摘 要
CC2540模块是TI（Texas Instruments）公司开发的一款用于蓝牙4.0开发的系统单晶片解决方案。利用它可以作为无线数据采集和收发的无线终端，蓝牙4.0技术构建的无线数据采集传输模块，具有功耗低，可靠性高和高安全性的优点，可以用作无线数据传输系统的数据采集端。因此，研究蓝牙4.0技术构建的与PC机进行无线数据传输通信的系统具有重大的现实意义和应用前景。
设计的主要内容：设计并制作基于CC2540模块的数据采集终端。系统主要完成利用蓝牙4.0协议栈的编写，实现数据采集终端与PC之间的无线数据通信。数据采集端由TI官方的CC2040EM核心板和外围电路，如按键、LCD、DS18B20组成，PC端由TI官方的CC25640 USBDongle和串口调试软件组成。
本设计主要论述了蓝牙4.0协议栈的编写及应用，CC2540模块与PC的数据传输过程及原理。其中，对蓝牙4.0协议栈的编写及应用进行重点论述。从机端（数据采集模块）的工作主要是对硬件电路的设计和蓝牙4.0协议栈SimpleBLEPeriphral工程的编写；主机端（PC和USBDongle）的工作主要是对USBDongle中HostTestRelease工程的编写和BTool软件的调试。最终实现数据采集模块采集到的数据能通过蓝牙4.0协议无线传输到PC端，并且PC端能控制数据采集端或向其发送数据。
Abstract
CC2540 module is a system used for the development of Bluetooth 4.0 single chip solutions provided by TI (Texas Instruments) company to develop. Because the Bluetooth 4.0 technology has the advantages of low power consumption, high reliability and long distance, it can be used as the wireless terminals of wireless data acquisition.
The main elements of design ： Designing and fabricating the wireless data acquisition terminal based on CC2540 module, implementing the wireless communication between the wireless data acquisition terminal and PC. The data acquisition terminal is composed of the TI official CC2540EM and peripheral circuit, such as key, LCD, DS18B20. PC comprised TI official CC2540 USBDongle and the serial debugging software.
This paper made a briefly introduction of the overview, prospects of application and the basic structure of the data acquisition and transmission of Bluetooth technology. The main elements of the article discusses the compiling and application of the Bluetooth 4.0 protocol stack and the procedure and principle of data transmission between CC2540 module and PC.
目 录
摘 要 ......................................................................................................................................... I
Abstract ............................................................................................................................... II 目 录 .............................................................................................................................. III 引 言 ................................................................................................................................ 1 1
绪论 ........................................................................................................................... 2 1.1 1.2 2
蓝牙应用现状 ................................................................................................ 2 研究目的和意义 ............................................................................................ 3
开发环境 ................................................................................................................... 4 2.1
硬件环境 ........................................................................................................ 4 2.1.1 蓝牙芯片CC2540 ................................................................................... 4 2.1.2 CC2540EM核心板。 .............................................................................. 5 2.1.3 USBDongle ............................................................................................... 6 2.1.4 SmartRF04EB ........................................................................................... 7 2.2
软件环境 ........................................................................................................ 8 2.2.1 IAR ............................................................................................................ 8 2.2.2 蓝牙4.0 BLE协议栈 .............................................................................. 8 2.2.3 BTool ......................................................................................................... 9 2.2.4 Flash Programmer ................................................................................... 10
3 系统硬件设计 ......................................................................................................... 11 3.1 3.2
设计方法和工具 ...........................................................................................11 系统框图 .......................................................................................................11
3.3 硬件电路图 ...................................................................................................11 3.3.1 CC2540核心板硬件资源 .......................................................................11 3.3.2 天线及巴伦匹配电路设计 .................................................................... 12 3.3.3 晶振电路设计 ........................................................................................ 13 3.3.4 电源电路设计 ........................................................................................ 13 3.3.5 LED电路设计 ........................................................................................ 14 3.3.6 五向按键电路设计 ................................................................................ 14 3.3.7 LCD12864电路设计 .............................................................................. 15 3.3.8 复位电路设计 ........................................................................................ 15 3.3.9 下载调试电路设计 ................................................................................ 15
4 系统软件设计 ......................................................................................................... 17 4.1 BLE蓝牙协议栈介绍 ..................................................................................... 17 4.2 4.3 4.4
操作系统抽象层OSAL ............................................................................... 19 硬件抽象层 HAL ........................................................................................ 20 配置文件层 .................................................................................................. 21
4.5 BLE协议栈开发平台配置 ............................................................................. 23 4.6 SimpleBLEPeripheral 从机编程 .................................................................... 23 4.7 HostTestRelease主机编程 .............................................................................. 28 5
系统安装与测试 ..................................................................................................... 32
结 论 .............................................................................................................................. 33 致 谢 .............................................................................................................................. 34 参考文献 .......................................................................................................................... 35
引 言
随着物联网技术的迅速发展，企业对于数据准确性和实时性的要求又有了进一步的提高，用户希望将数据的实时性扩展到更广阔的领域，由此，蓝牙4.0技术的出现显得尤为重要。在一些需要被实时监控的环境中，比如粮食仓库、图书仓库、医院病房中，目前数据的传输基本是基于有线的网络，但是，在生产现场环境比较恶劣或现场没有条件进行人工测量统计数据，有线传输由于设备的驱动能力达不到或成本较高时，为了保证数据能够及时、准确地送回到控制中心，无线传输就成为首选的途径。由于现在大多数的PC机还没有内置蓝牙4.0功能，因此，研究蓝牙4.0技术实现PC机的无线数据处理设计问题对现实生产生活中的应用有很大的意义。
蓝牙4.0作为2010年新推出的新一代蓝牙技术规范，目前各大公司和厂家都纷纷推出自己的硬件开发平台和软件支持，因此在硬件平台和软件支持的选择上不仅要满足系统的需求，还要符合蓝牙未来发展的潮流；
在保证系统可实现的基础上，做出常用的I/O口模块，拓展蓝牙应用的领域；
蓝牙4.0的软件编程是基于一定的协议栈的基础之上的，类比于以前的编程来说难度不太好确定，但至少是要在熟悉协议栈的基础上进行开发，因此协议栈的学习成了一个重点；
本次设计采用的是以TI公司的CC2540芯片为核心的EM开发板，并在外围拓展所需的按键、温度传感器和LCD等外设构成数据的采集端，PC端由TI公司提供的CC2540 USBDongle和上位机串口调试软件构成。需要通过对蓝牙4.0的协议栈进行编写和应用才能实现CC2540数据采集模块与PC机的有效通信。
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