1、南京曉莊學院2013屆本科畢業(yè)論文分類號:學校代碼:11460學號:南京曉莊學院本科生畢業(yè)論文基于藍牙技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 The design of the data transmission system based on bluetooth technology所在院(系)：物理與電子工程學院 學生姓名：指導教師：研究起止日期：二一二年 十月至二一三年五月 二一三 年五月學位論文獨創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：1. 堅持以“求實、創(chuàng)新”的科學精神從事研究工作。2. 本論文是我個人在導師指導下進行的研究工作和取得的研究成果。3. 本論文中除引文外，所有實驗、數(shù)據(jù)和有關(guān)材料均是真實的。4. 本論

2、文中除引文和致謝的內(nèi)容外，不包含其他人或其它機構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。5. 其他同志對本研究所做的貢獻均已在論文中作了聲明并表示了謝意。 作者簽名： 日 期：2013年5月第 0 頁 摘 要 藍牙技術(shù)作為一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，可提供低功耗、短距離的無線空中接口，在各種固定與移動設(shè)備之間實現(xiàn)無線通信。在移動通信、無線數(shù)據(jù)采集、無線遙控與遙測、計算機網(wǎng)絡(luò)及自動控制等多種領(lǐng)域，藍牙技術(shù)都有著廣泛的應用。 藍牙協(xié)議規(guī)范具有多個層次，完整的藍牙協(xié)議棧的開發(fā)是一項很復雜的工程，而在大多數(shù)嵌入式應用中，只是需要實現(xiàn)基本的無線數(shù)據(jù)傳輸功能，并不需要實現(xiàn)全部的藍牙協(xié)議棧。針對此類應用，若

3、是能提供一套實用的藍牙無線接口、實現(xiàn)一個通用的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，就可以比較有效地縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。本文正是基于此目標，首先介紹了藍牙技術(shù)的優(yōu)勢和工作原理，分析了藍牙系統(tǒng)組成，比較了藍牙與其他無線技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上，做了藍牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)實驗，包含非同步音頻，同步音頻，音樂信號，數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。關(guān)鍵字： 藍牙；數(shù)據(jù)傳輸；接口；單片機ABSTRACTbluetooth technology as a kind of wireless data and voice communication open global specification, can provide low power co

4、nsumption, short distance wireless air interface, realize the wireless communication between the various kinds of fixed and mobile devices. In mobile communications, wireless data collection, wireless remote control and remote sensing, computer network and a variety of fields such as automatic contr

5、ol, bluetooth technology has been widely used. Bluetooth protocol specification has multiple layers, the complete development of bluetooth protocol stack is a very complex project, and in most embedded applications, just need to realize the basic wireless data transmission function, does not need to

6、 implement all of the bluetooth protocol stack. For such applications, if you can provide a set of practical bluetooth wireless interface and implement a universal wireless data transmission module, can effectively shorten the development cycle, reduce development costs. Was based on this goal, this

7、 paper firstly introduces the advantages of bluetooth technology and working principle of the bluetooth system are analyzed, compared the bluetooth and other wireless technology, and on this basis, the realization of bluetooth data transmission for experiment, containing asynchronous audio, synchron

8、ization of audio and music signals, data transmission, etc.Key word:Bluetooth; Data transmission; Interface; Single chip microcomputer目 錄一 綜 述51.1 藍牙技術(shù)及優(yōu)勢51.1.1 藍牙概念51.1.2 藍牙產(chǎn)品技術(shù)51.1.3 藍牙與其他類似技術(shù)的特性比較51.2 藍牙工作原理61.2.1 藍牙的無線通信技術(shù)特征61.2.2 拓撲結(jié)構(gòu)71.2.3 連接建立的過程及其工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換71.2.4 藍牙對語音和數(shù)據(jù)的支持71.3 藍牙硬件單元81.3.1 無線

