基于串口的BLE模组CC2640R2使用总结

news2024/10/11 16:26:22

之前写过蓝牙控制芯片nRF52832的一篇概述，里面主要记录了蓝牙的分层结构，需要的话可参考：nRF52832蓝牙概述_路溪非溪的博客-CSDN博客

这篇文章记录的是蓝牙模组的基本使用。

二者有何区别呢？

nRF52832是一款基于蓝牙的主控芯片，灵活度较高，能够实现更多的功能，它几乎和STM32芯片类似，有各种各样实现功能的外设，蓝牙只是其主打的一个外设而已，蓝牙协议实现得很全面。

而BLE模组，基本上就是作为一个透传的模块来使用，等同于一根导线，试想下，如果是一个传感器需要跟主控芯片通信，通过导线就可以了，但是蓝牙因为是无线的，没有导线，那怎么传输信号呢？这时候就需要一个透传模块。而CC2640R2所起的就是这个作用。

这个概念，就是透传。

什么是透传？

假如我现在有个蓝牙从机在板子上和单片机通过串口连接，这时，蓝牙主机通过蓝牙协议连接上蓝牙从机，此时，双方如何通信呢？

蓝牙主机发消息给蓝牙从机，蓝牙从机模组不会对这个数据进行任何额外的处理，而是会直接将这个数据转发给串口，此时单片机通过串口读到数据；当单片机需要发数据给主机时，直接将数据通过串口发送给蓝牙从机模组，同样的，蓝牙从机模组不会对数据进行任何的额外处理，而是直接将数据转发给主机。

从上面描述的过程来看，是不是蓝牙从机就好像不存在一样，单片机通过串口就能直接跟主机进行通信，我们也不需要在蓝牙从机上做任何数据操作，就好像这个蓝牙从机就是一根导线。

这种传输模式，就叫做透明传输。

理解透传之后，我们再来了解一下蓝牙模组的模式。

AT指令模式和透传模式

其实，市面上的各种集成模组，大部分都是采样这样的方式来实现，即存在两种模式，那就是AT指令模式和数据透传模式。

为什么有这两种模式呢？就以BLE模组CC2640来讲一下。

首先，如果要让模组实现功能，肯定要对其进行一些设置，设置成功之后，才能进行正确的数据传输，任何外设都是如此，一定是要先初始化，设置需要的一些参数，之后才能正常通信。

蓝牙模组也不例外，所以，模组通常就集成了相应的AT指令，我们只要发送指令给模组，就能对模组进行设置，此时，蓝牙模组就处于AT指令模式，在这种模式下，单片机发送的指令，模组在接收之后，并不会透传出去，而是会自己执行；当我们在AT指令模式下将模组的参数设置好，蓝牙也连接上了之后，就可以进入透传模式，这时，单片机给模组发的数据，就会透传出去，模组本身并不会对其进行任何额外处理。

示例如下：

对于这两种模式的切换，不同的模组有不同的方式，有的模组会通过一个引脚的电平切换来实现模式的转换，而有的模组，在连接之前处于AT指令模式，只要连接上了蓝牙，就会自动进入到透传模式，不用进行额外的操作。

BLE模组CC2640采用的就是第二种自动切换的方式。

透传模式，是模组内部就实现了数据的转发，而不需要我们去实现。

注意：

如果处于透传模式，即使发了AT指令，模组也不会执行，而是会当做数据透传出去。

说明下：

nRF52832不是蓝牙模组，而是一个蓝牙主控芯片，所以除了蓝牙的协议，其他部分需要我们自行设置和实现，就比如透传，就需要我们自己写代码去实现数据的转发。

蓝牙主机和蓝牙从机

蓝牙通信中，分为主机和从机，有的模组实现了从机功能，就只能作为从机；有的模组实现了主机功能，就只能作为主机；有的模组既实现了主机功能，又实现了从机功能，所以是主从一体的，既能配置为主机，也能配置为从机。所以在购买蓝牙模组时，就需要注意自己到底需要买的是哪种类型的模组。像nRF52832蓝牙主控芯片，购买时并不存在是主机还是从机一说，而是我们自己用代码去实现主机还是从机的功能。

通常来说，蓝牙协议是一个通用协议，只要主从双方，都是使用的蓝牙协议，并且，从机是在主机的连接范围之内，就可以连接。就像单片机的程序，只要是同一款芯片，不管是烧到哪个芯片里，作用都是一样的，要做的，可能就是改变一下引脚定义，应用软件部分是不用修改的。

