STM32单片机BLE蓝牙技术应用：构建物联网无线连接，让你的单片机成为物联网时代的明星

# 1. STM32单片机简介**

STM32单片机是意法半导体公司推出的一系列32位微控制器，基于ARM Cortex-M内核，具有高性能、低功耗、丰富的片上外设等特点。STM32单片机广泛应用于工业控制、医疗设备、消费电子等领域，是物联网设备开发的理想选择。

STM32单片机内部集成丰富的片上外设，包括定时器、ADC、DAC、UART、SPI、I2C等，支持多种通信协议，便于与外部设备连接。此外，STM32单片机还提供完善的软件开发工具链，包括集成开发环境（IDE）、编译器、调试器等，简化了开发过程。

# 2. BLE蓝牙技术原理

### 2.1 蓝牙协议栈架构

BLE蓝牙协议栈是一个分层的架构，包括以下层级：

- **物理层 (PHY)**：负责传输和接收无线电信号。
- **链路层 (LL)**：管理设备之间的连接和数据传输。
- **主机控制器接口 (HCI)**：提供主机和控制器之间的接口。
- **逻辑链路控制与适配协议 (L2CAP)**：提供面向连接和无连接的数据传输服务。
- **属性协议 (ATT)**：定义用于读取、写入和订阅设备属性的协议。
- **通用属性配置文件 (GATT)**：定义了设备属性的标准化集合。

### 2.2 BLE物理层与链路层

**物理层**

- BLE使用2.4 GHz ISM频段，采用跳频扩频 (FHSS) 技术。
- 数据以1 Mbps或2 Mbps的速率传输。
- BLE定义了40个信道，每隔2 MHz间隔。

**链路层**

- 链路层负责建立、维护和终止连接。
- 它使用时分复用 (TDM) 协议，在不同的时间段内传输数据和控制信息。
- BLE链路层还包括一个媒体访问控制 (MAC) 子层，用于管理信道访问。

### 2.3 BLE应用层协议

**L2CAP**

- L2CAP提供面向连接和无连接的数据传输服务。
- 它支持多路复用，允许多个应用同时使用蓝牙连接。

**ATT**

- ATT定义了用于读取、写入和订阅设备属性的协议。
- 它使用请求-响应机制，其中客户端设备发送请求，服务器设备发送响应。

**GATT**

- GATT定义了设备属性的标准化集合。
- 它使用一个层次结构来组织属性，其中服务包含特征，特征包含描述符。

# 3. STM32单片机BLE蓝牙应用开发

### 3.1 BLE硬件接口和驱动开发

**硬件接口**

STM32单片机集成了丰富的BLE硬件接口，包括：

- UART/USART：用于与BLE模块进行串口通信
- I2C：用于与BLE模块进行I2C通信
- SPI：用于与BLE模块进行SPI通信

**驱动开发**

BLE驱动是STM32单片机与BLE模块交互的桥梁，其主要功能包括：

- 初始化BLE模块
- 发送和接收BLE数据
- 处理BLE事件

STM32官方提供了丰富的BLE驱动库，开发者可以根据实际需求选择合适的驱动。

### 3.2 BLE协议栈移植和配置

**协议栈移植**

BLE协议栈是BLE通信的基础，负责处理BLE协议的各个层级。开发者需要将BLE协议栈移植到STM32单片机上，以支持BLE通信。

**协议栈配置**

移植完成后，开发者需要对BLE协议栈进行配置，包括：

- 设置BLE设备地址
- 设置BLE广播参数
- 设置BLE连接参数

### 3.3 BLE应用层开发

**GATT服务和特征**

BLE应用层基于GATT（通用属性协议）进行通信。GATT定义了服务和特征的概念：

- **服务：**一组相关的特征的集合
- **特征：**可读、可写或可通知的属性

**应用层协议**

开发者需要定义BLE应用层协议，包括：

- 服务和特征的定义
- 数据传输格式
- 消息交互规则

**示例代码**