BLE
關(guān)注創(chuàng)建者：動能劉磊-射頻芯片銷售工程師 創(chuàng)建時間：2023-06-30
BLE的實例教程
>從空中數(shù)據(jù)收發(fā)理解BLE（上）" data-itemshowtype="0" tab="innerlink" data-linktype="2">點此查看>>從空中數(shù)據(jù)收發(fā)理解BLE（上）在使用帶BLE功能的MCU進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)的時候，需要先熟悉BLE的API. 然而，各廠家的BLE API風(fēng)格差異很大，要比不同器件平臺硬件驅(qū)動庫HAL之間的差別更大。底層無線電部分的硬件，各家自有獨立的設(shè)計（硬件寄存器也不一定開放），況且BLE協(xié)議棧有很大一部分是軟件實現(xiàn)，它不光涉及無線電部分，還需要定時器和中斷管理、電源管理，甚至用到動態(tài)內(nèi)存分配。于是要用BLE通信，協(xié)議棧部分幾十上百kB的代碼占用是很常見的（有的平臺把API實現(xiàn)放到ROM里能省部分），但難處在于不容易預(yù)測它的軟件行為，如一個API調(diào)用的執(zhí)行時間、什么時候會用回調(diào)函數(shù)、什么時候需要切換低功耗模式等等。每當(dāng)接觸一個新的BLE MCU平臺時，對BLE API的學(xué)習(xí)時間要遠(yuǎn)多于GPIO、UART這些基礎(chǔ)硬件。如果對BLE技術(shù)缺乏認(rèn)識，學(xué)習(xí)這些API更容易一頭霧水。
BLE協(xié)議棧包含的內(nèi)容太多了，一下弄明白太難。作為MCU應(yīng)用開發(fā)，又不一定需要了解那么多，只要能實現(xiàn)需要的數(shù)據(jù)通信就夠了。跟手機(jī)用BLE通信會麻煩一點，但如果是MCU和MCU之間通信呢？用過NRF24L01嗎？它的空中數(shù)據(jù)包和BLE的數(shù)據(jù)包很相似，因為協(xié)議簡單了，沒有BLE的Profile, Service那些概念，對MCU工程師友好很多。
BLE應(yīng)用如果只做一個beacon的話，就是只管定期發(fā)出數(shù)據(jù)，不需要建立連接的那種，其實是用不著協(xié)議棧的，甚至可能BLE API都不用到——這么說是不是一下子簡單了？
展開 BLE是Bluetooth Low Energy的縮寫，即低功耗藍(lán)牙，是藍(lán)牙規(guī)范的一個子集，從藍(lán)牙4.0版本開始引入。BLE技術(shù)成功地適應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)時代那些需要少量無線數(shù)據(jù)傳輸，并對功耗很敏感的設(shè)備的需求。目前已經(jīng)有為數(shù)不少的MCU器件將BLE無線收發(fā)電路集成于片內(nèi)，還保持了MCU的低功耗特性，實現(xiàn)了單芯片的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。
近幾年我通過論壇的活動，陸續(xù)接觸過NXP、ST、TI、ON Semi支持BLE的MCU產(chǎn)品，深感BLE的門檻不低。要設(shè)計一個充分發(fā)揮BLE優(yōu)點的作品，需要對這一技術(shù)有比較全面的了解。學(xué)習(xí)理解BLE也需要一個過程，如果每次僅僅是把現(xiàn)有的例子拿來改一改，獲得的經(jīng)驗很有限。從什么切入點開始學(xué)習(xí)比較好？也許不同的人習(xí)慣不同。我打算從MCU硬件工程師的角度提供一些參考，就有了這篇文章的構(gòu)思。
在MCU上使用BLE，目的不外乎發(fā)送數(shù)據(jù)，或者是接收數(shù)據(jù)。為什么BLE入門難？對比下最簡單的：UART、SPI，和稍微復(fù)雜一點的I
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C、CAN這些——它們都是有線連接（廢話），發(fā)送方對接收方有一個單獨（至少在傳輸時候是獨占）的、可靠（正常情況下發(fā)出1/0就收到1/0）的數(shù)據(jù)通道；并且數(shù)據(jù)傳遞之前主機(jī)先發(fā)出請求，或者數(shù)據(jù)自身就帶有請求標(biāo)志。再看BLE，數(shù)據(jù)通過無線電波發(fā)出，接收者要判斷天線收到的電波里面有沒有給自己的信號，再從有效的信號里解調(diào)出數(shù)據(jù)……復(fù)雜程度已經(jīng)不可比擬了。雖然芯片上的無線功能模塊已經(jīng)把調(diào)制解調(diào)工作做了，但它的工作指令仍然是軟件下達(dá)的。
BLE要用無線電波傳遞信息，就是將數(shù)據(jù)編碼，調(diào)制到射頻信號中發(fā)射。