再次补充介绍下蓝牙协议

基本概念

蓝牙版本

由此可见

蓝牙协议是一个通用协议；

BLE是属于蓝牙4.0以上版本的规范。

设备类型

一般来说，手机都是双模设备，既支持蓝牙低功耗，又支持传统蓝牙，所以，不管蓝牙模组使用的是BLE还是传统蓝牙，手机都能和他们建立连接并通信。

CC2640就是一个单模的设备，只支持BLE。

BLE体系结构

从对链路层的描述我们可以知道：

1、一个设备，同一时刻，要么是主机，要么是从机，不可能同时既是主机又是从机。

2、只有建立连接之后，才会互传数据，所以为什么要建立连接之后模组才能进入透传模式，就是这个原因。

3、为什么需要AT指令模式，就是因为设备上电后，不可能直接进入连接态，必须先设置，然后经由广播态或者发起态才能进入连接态。因此，我们在编写程序时，一定是先设置AT指令，开启广播，连接成功后才会发送透传数据。

链路层信道映射

BLE广播、扫描和连接事件

广播事件

广播是从设备发起的，可以被主设备扫描到，并能对扫描进行响应，即扫描响应。

扫描事件

扫描是主机的行为。

连接事件

注意，建立连接之前，走的都是广播信道，建立连接之后，就会走数据信道。

Profile、Service、Characteristic和UUID

CC2640使用概述

CC2640 R2 透传分为蓝牙主机版本，以及蓝牙从机版本。

本文以蓝牙从机为例，场景是：MCU和手机APP的通信。

透传模式，又叫桥接模式。

桥接模式：这是常用模式，搭建传统 MCU 与手机蓝牙之间的通信桥梁。用户MCU 可以通过模块的通用串口和移动设备进行双向通讯，用户也可以通过特定的串口 AT 指令，对某些通讯参数进行管理控制。用户数据的具体含义由上层应用程序自行定义。移动设备可以通过 APP 对模块进行写操作，写入的数据将通过串口发送给用户的 MCU。模块收到来自用户 MCU 串口的数据包后，将自动转发给移动设备。此模式下的开发，用户必须负责主 MCU 的代码设计，以及智能移动设备端 APP 代码设计。

模块通过初始设置后会自动进行广播，与打开特定 APP 的手机会对其进行扫描和对接，成功之后便可以通过 BLE 协议对其进行监控。
实物图展示：
引脚说明：
这里面除了串口引脚之外，还有几个比较重要的引脚。
Wakeup引脚，用来唤醒模组，之后才能进行串口传输。
BleCtrl引脚，用来控制广播的开启和关闭。
BleState引脚，用来监测模组当前处于连接还是断开状态。
一般的工作步骤是这样的。
上电后，先要发指令，发指令时，要Wakeup唤醒模组，然后才能发，指令发完之后，根据实际情况，在必要时通过BleCtrl打开广播，打开广播后，主机就可以连接模组了，连接成功后，模组就会进入透传模式，此时，就可以收发数据了，发送数据时，也要先唤醒模组。
然后，通过BleState实时监测蓝牙的连接和断开，以便做不同的处理。
桥接模式
可以看到，这里的通道分为BLE参数配置通道和用户数据通道，就是分别在AT指令模式和透传模式下使用的信道。
AT指令说明
此处仅部分AT指令，更多查看数据手册。
需要注意的是，AT指令的结尾就是回车换行符，也就是\r\n
指令格式如下：
模组主动发出的提示信息
关于指令的详细内容，自行查看数据手册。
以下仅以设置模组名称举例说明。
有的指令只能写，有的指令只能读，有的只能既能写也能读。
比如设置模组名称指令，既能写，也能读。
写的时候，就是给模组取名。
读的时候，就是读当前模组的名称。
比如上述的回复：
AT+OK
TTC-BLE
首先，总是会返回AT+OK+回车换行，之后如果有内容，再返回内容+回车换行。

透传的软件实现

先附上代码，然后再进行说明。

#include "ble.h"
#include "a_board.h"

//定义串口接收数据相关的变量
uint8_t g_Uart1RecvBuf[200];//接收缓冲，一帧数据
uint16_t g_Uart1RecvCount = 0;//接收数目
uint8_t USART1_FRAME_RX_STA = 0;//接收状态标记

void ble_uart_send_data(uint8_t *data, uint16_t len);
void wakeup_ble_usart(void);

//初始化蓝牙模块的IO（除串口外）
//PA8   BLE-WAKEUP-MCU输出
//PC7   BLECtrl-MCU输出
//PC8   BLEState-MCU输入
//PC9   BLE-INT-MCU输入
static void ble_io_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
        
    //配置时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);	 //使能PA端口时钟

    //IO通用参数配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
    
    //PA8
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;				 //PA8 端口配置
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化GPIOA.8
    
    //PC7
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;				 //PC7端口配置
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化GPIOC.7
    
    //PC89
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);  
}

//蓝牙的通信串口初始化
//PA9   BLE-TX-串口1
//PA10  BLE-RX-串口1
static void ble_usart_init()
{
	//GPIO端口设置
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1时钟和GPIOA时钟

	//USART1_TX   GPIOA.9
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	//USART1_RX	  GPIOA.10初始化
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  