9、射頻（RF）單元81.3.2 基帶（Baseband,BB）和鏈路管理（LinkManager,LM）單元81.4 藍牙軟件協(xié)議棧81.5 藍牙技術(shù)應用101.5.1 藍牙可以為局域設(shè)備提供互連111.5.2 支持多媒體終端111.5.3 家庭網(wǎng)絡(luò)111.5.4 3G可能支持的應用11二 藍牙的組成及功能132.1 藍牙通信模塊組成及功能:132.2藍牙芯片14三 原 理161系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理162數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機電路設(shè)計173. 數(shù)據(jù)采集和藍牙通信的軟件實現(xiàn)18論文總結(jié)21參 考 文 獻21附 錄22電源輸出接口22非同步信號源23同步信號源24音樂信號源24單片機收發(fā)25Kc-04藍牙控制

10、26一 綜 述1.1 藍牙技術(shù)及優(yōu)勢1.1.1 藍牙概念 藍牙技術(shù)是一種短距離、低成本（在進行無線通訊時是免費的）的無線電技術(shù)，能夠有效的簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設(shè)備之間和因特網(wǎng)（internet）的通信。1.1.2 藍牙產(chǎn)品技術(shù)誕生日：1998年5月開發(fā)者：愛立信、IBM、Intel、諾基亞、東芝等5家公司聯(lián)合制定近距離無線通信技術(shù)標準傳輸頻段：全球公眾通用的2.4GHz ISM(工業(yè)、科學、醫(yī)學)頻段傳輸速率：1Mbps傳輸距離：10m-100m名稱由來：取自公元十世紀征服丹麥、挪威的國王Herald Bluetooth的名字。由于藍牙傳輸使用的電力很低，有效范

11、圍約為十米，因此，支持藍牙傳輸技術(shù)的產(chǎn)品，大多屬于便攜式的電子裝置，或是放在電腦附近的設(shè)備。例如筆記本電腦、PDA、手機、耳機、鍵盤、鼠標、數(shù)碼相機、DV攝像機等等。1.1.3 藍牙與其他類似技術(shù)的特性比較藍牙與其它傳輸方法比對：項目傳輸技術(shù)藍牙紅外線一般傳輸線傳輸方式無線紅外線有線有效范圍10100米之內(nèi)1米距離內(nèi)視線長而定1.1.4 藍牙的優(yōu)勢(1)、全球范圍適用 藍牙的工作在全球統(tǒng)一開放的2.4GHz工業(yè)、科學、醫(yī)學（Industrial,Scientific and Medical,ISM）頻段上進行，全球大多數(shù)國家ISM頻段的范圍是2.4-2.4835GHz，使用該頻段無需向各國的無

12、線電資源管理部門申請許可證。(2)、實用范圍廣 可用于手表、PC、NB、PDA、手機、打印機和汽車等多種領(lǐng)域。(3)、抗干擾能力強 藍牙采用了跳頻方式來擴展頻譜，將2.402-2.480GHz頻段分成79個頻點(2408+k(MHz),k=0,1,278)，相鄰頻點間隔1MHz。藍牙設(shè)備在某個頻點發(fā)送數(shù)據(jù)之后，再跳到另一個頻點發(fā)送，而頻點的排列順序則是偽隨機的，每秒鐘頻率改變1600次，每個頻段持續(xù)625µs，多被用于軍事等領(lǐng)域。藍牙產(chǎn)品采用跳頻技術(shù)，能夠抗信號衰落，采用快跳頻和短分組技術(shù)，能夠有效地減少同頻干擾，提高通信的安全性；采用糾錯編碼技術(shù)，以便在遠距離通信時減少隨機噪聲干擾

13、。 (4)、同時傳輸數(shù)據(jù)和語音 藍牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持一個異步數(shù)據(jù)信道、3個并發(fā)的同步語音信道以及一個同時傳送異步數(shù)據(jù)信道和同步語音的信道。每一個話音信道數(shù)據(jù)速率為64kbit/s,當采用非對稱信道傳輸數(shù)據(jù)時，速率最高為721kbit/s，反向為57.6kbit/s；當采用對稱信道傳輸數(shù)據(jù)時，速率最高為432.6kbit/s。藍牙有兩種鏈路類型：異步無連接鏈路（ACL）和同步面向連接鏈路（SCO）。 (5)、低耗能 藍牙設(shè)備在通信連接狀態(tài)下，有四種工作模式即激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。Active模式是正常的工作狀

