單片機(jī)控制藍(lán)牙硬件接口設(shè)計(jì)研究范文

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摘要：單片機(jī)作為一款集成芯片，可將數(shù)據(jù)信息通過集成處理器進(jìn)行高效率傳輸，當(dāng)前已被廣泛應(yīng)用到各大領(lǐng)域中。為實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙系統(tǒng)的運(yùn)行，在內(nèi)部接口的聯(lián)動(dòng)作用下，以藍(lán)牙模塊的中間層協(xié)議為基準(zhǔn)，進(jìn)行硬件接口的連接，可保證信號(hào)的協(xié)議傳輸。文章對(duì)單片機(jī)特性進(jìn)行論述，對(duì)藍(lán)牙模塊系統(tǒng)的組成進(jìn)行分析，并通過單片機(jī)終端設(shè)計(jì)、單片機(jī)與藍(lán)牙系統(tǒng)連接模式對(duì)單片機(jī)控制藍(lán)牙模塊硬件接口設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；藍(lán)牙模塊；接口

引言

藍(lán)牙可實(shí)現(xiàn)短距離的無線傳輸，在運(yùn)行過程中主要依托于內(nèi)部的無線射頻器、鏈路控制器、鏈路管理器、相關(guān)通訊協(xié)議等。為實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計(jì)，需對(duì)藍(lán)牙模塊的協(xié)議層進(jìn)行分析，確定單片機(jī)與藍(lán)牙模塊的連接方式，并將通訊協(xié)議進(jìn)行協(xié)調(diào)，以保證數(shù)據(jù)信息的正確傳輸。

1單片機(jī)特性論述

單片機(jī)是指集成式處理芯片，通過集成模塊將數(shù)據(jù)處理器等集中在同一高效率傳導(dǎo)硅片上，其中包含CPU、ROM、RAM、I/O接口、計(jì)數(shù)器等，由于其高效率傳輸、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域、智能控制領(lǐng)域、通訊領(lǐng)域等。單片機(jī)在對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理時(shí)，可通過系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，對(duì)數(shù)值進(jìn)行法則運(yùn)算，以保證運(yùn)算結(jié)果和判決結(jié)果的精準(zhǔn)性。單片機(jī)內(nèi)部的控制器是系統(tǒng)的決策模塊，可對(duì)各模塊之間起到協(xié)調(diào)功能，包括指令采集、譯碼、信號(hào)轉(zhuǎn)換、控制數(shù)據(jù)流向等，在實(shí)際應(yīng)用過程中，以內(nèi)部總線和外部總線為主，將各運(yùn)行機(jī)構(gòu)相協(xié)調(diào)，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)對(duì)外部設(shè)備的控制［1］。

2藍(lán)牙模塊系統(tǒng)組成

2.1藍(lán)牙模塊系統(tǒng)

藍(lán)牙作為一種無線傳輸技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)短距離的信息傳輸，在科學(xué)技術(shù)的支持下，為滿足人們工作和企業(yè)發(fā)展需求，藍(lán)牙技術(shù)也正在逐漸更新，并往低功耗、高隱私、高延展、智能化、速率化等方面發(fā)展。藍(lán)牙系統(tǒng)在運(yùn)行過程中依托于無線射頻模塊、鏈路控制模塊、鏈路管理模塊、協(xié)議軟件等進(jìn)行工作的。無線射頻模塊是指?jìng)鬏敳ǘ危{(lán)牙通過頻段傳輸信號(hào)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無線傳輸，在自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用下，可保證點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸與交換。鏈路控制模塊，作為系統(tǒng)的基帶單元，一般包括控制器、處理器、射頻器等，以確保信號(hào)可穩(wěn)定性傳輸，其主要功能一般以構(gòu)建局域網(wǎng)絡(luò)為主，提升網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娜蒎e(cuò)性，并針對(duì)系統(tǒng)法則運(yùn)算的操控性指令進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)可對(duì)用戶的信息進(jìn)行加密處理。鏈路管理模塊是通過數(shù)據(jù)協(xié)議、信號(hào)傳輸協(xié)議、鏈路配置協(xié)議等，對(duì)藍(lán)牙連接設(shè)備進(jìn)行管理，并在信息節(jié)點(diǎn)的對(duì)接方式下，建立數(shù)據(jù)信息的傳輸通道，可有效實(shí)現(xiàn)協(xié)議請(qǐng)求、地址定位、連接模式、功能切換等，以保證數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)木珳?zhǔn)性。協(xié)議模塊可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的層次性傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸涉及特定性應(yīng)用時(shí)，藍(lán)牙系統(tǒng)此時(shí)應(yīng)提供多協(xié)議通訊，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。藍(lán)牙系統(tǒng)的規(guī)范型協(xié)議一般分為核心機(jī)構(gòu)和應(yīng)用機(jī)構(gòu)，核心機(jī)構(gòu)以業(yè)務(wù)普及、聯(lián)動(dòng)操控、射頻、傳輸單元、基帶等為主，應(yīng)用機(jī)構(gòu)則是對(duì)藍(lán)牙的型號(hào)和協(xié)議傳輸進(jìn)行基準(zhǔn)制定。