	//USART 初始化设置
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 256000;//串口波特率
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
    
    //USART1中断配置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;		//子优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化NVIC寄存器
    
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接收中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);//开启串口空闲中断
    
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口1
}

//蓝牙串口1数据发送函数
void usart1_send_data(uint8_t *txData, uint8_t txLength)
{
	for(uint8_t i = 0; i < txLength; i++)
	{
        USART_SendData(USART1, txData[i]);//向串口1发送数据
		while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) != SET);//等待发送结束
	}
}

//蓝牙-串口1数据接收函数
void USART1_IRQHandler(void)                	//串口1中断服务程序
{
    uint8_t clear;//清除空闲中断
    
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
	{
        USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_RXNE);
		g_Uart1RecvBuf[g_Uart1RecvCount++] = USART_ReceiveData(USART1);
	}
    else if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET)
	{
		clear = USART1->SR; // 清除空闲中断
        clear = USART1->DR; // 清除空闲中断

		USART1_FRAME_RX_STA = 1;//一帧数据接收完成
	}
}

//唤醒蓝牙串口传输
void wakeup_ble_usart(void)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_8);//置低电平
}

//关闭蓝牙串口传输
void close_ble_usart(void)
{
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_8);//置高电平
}

//开启从机广播
void open_slave_broadcast(void)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_7);//置低电平
}

//关闭从机广播
void close_slave_broadcast(void)
{
    GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_7);//置高电平
}

//发送指令
void ble_uart_send_cmd(char *cmd)
{
	int len = strlen(cmd);
    
    wakeup_ble_usart();//唤醒蓝牙串口传输
    delay_ms(2);
    
    //发送指令数据
	usart1_send_data((uint8_t *)cmd, len);
}

//发送透传数据
void ble_uart_send_data(uint8_t *data, uint16_t len)
{
	wakeup_ble_usart();//唤醒蓝牙串口传输
    delay_ms(2);
	
    //发送透传数据
	usart1_send_data(data, len);
}

//蓝牙初始化
void ble_init(void)
{
    ble_io_init();//蓝牙io初始化
    ble_usart_init();//蓝牙串口初始化
    
    //设置蓝牙名称
    ble_uart_send_cmd("AT+NAME=TEST\r\n");
    
    //初始先关闭从机广播
    close_slave_broadcast();
}

//蓝牙透传接收到数据后的处理函数
void ble_received_data_handler(void)
{
    if(USART1_FRAME_RX_STA)
    {   
        //接收到一帧数据后，就直接发给模拟板
        SendDataToAnBoard(g_Uart1RecvBuf, g_Uart1RecvCount);
        
        USART1_FRAME_RX_STA = 0;
        g_Uart1RecvCount = 0;
    }
}

//检测蓝牙当前状态
uint8_t CheckBleState(void)
{
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_8) == SET)
    {
        return 0;//断开状态
    }
    else
    {
        return 1;//连接状态
    }
}

注意，这里从机取的蓝牙名称，要在主机的过滤器有效范围内。

补充说明：

这里需要对串口做一些补充。

其实，不管是不是串口，或者其他接收数据的外设，都有一个值得重点注意的问题。

那就是，接收数据时，不要一个一个地去处理，而是必须先将其存储在一个缓存中，然后需要的时候再去缓存里拿数据进行处理转发等操作。

为什么？因为底层数据接收的速度非常快，而通常数据处理的速度就慢得多，慢的操作绝对无法跟上快的操作，所以必定导致一种现象：数据来得太快，我拿数据处理时，当前数据还没处理完，就已经过去好多数据没被接收到，这样，就会漏数据。而且，可能导致数据位错乱，导致拿到的数据是乱码。

可以看到，上面单次处理的方式，在第四次处理时，你以为你处理的只是第4个点的数据，其实，可能已经过去成百上千个数据了，如果用一个变量来接收，那早就被覆盖了。

所以，必须先缓存下来，然后需要的时候去处理。

注意，我这里没有说建议，而是必须，因为如果不这么做的话，数据就不对。

还有一个问题就是，很多时候，我们都必须知道接收了多少字节的数据，这样才方便处理，如果接收的是定长数据就比较好办，但如果是不定长数据就比较麻烦。之前提到过一种串口空闲中断+DMA的方式，因为DMA提供了一个函数，可以间接算出接收了多少字节。但是如果不用DMA呢？那就可以通过串口接收中断+空闲中断的方式来处理。

举例说明

这里假如接收到一帧5个字节的数据，那么，接收中断就会进入5次，在第5次接收中断之后，就会出现一个空闲中断，此时，就不会再进入接收中断，而是空闲中断，这样，就能知道到底接收了多少个字节的数据。

这一点非常非常重要。

可以参考这篇文章：STM32使用串口IDLE中断的两种接收不定长数据的方式

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