14、態(tài)，另外三種模式 是為了節(jié)能所規(guī)定的低耗能模式。1.2 藍牙工作原理 其基本實現(xiàn)原理為藍牙設(shè)備依靠專用的藍牙微芯片能使設(shè)備在短距離范圍內(nèi)發(fā)送無線電信號，來尋找另一個藍芽設(shè)備。一旦找到，相互之間便開始通信，交換信息。1.2.1 藍牙的無線通信技術(shù)特征 藍牙的無線通信技術(shù)采用每秒1600次的快跳頻和短分組技術(shù)，減少干擾和信號衰落，保證傳輸?shù)目煽啃裕?以時分方式進行全雙工通信，傳輸速率設(shè)計為1MHz； 采用前向糾錯(FEC)編碼技術(shù)，減少遠距離傳輸時的隨機噪聲影響； 其工作頻段為非授權(quán)的工業(yè)、醫(yī)學、科學頻段（2.4GHz的ISM頻段），保證能在全球范圍內(nèi)使用這種無線通用接口和通信技術(shù)； 話音采用抗衰

15、落能力很強的連續(xù)可變斜率調(diào)制(CVSD)編碼方式以提高話音質(zhì)量；采用頻率調(diào)制方式，降低設(shè)備的復雜性。1.2.2 拓撲結(jié)構(gòu) 藍牙系統(tǒng)支持點對點以及點對多點通信。幾個相互獨立、以特定方式連接在一起的微微網(wǎng)構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)，各微微網(wǎng)由不同的跳頻序列來區(qū)分。在同一微微網(wǎng)中，所有的用戶均用同一跳頻序列同步。1.2.3 連接建立的過程及其工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 在微微網(wǎng)建立之前，所有設(shè)備都處于就緒(STANDBY)狀態(tài)。在該狀態(tài)下，未連接的設(shè)備每隔1.28秒監(jiān)聽一次消息，設(shè)備一旦被喚醒，就在預先設(shè)定的32個跳頻頻率上監(jiān)聽信息。跳頻數(shù)目因地區(qū)而異，但32個跳頻頻率為絕大多數(shù)國家所采用。連接進程由主設(shè)備初始化。如果一個

16、設(shè)備的地址已知，就采用尋呼消息(Page message)建立連接；如果地址未知，就采用緊隨尋呼消息的查詢消息(Inquiry message)建立連接。查詢消息主要用來查詢地址未知的設(shè)備(如公用打印機、傳真機等)，它與尋呼消息類似，但需要附加一個周期來收集所有的應答。在尋呼狀態(tài)(PAGE state)，主設(shè)備在16個跳頻頻率上發(fā)送一串相同的頁信息給從設(shè)備，如果沒有收到應答，主設(shè)備就在另外的16個跳頻頻率上發(fā)送尋呼消息。主設(shè)備到從設(shè)備的最大時延為兩個喚醒周期（2.56秒），平均時延為半個喚醒周期（0.64秒）。 在微微網(wǎng)中，無數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備轉(zhuǎn)入節(jié)能工作狀態(tài)。主設(shè)備可將從設(shè)備設(shè)置為保持方式(HO

17、LD mode)，此時，只有內(nèi)部定時器工作；從設(shè)備也可以要求轉(zhuǎn)入保持方式。設(shè)備由保持方式轉(zhuǎn)出后，可以立即恢復數(shù)據(jù)傳輸。連接幾個微微網(wǎng)或管理低功耗器件（如溫度傳感器）時，常使用保持方式。監(jiān)聽方式(SNIFF mode)和休眠方式（PARK mode）是另外兩種低功耗工作方式。在監(jiān)聽方式下，從設(shè)備監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)的時間間隔增大，其間隔大小視應用情況由編程確定；在休眠方式下，設(shè)備放棄了MAC地址，僅偶爾監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)同步信息和檢查廣播信息。各節(jié)能方式依電源效率高低排列為：休眠方式保持方式監(jiān)聽方式。1.2.4 藍牙對語音和數(shù)據(jù)的支持 為了保證各種使用場合的應用，藍牙的基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合，可以同時支持