2.2藍(lán)牙協(xié)議

藍(lán)牙協(xié)議棧機(jī)構(gòu)一般由底層協(xié)議、中間層協(xié)議和高層協(xié)議等組成，以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通訊規(guī)范下的聯(lián)動(dòng)性操作。底層協(xié)議是指藍(lán)牙系統(tǒng)的運(yùn)算基礎(chǔ)，首先在射頻協(xié)議的范圍內(nèi)，可保證協(xié)議棧底部的頻段、傳輸信道、射頻特性、信號(hào)接收特性等完整運(yùn)行，以保證藍(lán)牙系統(tǒng)在該頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)執(zhí)行，同時(shí)傳輸信道一般采用跳頻技術(shù)，以提升藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸范圍內(nèi)的抗干擾性；其次在基帶協(xié)議范圍內(nèi)，其作為射頻層之上的物理層構(gòu)建單元之一，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌房刂疲⑨槍?duì)協(xié)議中的錯(cuò)誤運(yùn)行代碼進(jìn)行容錯(cuò)性查詢，同時(shí)也起到數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮舫雠c接入功能；最后在管理協(xié)議內(nèi)，作為數(shù)據(jù)傳輸層的管理協(xié)議，可執(zhí)行模塊與設(shè)備之間的對(duì)接認(rèn)證、配置檢測(cè)等，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的精準(zhǔn)性傳輸［2］。中間層協(xié)議在藍(lán)牙系統(tǒng)中起到數(shù)據(jù)處理功能，針對(duì)底層協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以幀率方式進(jìn)行拆分和重組，并提出核心信息傳輸?shù)礁邔訁f(xié)議上，一般由接口協(xié)議、適配協(xié)議、仿真協(xié)議、控制協(xié)議為主，以提升信號(hào)的傳輸效率。高層協(xié)議主要是起到傳輸目標(biāo)的交換、應(yīng)用、音頻等作用，接收中間層上傳的數(shù)據(jù)信息，在數(shù)據(jù)交換中的二進(jìn)制協(xié)議作用下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定義式傳輸，在信息化技術(shù)的應(yīng)用下，可利用業(yè)務(wù)傳遞功能，使數(shù)據(jù)信息搭載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)接型傳輸。

2.3藍(lán)牙控制器

藍(lán)牙系統(tǒng)的控制器接口存在于中間層協(xié)議，通過內(nèi)部的模塊控制器以實(shí)現(xiàn)對(duì)接型處理，一般以基帶、鏈路控制器、管理器、存儲(chǔ)器等為主，在硬件接口的連接下，完成信號(hào)在系統(tǒng)內(nèi)部的傳輸功能。為保證信號(hào)可在協(xié)議層間進(jìn)行傳輸，需通過系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)（如圖1所示）。鏈路控制器的主要作用是保證系統(tǒng)硬件、軟件的協(xié)調(diào)性功能，系統(tǒng)內(nèi)部的CPU則是對(duì)信號(hào)進(jìn)行定量傳輸，以確保主控制可獨(dú)立運(yùn)行。藍(lán)牙系統(tǒng)中主機(jī)硬件一般以物理接口為主，以提升數(shù)據(jù)信息的傳輸效率，同時(shí)主機(jī)控制器也包含存儲(chǔ)器、控制器、收發(fā)器等，內(nèi)部控制芯片在接口的指令傳輸下，對(duì)收發(fā)器進(jìn)行狀態(tài)控制。藍(lán)牙模塊通過接口對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，以保證系統(tǒng)內(nèi)硬件傳輸?shù)穆?lián)動(dòng)性，同時(shí)主機(jī)控制接口也是在數(shù)據(jù)傳輸層的信號(hào)轉(zhuǎn)換作用下，使數(shù)據(jù)可在主機(jī)和控制器之間進(jìn)行反饋。主機(jī)控制器的傳輸層在對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸時(shí)，由于其節(jié)點(diǎn)式的傳輸方式可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間可視化傳輸，以外界傳輸環(huán)境為基準(zhǔn)，可直觀表現(xiàn)出傳輸層內(nèi)數(shù)據(jù)信息運(yùn)行的是指方向。主機(jī)控制器的外部接口一般以PC卡、USB、RS232、UART等為主，通過串行通訊協(xié)議的方式，完成模塊和主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)藍(lán)牙系統(tǒng)在對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸時(shí)，將產(chǎn)生流量信息，為保證數(shù)據(jù)信息的維度處理，通過設(shè)計(jì)流量監(jiān)控體系，在主機(jī)指令操控下可對(duì)控制器進(jìn)行流控處理，確保數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中的層級(jí)式分化，進(jìn)而將復(fù)雜的傳輸系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化。同時(shí)為提升藍(lán)牙系統(tǒng)的傳輸距離、傳輸效率等，應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)流量的傳輸機(jī)制進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)信息傳輸?shù)纳衔稽c(diǎn)進(jìn)行控制，使數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臄?shù)量可滿足系統(tǒng)的運(yùn)行速率。

