，是藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)的重要實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際的藍(lán)牙應(yīng)用與開發(fā)中，一般不需關(guān)注具體的協(xié)議實(shí)現(xiàn)，只需結(jié)合項目任務(wù)選擇合適的藍(lán)牙模塊即可。本節(jié)將詳細(xì)介紹藍(lán)牙模塊的實(shí)現(xiàn)、選型，以及與本書配套的藍(lán)牙模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳圖和外圍電路。3.5.1藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)

目前多數(shù)藍(lán)牙芯片的底層硬件采用單芯片結(jié)構(gòu)，利用片上系統(tǒng)技術(shù)將硬件模塊集嵌在單個芯片上，同時配有微處理器(CPU)、靜態(tài)隨機(jī)存儲器(SRAM)、閃存(FlashROM)、通用異步收/發(fā)器(UART)、通用串行接口(USB)、語音編/譯碼器(CODEC)、藍(lán)牙測試模塊等。一個典型的單芯片藍(lán)牙硬件模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3-7所示。圖3-7單芯片藍(lán)牙硬件模塊結(jié)構(gòu)藍(lán)牙芯片可以集成到各種數(shù)字化智能終端中，方式有下述兩種：

單微控制器方式：所有藍(lán)牙協(xié)議與用戶應(yīng)用程序都集成到一個模塊中，整個處理過程由一個微處理器來完成。

雙微控制器方式：藍(lán)牙底層與中高層協(xié)議分別由主機(jī)控制器和主機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

在藍(lán)牙芯片的基礎(chǔ)上，添加微帶天線、晶振、Flash、電源電路等，并根據(jù)應(yīng)用需求開發(fā)所需的應(yīng)用協(xié)議、應(yīng)用程序和接口驅(qū)動程序，即可構(gòu)成藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)某些特定用途。3.5.2選型

1.藍(lán)牙模塊性能指標(biāo)

藍(lán)牙模塊的性能指標(biāo)主要有下述幾個：

發(fā)射功率：標(biāo)準(zhǔn)的CLASS1模塊發(fā)射功率為20dBm，即100mW；標(biāo)準(zhǔn)的CLASS2模塊發(fā)射功率小于6dBm，即小于4mW。在發(fā)射功率參數(shù)確定后，實(shí)際發(fā)射效率與射頻電路、天線效率相關(guān)。接收靈敏度：藍(lán)牙模塊接收靈敏度小于-80dBm，適當(dāng)增加前置放大器，可提高靈敏度。

通信距離：CLASS1模塊的標(biāo)準(zhǔn)通信距離(指在天線相互可視的情況下)為100m，CLASS2模塊通信距離為10m。實(shí)際藍(lán)牙模塊的通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏度及應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)。

功耗與電流：藍(lán)牙模塊的功耗大小與工作模式相關(guān)，在查找、通信和等待時，功耗是不同的。不同的固件，因其參數(shù)設(shè)置不同，功耗也會不同。

2.藍(lán)牙模塊種類

藍(lán)牙模塊的種類很多，可從應(yīng)用、芯片、技術(shù)、性能、生產(chǎn)廠家等多個角度區(qū)分：

按應(yīng)用分，有手機(jī)藍(lán)牙模塊、藍(lán)牙耳機(jī)模塊、藍(lán)牙語音模塊、藍(lán)牙串口模塊等。

按技術(shù)分，有藍(lán)牙數(shù)據(jù)模塊、藍(lán)牙語音模塊、藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制模塊。

按采用的芯片分，有ROM版模塊、EXT版模塊及FLASH版模塊。

按性能分，有CLASS1藍(lán)牙模塊和CLASS2藍(lán)牙模塊。

按生產(chǎn)廠家分，有市場上有CSR(現(xiàn)已被三星電子收購)、Brandcom、Eriosson、Philips等，目前市場上大部分產(chǎn)品是前兩家公司的方案。