18、語音和數(shù)據(jù)的傳輸。該技術(shù)支持兩種連接方式：面向連接（SCO）方式，主要用于話音傳輸；無連接(ACL)方式，主要用于分組數(shù)據(jù)傳輸。 在同一微微網(wǎng)中，不同的主從設(shè)備可以采用不同的連接方式，在一次通信中，連接方式可以任意改變。每一連接方式可支持16種不同的分組類型，其中控制分組有4種，是SCO和ACL通用的分組，兩種連接方式均采用時分雙工（TDD）通信。SCO為對稱連接，每一個話音通道支持64kbp s的同步話音，支持限時話音傳送，主從設(shè)備無需輪詢即可發(fā)送數(shù)據(jù)。SCO的分組既可以是話音又可以是數(shù)據(jù)，當發(fā)生中斷時，只有數(shù)據(jù)部分需要重傳。ACL是面向分組的連接，它支持對稱和非對稱兩種傳輸流量： ACL的

19、非對稱連接支持正向速率721kbps、反向應答速率為57.6kbps的；對稱連接速率為432.6kbps。ACL也支持通過廣播方式發(fā)送信息。在ACL方式下，主設(shè)備控制鏈路帶寬，負責從設(shè)備帶寬的分配；從設(shè)備依輪詢發(fā)送數(shù)據(jù)。 1.3 藍牙硬件單元藍牙模塊包括以下兩個部分：1.3.1 無線射頻（RF）單元 藍牙系統(tǒng)的天線發(fā)射功率符合FCC關(guān)于ISM波段的要求。系統(tǒng)設(shè)計的通信距離為10米（0db），如果增加發(fā)射功率（20db），這一距離也可以達到100米。1.3.2 基帶（Baseband,BB）和鏈路管理（LinkManager,LM）單元 BB負責跳頻和藍芽數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸。LM負責連接的建立和

20、拆除。它們實現(xiàn)的功能包括：對SCO和ACL連接方式的支持；差錯控制，可以采用多種檢糾錯方式，其中包括前向糾錯編碼(FEC)；物理層的認證與加密；鏈路管理。1.4 藍牙軟件協(xié)議棧協(xié)議棧結(jié)構(gòu):圖 1.1 藍牙軟件協(xié)議棧 底部協(xié)議層包括鏈路管理協(xié)議（Link Manager Protocol, LMP）和基帶（Baseband）控制部分。鏈路管理協(xié)議實現(xiàn)鏈路的建立、認證及鏈路配置等。其中的服務項目包括：接收和發(fā)送數(shù)據(jù)、設(shè)備號請求、鏈路地址查詢、建立連接、認證與加密、協(xié)商并建立連接方式、確定分組的幀類型、設(shè)置監(jiān)聽方式、設(shè)置保持方式以及設(shè)置休眠方式等?；鶐В˙aseband）控制部分負責跳頻和藍芽數(shù)據(jù)及

21、信息幀的傳輸，包括對糾錯編碼的支持，對SCO和ACL包的組織，流控等。 中間協(xié)議層包括邏輯鏈路控制和適應協(xié)議（Logical Link Control and Adaptation Protocol,L2CAP）、服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Service Discovery Protocol,SDP）、串口仿真協(xié)議RFCOMM和電話通信協(xié)議（Telephony Control Protocol,TCS），對象交換協(xié)議（Object Exchange，OBEX)。L2CAP完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務質(zhì)量和協(xié)議復用等功能，是其他上層協(xié)議實現(xiàn)的基礎(chǔ)。SDP為上層應用程序提供一種機制來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可用的服務及其特性。RF

22、COMM基于ETSI標準TS07.10在L2CAP上仿真9針RS232串口的功能。TCS提供藍芽設(shè)備間話音和數(shù)據(jù)的呼叫控制信令。對象交換協(xié)議（Object Exchange，OBEX)是Extended Systems公司為紅外通信的高層應用開發(fā)的協(xié)議，現(xiàn)在已成功的應用于藍牙協(xié)議棧中。 在BB和LM上與L2CAP之間還有一個主機控制接口層（Host Controller Interface,HCI）。HCI是藍芽協(xié)議中軟硬件之間的接口，它提供了一個調(diào)用下層BB、LM、狀態(tài)和控制寄存器等硬件的統(tǒng)一命令接口。HCI協(xié)議以上的協(xié)議軟件實體運行在主機上，而HCI以下的功能由藍牙模塊來完成，二者之間通過

