0.1，蓝牙基础知识

龙岩老章1 2022-07-26 发布于福建

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1.蓝牙简介
- 1.1概念
- 1.2 经典蓝牙和BLE
- 1.3 蓝牙标准
- 1.4 影响蓝牙传输的因素
2. 蓝牙SOC芯片
3. 蓝牙透传
参考文献

1.蓝牙简介

1.1概念

蓝牙技术是一种无线通信的方式，利用特定频率的波段（2.4GHz-2.485GHz左右），进行电磁波传输。蓝牙传输原理是主从关系，一个主设备可以与7个蓝牙从设备配对。
无线通信基本实现过程如下图：

1.2 经典蓝牙和BLE

蓝牙分为经典蓝牙和低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy）。
经典蓝牙：也称为蓝牙基本速率/增强数据速率（BR/EDR）。3.0版本以下的蓝牙，都称为经典蓝牙。功耗高、传输数据量大、传输距离只有10米。一般传大量数据和传声音如蓝牙耳机和音箱时用经典蓝牙。

低功耗蓝牙：就是BLE，通常说的是蓝牙4.0及以上版本。低功耗，数据量小，距离50米左右。用在功耗小的地方，如智能设备。

另外还有集成两种模式的双模蓝牙，即同时支持经典蓝牙和BLE。
两者比较如下图：

1.3 蓝牙标准

蓝牙标准版本发展如下：

1.4 影响蓝牙传输的因素

影响蓝牙传输的因素：

无线电频谱。无线电频谱范围30 Hz~300 GHz，频率高，范围短，速度快，反之，速度慢，所以需要在频谱范围和传输速率之间折中选择。
无线电的物理层（PHY）。主要与调制和发送相关，影响通道数量，通道信号质量等。
接收器灵敏度（接收机可以接收到的并仍能正常工作的最低信号强度）
发射功率。功率高，传输的远，但相对的功耗大。蓝牙功率范围0.1mW-100mW。根据不同应用，采用不同的时钟域可降低功耗。
天线增益
路径损耗

2. 蓝牙SOC芯片

蓝牙功能的实现包括硬件部分（基带控制器、HCI固件等）和软件部分（应用软件驱动、HCI驱动等）。本文主要介绍硬件部分。
下图是蓝牙功能实现的示意图。

蓝牙芯片由主要由射频收发器，处理器，存储器，电源管理模块，外部接口等组成。

射频收发器，用来接收和发送电磁波。主要组成可参照下图，包括天线，滤波电路，频率调制解调电路等：

蓝牙基带调制采用 GFSK （Gauss frequency Shift Keying高斯频移键控）调制，原理是通过高斯低通滤波器进行脉冲整形得到频率信息，然后通过积分得到相位信息，最后通过载波进行频谱搬移，把频谱搬移到高频频率上，再将信号放大到适当的功率，通过天线发送出去。

基带解调：把高频信号变频到较低的频带，再经过模数转换把频率信号输入到解调器中进行解调处理，把信号的相位提取，对相位进行微分，得到频率估计值，再对频率判决得到调制信号。

3. 蓝牙透传

蓝牙透传就是将串口转换为蓝牙进行传输。常用的蓝牙透传模块有广州汇承信息的HC-05,HC-04等。下面以HC-05为例说明。
蓝牙透传可以代替有线进行传输，与MCU连接的信号主要是TXD,RXD信号。

不过目前市面上带插针的蓝牙透传模块一般有6个信号。

蓝牙模块还可与手机连接，通讯测试可以使用安卓串口助手软件。

蓝牙模块还可与带蓝牙的PC端连接。

HC-05 具有两种工作模式：命令响应工作模式和自动连接工作模式，
自动连接工作模式：模块可分为主（Master）、从（Slave）和回环（Loopback）三种工作角色。当模块处于自动连接工作模式时，将自动根据事先设定的方式连接的数据传输；
命令响应工作模式：执行 AT 命令，用户可向模块发送各种 AT 指令，为模块设定控制参数或发布控制命令。