AVR单片机蓝牙通信详解：深入解析蓝牙通信原理及应用

# 1. 蓝牙通信基础**

蓝牙通信是一种短距离无线通信技术，广泛应用于各种电子设备中。本章将介绍蓝牙通信的基本概念，包括：

* 蓝牙技术概述：蓝牙协议栈、蓝牙通信频段、蓝牙通信距离
* 蓝牙通信模式：主从模式、点对点模式、广播模式
* 蓝牙安全机制：配对、加密、身份验证

# 2. 蓝牙通信原理

### 2.1 蓝牙协议栈

蓝牙协议栈是一个分层架构，每一层都负责特定的功能。蓝牙协议栈主要分为以下几层：

- **链路管理层 (LMP)**：负责建立、维护和释放蓝牙连接。
- **逻辑链路控制和适应协议 (L2CAP)**：负责数据传输的可靠性和顺序。
- **服务发现协议 (SDP)**：允许设备发现和连接到其他蓝牙设备上的服务。
- **通用访问配置文件 (GAP)**：定义了蓝牙设备的基本操作，如设备发现、连接和配对。
- **属性协议 (ATT)**：用于读写蓝牙设备上的属性。
- **安全管理器协议 (SMP)**：负责蓝牙设备之间的安全配对和密钥交换。

### 2.2 蓝牙通信过程

蓝牙通信过程主要分为以下几个步骤：

1. **设备发现**：蓝牙设备通过广播信息进行发现，其中包含设备名称、地址和服务列表。
2. **连接建立**：当两个设备发现彼此后，它们可以建立连接。连接过程包括验证、配对和密钥交换。
3. **服务发现**：连接建立后，设备可以发现彼此提供的服务。
4. **数据传输**：设备可以使用 L2CAP 和 ATT 协议进行数据传输。
5. **连接释放**：当不再需要连接时，设备可以释放连接。

### 2.3 蓝牙安全机制

蓝牙通信提供多种安全机制来保护数据和设备，包括：

- **认证和配对**：设备在连接前进行认证和配对，以确保只有授权设备才能连接。
- **加密**：数据在传输过程中使用 AES 加密进行加密，以防止窃听。
- **密钥管理**：蓝牙设备使用密钥管理协议来生成和管理加密密钥。
- **安全模式**：蓝牙设备支持多种安全模式，如安全模式 1 (SM1) 和安全模式 3 (SM3)，提供不同的安全级别。

**代码示例：**

import bluetooth

# 扫描蓝牙设备
nearby_devices = bluetooth.discover_devices(lookup_names=True)

# 打印设备名称和地址
for addr, name in nearby_devices:
    print("Device: {} ({})".format(name, addr))

**逻辑分析：**

该代码使用 Python 的蓝牙模块扫描附近的蓝牙设备。`discover_devices()` 函数返回一个列表，其中包含设备的地址和名称。`lookup_names` 参数设置为 True，以便同时检索设备名称和地址。

**参数说明：**

- `lookup_names`：布尔值，指示是否在扫描过程中检索设备名称。

**mermaid 流程图：**

graph LR
subgraph 蓝牙通信过程
    A[设备发现] --> B[连接建立]
    B --> C[服务发现]
    C --> D[数据传输]
    D --> E[连接释放]
end

# 3. AVR单片机蓝牙通信编程

### 3.1 AVR单片机蓝牙模块选择

#### 3.