23、一個對兩端透明的傳輸層進行交互。1.5 藍牙技術(shù)應用圖 1.2藍牙技術(shù)應用 藍牙技術(shù)能夠在短時間內(nèi)在世界范圍內(nèi)成為了標準，其主要原因在于它不僅可以讓許多種智能設(shè)備無線互連，可以傳輸文件、支持語音通信，可以建立數(shù)據(jù)鏈路等，它還有更多地作用。1.5.1 藍牙可以為局域設(shè)備提供互連 在一個微微網(wǎng)絡(luò)中，藍牙能夠?qū)?個接收器進行同步互連。使用藍牙技術(shù)通信的設(shè)備可以發(fā)送和接收1Mbit/s的數(shù)據(jù)。但是實際上當允許多個應用設(shè)備進行同步通信時，數(shù)據(jù)傳輸率會在某種程度上降低。目前不在網(wǎng)絡(luò)中的藍牙設(shè)備，將持續(xù)聽從其他藍牙設(shè)備的動向，當它們足夠接近成為微微網(wǎng)的一部分時，它們將確定自己，如果需要，其他的設(shè)備可以與其通

24、信。1.5.2 支持多媒體終端 3G終端將提供接口接入許多不同格式的信息和通信，例如WEB瀏覽、電子郵件傳輸和接收、視頻和語音，使它們成為真正的多媒體終端。語音仍是通信的主要形式，在藍牙規(guī)范中已經(jīng)意識到這一點，并對此提供特別支持，支持64Kbit/s的高質(zhì)量演說信道。隨著支持分組包數(shù)據(jù)和演說的能力不斷提高（如果需要可以同時進行），藍牙可以為這些多媒體應用提供完全的局域支持。藍牙收發(fā)器可以支持多個數(shù)據(jù)連接并可同時達到3個語音連接，為3個手持無繩多媒體/互聯(lián)系統(tǒng)提供完全的功能性。1.5.3 家庭網(wǎng)絡(luò) 在一個典型的家庭中，有各種形式的娛樂設(shè)備（電視/VCR、 Hi-Fi），不同來源的主題信

25、息（報紙、雜志、電視報）和特別是在廚房中的功能性設(shè)備（烤爐、微波爐、冰箱/冰柜、中央暖氣系統(tǒng)）。雖然這些項目組目前沒有辦法相互連接，可以設(shè)想將其與藍牙設(shè)備組成寬松的連接，不管這些設(shè)備在那里，它的控制和接入將成為用戶的核心。設(shè)想一個簡單的數(shù)據(jù)便簽簿，與PDA（或智能電話）類似，但是使用藍牙收發(fā)器和輕觸屏幕。它輕巧便捷，帶有高級像素驅(qū)動菜單，很容易使用。無線紅外遙控的應用將成為過去，你的PDA將控制所有的娛樂設(shè)備。1.5.4 3G可能支持的應用 以下的例子說明3G和藍牙技術(shù)如何合作，為一系列廣泛的應用提供局域互聯(lián)和廣泛的區(qū)域連接。這些不很確定，而且絕不詳盡，但是目的在于展示互補的標準可以提供更高層

26、次的服務。購物中心的自動售貨機，在一個限定范圍內(nèi)的所有的自動售貨機都可以通過藍牙接入系統(tǒng)與中心的售貨機管理設(shè)備相連，相反這樣也可以使用3G接入系統(tǒng)進行維護或者提供貨物。少數(shù)問題可以直接通過藍牙發(fā)報機傳遞給購物中心的技術(shù)人員。許多人相信移動電話將成為電子商務世界中的首選便攜設(shè)備。但是，目前需要一個分離的智能卡保存電子現(xiàn)金，然而為了讓它被銷售點終端識別，沒有人想要從電話中去除SIM。當然當SIM（現(xiàn)在它成為多功能智能卡）放在電話中時，藍牙將使其得到識讀。二 藍牙的組成及功能2.1 藍牙通信模塊組成及功能:圖2.1藍牙通信模塊 藍牙通信模塊由底板和核心板兩塊構(gòu)成,如圖2.3所示,核心板主要包括藍牙芯