3.藍(lán)牙模塊選擇

在選擇藍(lán)牙模塊時，除了要考慮性能指標(biāo)外，還要綜合考慮成本、體積、外圍電路復(fù)雜度、應(yīng)用需求等因素。

與本書配套的藍(lán)牙模塊選擇的是BLK-MD-BC04-B(以下稱本模塊)，主要用于短距離無線數(shù)據(jù)傳輸，具有成本低、體積小、功耗低、收/發(fā)靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。3.5.3硬件電路

1.概述

本模塊采用英國CSR公司BlueCore4-Ext芯片，遵循V2.1+EDR藍(lán)牙規(guī)范，支持UART、USB、SPI、PCM、SPDIF(SONY/PHILIPSDigitalInterfaceFormat)等接口及SPP(SerialPortProfiles)藍(lán)牙串口協(xié)議，只需配備少許的外圍元件就能實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的功能。其主要特點(diǎn)如下：本模塊主要用于短距離的數(shù)據(jù)無線傳輸領(lǐng)域，可避免繁瑣的線纜連接，能直接替代串口線，可以方便地和PC的藍(lán)牙設(shè)備相連，也可以用于兩個模塊之間的數(shù)據(jù)互通，廣泛用于藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)遙控和遙測、POS系統(tǒng)、無線鍵盤和鼠標(biāo)、樓宇自動化和安防、門禁系統(tǒng)、智能家居等領(lǐng)域。

2.管腳圖

本模塊的管腳圖如圖3-8所示。圖3-8藍(lán)牙模塊管腳圖

3.內(nèi)部結(jié)構(gòu)

本模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-9所示。圖3-9藍(lán)牙模塊功能框圖從圖3-9可以看出，本模塊內(nèi)部含有天線、2.4GHz射頻模塊(Radio)、RAM、DSP(基帶數(shù)字信號處理芯片)、MCU、晶振(藍(lán)牙時鐘)，I/O接口等，支持FLASH存儲、音頻輸入/輸出(AudioIn/Out)、UART/USB、SPI、PIO、PCM等功能。

4.外圍電路

在實(shí)驗開發(fā)板中本模塊的外圍電路如圖3-10所示。圖3-10本模塊外圍電路

3.6藍(lán)牙應(yīng)用與開發(fā)

在實(shí)際開發(fā)中，藍(lán)牙模塊往往已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙協(xié)議棧，并提供一系列指令用于設(shè)置和操作；而對用戶而言，只需要有藍(lán)牙的基本概念，并掌握這些指令即可進(jìn)行藍(lán)牙的應(yīng)用開發(fā)。

實(shí)踐中，藍(lán)牙模塊大多支持AT指令集。本節(jié)將講解本模塊的AT指令結(jié)構(gòu)、使用方法和應(yīng)用示例。3.6.1AT指令概述

AT即Attention(注意、注意力)，AT指令的每條命令以字母“AT”開頭，因此得名。20世紀(jì)90年代初，AT指令僅被用于Modem操作，之后主要的移動電話生產(chǎn)廠商共同為GSM研制了一整套AT指令，并在此基礎(chǔ)上將其發(fā)展，加入GSM07.05標(biāo)準(zhǔn)以及GSM07.07標(biāo)準(zhǔn)，成為了完全標(biāo)準(zhǔn)化和比較健全的指令集。早期的AT指令集多用于GSM、GPRS模塊(例如本書配套的GPRS模塊)，用于配置和執(zhí)行相應(yīng)操作。由于其簡單和標(biāo)準(zhǔn)化，目前越來越多的模塊也開始支持AT指令集，例如本教材配套的藍(lán)牙、WiFi模塊均支持AT指令集。

AT指令以AT開頭，以回車、換行字符(\r\n)結(jié)尾，不區(qū)分大小寫。AT指令的響應(yīng)在數(shù)據(jù)包中，每個指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。其他的一些非預(yù)期信息(如有人撥號進(jìn)來、線路無信號等)，模塊將有對應(yīng)的一些信息提示，接收端可作相應(yīng)的處理。3.6.2

AT指令示例

【示例3-1】AT指令示例。

硬件電路：在圖3-10中，將JP12的1與3、2與4用跳線短接，即本模塊與PC相連，用超級串口工具可以方便地查看AT指令的執(zhí)行結(jié)果；JP13的1與2短接，即硬件設(shè)置為主/從方式；JP14的1與2短接，即從機(jī)模式。