展開 HS6621CM-C是一款集成32 bit CPU、Flash和Audio的BLE/2.4G 的多模無線SoC芯片，內(nèi)置64kB SRAM、512kB Flash以及GPIO、SPI、I2C、UART、語音ADC，SAR ADC等多種接口與設(shè)備，在單顆芯片上集成了各種2.4GHz物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)所需的所有特性和功能， 32pin 5x5 QFN封裝；
架構(gòu)特征如下：
1. 內(nèi)置32位ARM? Cortex?-M4F, 芯片主頻可達(dá)48MHz
2. 內(nèi)置64kB SRAM, 512kB Flash
3. BLE/2.4GHz RF收發(fā)器可配置工作在1Mbps標(biāo)準(zhǔn)兼容的BLE模式、2Mbps增強(qiáng)的BLE模式、125/500kbps BLE模式、和私有1Mbps、2Mbps模式，所有模式都支持FSK/GFSK/調(diào)制
4. BLE Mesh：支持128/256個節(jié)點組網(wǎng)，同時可控制8/16個分組，支持超過200個節(jié)點無延遲開關(guān)控制和實時狀態(tài)更新
5. 豐富的外設(shè)和接口：17個GPIO、2*SPI（Master/Slave）、I2C（Master/Slave）、I2S、UART、16bit語音ADC，12bit GPADC
6. 高性能數(shù)字麥克風(fēng)、Codec (I2S)、模擬麥克風(fēng)輸入，PWM聲音頻輸出;
芯片內(nèi)部框圖如下
應(yīng)用場景
適用于各種人機(jī)交互和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如可穿戴設(shè)備、智能遙控器、智能玩具以及智能家居設(shè)備等
展開 由工采網(wǎng)代理的RSBRS02ABR是一款基于RS02A1-B芯片研發(fā)的低功耗藍(lán)牙（BLE）射頻模塊，模塊采用郵票半孔形式硬件接口設(shè)計；具有低功耗、小體積、遠(yuǎn)傳輸距離和強(qiáng)抗干擾能力等特點，并配備高性能蛇形天線；適用于各種短距離無線通信應(yīng)用。
相較于進(jìn)口芯片藍(lán)牙模塊，
RSBRS02ABR
RSBRS02ABR不僅滿足性能要求，還具有更低的價格優(yōu)勢；它擁有豐富的指令和多樣的功能，包含多條AT指令集，開放大量可配置參數(shù)，例如自定義廣播數(shù)據(jù)、自定義廣播UUID、修改透傳UUID、配對自動連接等，能夠滿足大部分應(yīng)用場景需求。
此外，它還具有直驅(qū)功能，通過App在對應(yīng)通道寫入指令，實現(xiàn)對部分IO的直接控制。用戶還可以根據(jù)特定需求進(jìn)行定制開發(fā)。
RSBRS02ABR模塊可用于開發(fā)基于藍(lán)牙4.2（BLE）的消費類電子產(chǎn)品和手機(jī)外設(shè)產(chǎn)品，能提高操作可靠性、信號傳輸距離和抗干擾性，解決不同電子產(chǎn)品互操作問題，同時顯著延長電池壽命。該模塊為客戶提供快速的BLE解決方案，是注重電池壽命、小尺寸和簡便實用性的理想選擇。
（1）模塊參數(shù)：
（2）Beacon功能：
（3）防劫持加密：可以有效防止被非授權(quán)移動設(shè)備連接到此模塊，協(xié)議提供了密碼通道來實現(xiàn)迷得提交修改和取消服務(wù)。
（4）直驅(qū)模式下支持：
（5）應(yīng)用場景：
1）電子煙：可調(diào)節(jié)功率輸出:20-80W；無需按鍵或開關(guān)；聲控快速開關(guān)。
2）智能玩具：BUILT WITHCC3200+TOF；高質(zhì)量無線通訊；智能布局；超低功耗；CEC認(rèn)證
3）智能門鎖：BLE或BLE加無線網(wǎng)關(guān)控制、安全保證、HTTP協(xié)議及云加密算法；手機(jī)程序操控；云端遠(yuǎn)程。
展開 功能特點：
藍(lán)牙協(xié)議支持BLE5.1；
工作溫度范圍-40℃~+85℃，可根據(jù)應(yīng)用場景定制測溫范圍；
低成本，BLE內(nèi)置MCU控制溫度采集、存儲和按鍵；
溫度采集頻率1min/次（軟件可配置），數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸?shù)绞謾C(jī)以及后臺；
支持藍(lán)牙斷點本地緩存/續(xù)傳功能，可存儲2000條數(shù)據(jù)信息；
可提供定制化開發(fā)設(shè)計；
內(nèi)嵌三軸1024點FFT頻率分析算法，可同時分析三軸振動頻率變化趨勢。
技術(shù)參數(shù)：
溫度測量
- 典型精度：±0.5℃@-10℃~+85℃
- 分辨率：16bit
- 測量范圍：-70℃~+150℃
振動測量范圍：X/Y/Z 三軸振動加速度
可選量程：±2/±4/±8/±16g(默認(rèn)±4g)
加速度分辨率：0.1mg
測量精度：1mg
頻率分辨率：默認(rèn)配置0.1Hz，調(diào)整采樣頻率，較高可達(dá)0.01Hz
較高采樣頻率：1.6KHz
較低采樣頻率：12.5Hz