27、片模塊和天線兩部分.底板主要是一些外圍電路.藍牙芯片模塊供電為3.3V,本實驗板采用5V電壓經(jīng)過SG2011 變換后成3.3V的藍牙供電電壓,經(jīng)過電源總開關(guān) SW502 給開發(fā)板供電，LED506 為電源指示燈。K501為藍牙芯片模塊的復位開關(guān)，可給模塊進行復位。下面是本實驗平臺所用藍牙模塊的功能框圖： 圖2.2 藍牙模塊的功能框圖 實驗平臺所用藍牙通信模塊采用CSR的BC02藍牙芯片，使用50歐姆的倒F天線。通信距離為10米。藍牙模塊引出了SPEAKER OUT 、MIC INPUT、SPI、UART、USB、PIOS、AIOS接口，方便用戶開發(fā)使用?？紤]到藍牙開發(fā)技術(shù)要求比較高，購買開發(fā)軟

28、件開支較大，為方便一般教學演示使用，我公司在產(chǎn)品出廠時已在模塊內(nèi)燒好應用程序。主端預先存儲了從端地址，上電后自動建鏈，無需人工干預。 藍牙模塊提供功能： 1、兩邊通明數(shù)據(jù)傳輸，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為1.4Mbps; 2、兩邊全雙工音頻通信； 3、串口數(shù)據(jù)傳輸：9600Baud 8位1位停止位 無奇偶校驗2.2藍牙芯片KC-04表貼式藍牙串口模塊、藍牙GPS模塊 凱春科技開發(fā)生產(chǎn)的KC04英嵌入式藍牙串口模塊開放了CSR藍牙芯片（BC02_Audio_Flash）的所有功能引腳，模塊電路板為0.8mm四層板，采用激光盲孔加工工藝，引腳采用半孔加工工藝，體積尺寸緊湊，非常適合客戶開發(fā)各種運用。 KC0

29、4藍牙模塊主要性能參數(shù) 1、頻段：2.40GHz2.48GHz，ISMBand 2、藍牙協(xié)議：BlueToothV1.1 3、功率等級：Class2（6dBm） 4、操作電壓：3V（2.73.3V） 5、端口：USB口、RS232口（最大波特率為1.4Mbps）、Audio音頻口、數(shù)字IO口12 條，兩路模擬量輸入ADC、一路數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC輸出。 6、工作溫度：40至105。三 原 理1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理本課題以單片機和藍牙模塊Kc-04為主，設(shè)計了基于藍牙無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，整個裝置由前端數(shù)據(jù)采集、傳送部分以及末端的數(shù)據(jù)接受部分組成（如PC機）。前端數(shù)據(jù)采集部分由位于現(xiàn)場的傳感器、信號放大電路

30、、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、存儲器、串口通信等構(gòu)成,傳送部分主要利用自帶微帶天線的藍牙模塊進行數(shù)據(jù)的無線傳輸；末端通過藍牙模塊、串口通信傳輸將數(shù)據(jù)送到上位PC機進一步處理。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。 AT89C51單片機作為下位機主機，傳感器獲得的信號經(jīng)過放大后送入12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A進行A/D 轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲到RAM芯片6264中。下位機可以主動地或者在接收上位機通過藍牙模塊發(fā)送的傳送數(shù)據(jù)指令后，將6264中存儲的數(shù)據(jù)按照HCI-RS232傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)定義，通過MAX3232進行電平轉(zhuǎn)換后送至藍牙模塊，由籃牙模塊將數(shù)據(jù)傳送到空間，同時上位機的藍牙模塊對此數(shù)據(jù)進行接

31、收,再通過MAX3232電平轉(zhuǎn)換后傳送至PC機，從而完成藍牙無線數(shù)據(jù)的交換。圖1. 基于藍牙無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機電路設(shè)計 信號放大電路主要采用高共模抑制比放大電路，它由三個集成運算放大器組成，本課題選用的集成運算放大器TL082具有高精度、低漂移的特性。 AT89C51與A/D轉(zhuǎn)換器AD574A及外擴數(shù)據(jù)存儲器6264的接口示意圖如圖2所示。AT89C51通過地址譯碼器74LS138、地址鎖存器74LS373，對A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲器進行地址選擇。圖2.AT89C51與AD574及外擴數(shù)據(jù)存儲器6264的接口示意圖 藍牙模塊與AT89C51串口之間采用藍牙模