3單片機(jī)控制藍(lán)牙模塊硬件接口設(shè)計(jì)

3.1單片機(jī)終端設(shè)計(jì)

單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于其可對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成化處理，為保證數(shù)據(jù)的核心化運(yùn)行，選用8051系列中的C8051F120型號(hào)單片機(jī)，其內(nèi)部的控制系統(tǒng)采用內(nèi)核制、混合信號(hào)的傳輸方式，支持162的運(yùn)算法則、12位的ADC、DAC，內(nèi)部傳輸效率可達(dá)到100MIPS，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效處理。單片機(jī)在對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行傳輸時(shí)，依據(jù)集成模塊的串行外接接口、并行外接接口、USB外接接口、MMC外接接口、藍(lán)牙接口等，可有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的多途徑傳輸（如圖2所示）。為保證單片機(jī)與藍(lán)牙系統(tǒng)的精準(zhǔn)對(duì)接，應(yīng)針對(duì)藍(lán)牙系統(tǒng)的運(yùn)行模式對(duì)單片機(jī)自身進(jìn)行優(yōu)化，以保證可對(duì)數(shù)據(jù)傳輸層進(jìn)行分流控制，同時(shí)應(yīng)在單片機(jī)系統(tǒng)加接MMC卡，為整體運(yùn)行系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，并可對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行信道擴(kuò)展，以保證系統(tǒng)文件傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

3.2單片機(jī)與藍(lán)牙系統(tǒng)的連接模式

當(dāng)前藍(lán)牙系統(tǒng)的主機(jī)控制器一般以異步數(shù)據(jù)傳輸器為主，因其具有簡(jiǎn)化的通訊協(xié)議，在單片機(jī)和藍(lán)牙模塊進(jìn)行連接時(shí)（如圖3所示），在進(jìn)行硬件接口連接時(shí)，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳?zhǔn)性，可利用數(shù)據(jù)信息的多項(xiàng)傳導(dǎo)模式，將傳輸器以離散型進(jìn)行連接，例如TXD與RXD進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可利用引腳的對(duì)稱性傳輸方式進(jìn)行里連接。RTS和CTS在系統(tǒng)運(yùn)行中起到分量控制的作用，且CTS應(yīng)具備兩種的傳輸方式：當(dāng)CTS為0狀態(tài)時(shí)，則信號(hào)傳輸為開放方式；當(dāng)CTS為1狀態(tài)時(shí)，信號(hào)傳輸為閉合狀態(tài)，此時(shí)禁止數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)前藍(lán)牙模塊在運(yùn)行過程中，需要電力支持，針對(duì)信號(hào)的傳輸方式將輸送電壓模塊設(shè)置為三種模式，其中ON模塊為系統(tǒng)的穩(wěn)壓開關(guān)，Vcc為主體電壓（3.3V），Vcc_io主要起到回流作用，與單片機(jī)相連接。當(dāng)三個(gè)電控模塊聯(lián)動(dòng)應(yīng)用時(shí)，主體通電順序可進(jìn)行非邏輯性運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)采用獨(dú)立模塊供電時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格對(duì)輸電順序進(jìn)行把控，且斷電邏輯應(yīng)與通電邏輯處于相反狀態(tài)。當(dāng)完成系統(tǒng)的硬件接口連接時(shí)，可通過單片機(jī)模塊的外顯設(shè)進(jìn)行指令輸送，此時(shí)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化校對(duì)，并對(duì)軟件的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，并針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M(jìn)制數(shù)進(jìn)行基準(zhǔn)設(shè)定，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳?zhǔn)性。在藍(lán)牙系統(tǒng)的主機(jī)操控器中，應(yīng)針對(duì)主設(shè)備端、從設(shè)備端等進(jìn)行指令調(diào)試，并針對(duì)兩個(gè)終端的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，使數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)多途徑傳輸，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁康玫娇刂啤?/p>

4結(jié)束語

對(duì)單片機(jī)的特性進(jìn)行概述，針對(duì)藍(lán)牙模塊系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計(jì)時(shí)，通過中間層協(xié)議和系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)成等，與單片機(jī)采取定向連接，并對(duì)傳輸流量進(jìn)行控制，以保證數(shù)據(jù)傳輸可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對(duì)接。同時(shí)對(duì)藍(lán)牙模塊系統(tǒng)的供電情況進(jìn)行研究，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作的持續(xù)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制藍(lán)牙模塊完成指定工作。

參考文獻(xiàn)：

［1］王烈進(jìn),王游司,陳洪燕,等.基于51單片機(jī)的智能手環(huán)藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)［J］.電腦知識(shí)與技術(shù),2018,14(23):260~261.

［2］謝小寶.淺談單片機(jī)在藍(lán)牙遙控機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì)［J］.內(nèi)燃機(jī)與配件,2018(13):231~232.

作者：董國(guó)鋼 單位：長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院