頻率分析：內(nèi)嵌三軸1024點FFT頻率分析算法，可同時分析三軸振動頻率變化趨勢
監(jiān)測頻率：默認(rèn)1min間隔，可發(fā)現(xiàn)異動主動推送
通信接口：BLE5.1
較大通信距離：50米
電壓范圍：2V~5.5V
工作溫度范圍：-55℃～+125℃
平均功耗：<20μA@3V
模組尺寸：Φ24mm
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BLE的最新內(nèi)容
無線通信與數(shù)據(jù)傳輸：集成 ?藍(lán)牙/BLE射頻模塊?（如支持BT/BLE 6.0、Auracast、LE Audio等），實現(xiàn)低延遲、高穩(wěn)定性的音頻流傳輸。射頻性能指標(biāo)如發(fā)射功率（較高15dBm）、接收靈敏度（-99dBm）保障連接質(zhì)量。
控制與系統(tǒng)管理：由?CPU（如ARM Cortex-M/A系列）? 協(xié)調(diào)各模塊，運行實時操作系統(tǒng)，管理任務(wù)調(diào)度、功耗模式切換等。
支持BLE Audio，包括CIS和BIS
支持藍(lán)牙Piconet和Scatternet組網(wǎng)協(xié)議
較大發(fā)射功率8dBm，支持class1、class2、class3
接收靈敏度（典型值）：
DH1：-92dBm
2DH5：-92dBm
BLE 1M：-95dBm
BLE 2M：-92dBm
支持A2DP/AVRCP/HFP/HSP/OPP/HID/SPP/ PBAP
功能特點：
藍(lán)牙協(xié)議支持BLE5.1；
工作溫度范圍-40℃~+85℃，可根據(jù)應(yīng)用場景定制測溫范圍；
低成本，BLE內(nèi)置MCU控制溫度采集、存儲和按鍵；
溫度采集頻率1min/次（軟件可配置），數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸?shù)绞謾C(jī)以及后臺；
支持藍(lán)牙斷點本地緩存/續(xù)傳功能，可存儲2000條數(shù)據(jù)信息；
可提供定制化開發(fā)設(shè)計；
內(nèi)嵌三軸1024點FFT頻率分析算法，可同時分析三軸振動頻率變化趨勢
藍(lán)牙技術(shù)特性：
BP1048B2支持 雙模藍(lán)牙5.0，兼容藍(lán)牙4.2及2.1+EDR協(xié)議，覆蓋經(jīng)典藍(lán)牙與低功耗（BLE）場景，具備以下特點：
傳輸性能：發(fā)射功率 10dBm，接收靈敏度典型值達(dá) -88dBm（經(jīng)典藍(lán)牙） 和 -92dBm（BLE），適應(yīng)不同距離與環(huán)境的通信需求。
支持與BLE協(xié)議相同的擴(kuò)頻功能
它集成了高性能低功耗射頻收發(fā)器、BLE 5.4 基帶、豐富的外設(shè)接口以及高效電源管理單元（PMU），適用于人機(jī)接口設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、遙控器）、運動休閑設(shè)備、手機(jī)配件及消費類電子產(chǎn)品等多種應(yīng)用場景。
藍(lán)牙技術(shù)特性：
BP1048B2支持 雙模藍(lán)牙5.0，兼容藍(lán)牙4.2及2.1+EDR協(xié)議，覆蓋經(jīng)典藍(lán)牙與低功耗（BLE）場景，具備以下特點：
傳輸性能：發(fā)射功率 10dBm，接收靈敏度典型值達(dá) -88dBm（經(jīng)典藍(lán)牙） 和 -92dBm（BLE），適應(yīng)不同距離與環(huán)境的通信需求。
- 132dBm
?+12.5dBm 高效率功率放大器（PA）
?低功耗設(shè)計，集成片上直流 - 直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC）
?支持 LoRa?、FLRC、(G) FSK 調(diào)制方式
?可編程比特率
?出色的抗阻塞能力
?標(biāo)準(zhǔn)及高級測距引擎，支持飛行時間（Time-of-Flight，TOF）功能
?兼容藍(lán)牙低功耗（Bluetooth? Low Energy，BLE
它充分利用了 OM6625A 在藍(lán)牙 5.4 低功耗（BLE）的強(qiáng)大能力，將復(fù)雜的無線通信協(xié)議棧封裝于一體，使開發(fā)者無需深入理解藍(lán)牙底層協(xié)議細(xì)節(jié)，即可快速實現(xiàn)設(shè)備間的無線數(shù)據(jù)透傳。
? 三/四線 SPI 接口通信/I2C 接口通信
? SPI 接口速率最高支持 4Mbps
? 支持最大數(shù)據(jù)長度為 128 字節(jié)（4 級 FIFO）
? SOP8 封裝
? 1M / 2Mbps 模式，需要晶振精度 ±40ppm&CL=12pF
125K/250kbps 模式，需要晶振精度 ±20ppm&CL=12pF
BLE 廣播包模式，需要晶振精度 ±10ppm&CL=12pF