32、塊提供的RS232傳輸層接口實現(xiàn)通信，需要外接電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，由于藍牙模塊需3.3V供電，因此這里選用MAX3232芯片作電平轉(zhuǎn)換芯片。另外，為了將5V輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓，選用電源穩(wěn)壓芯片7301為藍牙模塊供電。AT89C51通過MAX3232與藍牙模塊的接口示意圖如圖3所示。圖3.AT89C51通過MAX3232與藍牙模塊的接口示意圖3. 數(shù)據(jù)采集和藍牙通信的軟件實現(xiàn) 本課題的軟件主要包括兩部分：數(shù)據(jù)采集和藍牙通信，采用匯編語言和C51混合編程。為了保證數(shù)據(jù)采集的實時性，數(shù)據(jù)采集部分采用匯編語言編程，單片機采用定時采樣，具體選擇定時方式2，定時為100微秒，定時結(jié)束后，進行A/D轉(zhuǎn)

33、換，單片機采用查詢的方式讀取AD574A的轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存至外擴存儲器6264中。另外，串行口工作在方式1，波特率為9600bps。藍牙通信部分采用C51編程，主要實現(xiàn)利用主機控制器接口HCI層建立點對點的藍牙異步無鏈接數(shù)據(jù)傳輸通道，當兩個藍牙模塊鏈路建立成功后，就可以按照藍牙規(guī)范規(guī)定的HCI數(shù)據(jù)分組格式收發(fā)數(shù)據(jù)。 兩個藍牙設(shè)備間進行數(shù)據(jù)通信是通過HCI分組實現(xiàn)的，HCI作為藍牙軟件協(xié)議堆棧中軟硬件之間的接口，為上層提供了訪問和控制藍牙硬件的統(tǒng)一接口。HCI是通過分組(Packet)的方式來進行信息交換的。HCI分組有三種類型:指令分組(Command Packet)、

34、事件分組(Event Packet)和數(shù)據(jù)分組(Data Packet)。主機與藍牙模塊用指令-應答方式進行通信，主機向主機控制器發(fā)送指令分組；主機控制器執(zhí)行某一指令后，大多數(shù)情況下會返回給主機一個指令完成事件分組(Command Complete Event Packet)，該分組攜帶有指令完成的信息。有些分組不會返回指令完成事件，而返回指令狀態(tài)事件分組(Command Status Event Packet)用以說明主機發(fā)出的指令己經(jīng)被主機控制器接收并開始處理。如果指令分組的參數(shù)有誤，返回的指令狀態(tài)事件分組就會給出相應的錯誤代碼；數(shù)據(jù)分組分為異步無連接(Asynchronous Conne

35、ctionless, ACL)數(shù)據(jù)分組和同步面向連接(Synchronization Connection Oriented, SCO)數(shù)據(jù)分組兩種。在本課題中，僅涉及到數(shù)據(jù)通信，而沒有涉及到語音通信，因此建立的是ACL鏈路。單片機與藍牙模塊的軟件接口，就是指單片機如何通過軟件實現(xiàn)向藍牙模塊發(fā)送HCI指令，藍牙模塊又如何通過軟件向單片機返回HCI事件以及兩者之間如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。單片機和藍牙模塊間通信的過程是通過鍵入HCI指令，觀察收到的HCI事件。當兩個藍牙模塊建立鏈路成功后，就可以按照藍牙規(guī)范規(guī)定的HCI數(shù)據(jù)包格式收發(fā)數(shù)據(jù)。在通過藍牙模塊進行數(shù)據(jù)通信時，首先要進行藍牙模塊的初始化和HCI層流控設(shè)置。典型的藍牙模塊間的ACL數(shù)據(jù)通信流程有6個步驟:藍牙模塊自身初始化Init Bluetooth( )、HCI流量控制設(shè)置Flow Set( )、查詢Inquiry( )