1)查詢/設(shè)置本模塊名稱

在圖3-11中，左下方白框顯示的是PC發(fā)給本模塊的AT指令，其上方白框顯示的是本模塊發(fā)送給PC的應(yīng)答。首先查詢本模塊的名稱，得到應(yīng)答B(yǎng)OLUTEK；然后將其改為BC04-B。兩條AT指令之間由回車符隔開(\r\n)。圖3-11查詢/設(shè)置本模塊名稱

2)查詢/設(shè)置串口通信波特率

在圖3-12中，首先查詢本模塊的波特率，得到應(yīng)答為4，即波特率為9600b/s；若要將其改為115200b/s，則需將參數(shù)值設(shè)置為8。圖3-12查詢/設(shè)置串口通信波特率

3)查詢串口通信模式和工作狀態(tài)

在圖3-13中，首先查詢本模塊的通信模式，得到應(yīng)答<0，0>，即1位停止位，無校驗，由于在超級串口中無停止位和校驗位的下拉菜單，修改本模塊的通信模式后與PC的通信模式不匹配，將無法繼續(xù)正常通信，AT指令將無效，因此不作修改；然后查詢本模塊的工作狀態(tài)，得到應(yīng)答為3，即模塊處于配對狀態(tài)。圖3-13查詢串口通信模式和工作狀態(tài)3.6.3藍(lán)牙初始化

藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)之前，應(yīng)先使用AT指令對其進(jìn)行初始化。初始化指令一般包含下述內(nèi)容：下述內(nèi)容用于實(shí)現(xiàn)任務(wù)描述3.D.1，采用AT指令實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊連接前的初始化設(shè)置。

硬件電路同示例3-1，將本模塊和PC相連，通過串口發(fā)送AT指令控制本模塊完成連接前的相關(guān)設(shè)置；采用硬件設(shè)置主/從方式，本模塊作為從機(jī)。

在超級串口上發(fā)送的AT指令和接收到的應(yīng)答情況如圖3-14所示。圖3-14(a)使用AT指令依次完成了下述內(nèi)容：將本模塊名稱設(shè)置為BC04-B，查詢本模塊的48位設(shè)備地址，開啟indiction上行指令，設(shè)置藍(lán)牙設(shè)備類型，設(shè)置藍(lán)牙查詢訪問碼為GIAC，以便被周圍所有的藍(lán)牙設(shè)備查詢。

圖3-14(b)使用AT指令依次完成了下述內(nèi)容：設(shè)置尋呼掃描，查詢掃描參數(shù)，設(shè)置自動搜索遠(yuǎn)端藍(lán)牙設(shè)備，查詢藍(lán)牙配對列表(無配對列表)，設(shè)置配對碼為123456，設(shè)置任意藍(lán)牙地址連接模式。3.6.4藍(lán)牙配對測試

AT指令可用于完成藍(lán)牙模塊進(jìn)行連接前的相關(guān)設(shè)置，一旦藍(lán)牙設(shè)備之間配對連接，即進(jìn)入數(shù)據(jù)透傳方式，AT指令將不再起控制作用，只相當(dāng)于兩個設(shè)備之間的字符串通信。使用藍(lán)牙模塊與PC或手機(jī)進(jìn)行通信時，PC和手機(jī)的藍(lán)牙一般作為主機(jī)，藍(lán)牙模塊作為從機(jī)。

下述內(nèi)容用于實(shí)現(xiàn)任務(wù)描述3.D.2，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊和手機(jī)之間的配對連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)收/發(fā)測試。為方便查看AT指令和相關(guān)的應(yīng)答情況，本例仍將模塊與PC相連，通過超級串口發(fā)送和顯示相關(guān)的AT指令。硬件電路同描述3.D.1，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1)藍(lán)牙連接前的初始化設(shè)置

本模塊連接前的初始化步驟同描述3.D.1。

2)安卓藍(lán)牙串口助手安裝

安