蓝牙BLE开发板——nRF51822EK_TM介绍

　　2010年蓝牙技术联盟发布了里程碑版本的蓝牙4.0 技术规范，其中最具吸引力的就是低功耗蓝牙技术规范。与经典蓝牙相比，低功耗蓝牙不仅极大地降低了芯片的功耗，还以其连接的灵活性、良好的抗干扰性、简单的应用开发等特性，很快得到了智能手机及众多外设厂商的青睐。

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一、蓝牙BLE技术背景

1.1 低功耗蓝牙技术（Bluetooth Low Energy）的发展

　　传统蓝牙（如蓝牙2.1或者3.0）的耗电是一个难以规避的问题，尽管有很好地创意，但由于必须常更换电池或充电，实际使用和用户体验均不理想。但一些低功耗技术，如2.4GHz专有协议，ANT/ANT+协议在运动健康产品方面得到巨大的成功，如NIKE计步器、Garmin的心率计、Suunto的运动手表等。
　　正是由于看到了低功耗应用和市场的巨大潜力，2006年，由Nokia、Nordic Semiconductor和Suunto三家公司发起了致力于超低功耗应用的Wibree技术联盟。其目的就是开发与蓝牙互补的低功耗应用，并希望凭借低功耗的优势，在除了手机市场上的应用外，还在手表、无线PC外设、运动和医疗设备甚至儿童玩具上获得应用。

　　Wirbee 的发展引起了蓝牙联盟（Bluetooth SIG）的关注，对于蓝牙联盟来说，已经认识到了低功耗应用的巨大潜力，也一直希望得到低功耗无线技术。因此，在2007年，Wirbee 并入蓝牙联盟，作为蓝牙技术的扩展。于是，就有了“低功耗蓝牙技术（BLE）”。

1.2 蓝牙4.0 规范

　　蓝牙4.0 规范于2010年正式发布，它将3种蓝牙规格集一体，包括传统蓝牙技术、高速蓝牙技术和低功耗蓝牙技术。其中意义最大的是低功耗蓝牙技术，拥有低功耗、3ms低延时、AES-128加密等特点，低功耗蓝牙技术极低的运行和待机功耗使得一个纽扣电池可连续工作很长时间。

　　蓝牙4.0 规范包含如下：
　　① BLE 低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy），只能与 4.0 协议设备通信，适应低功耗且仅收发传输少量数据设备（如智能传感器、可穿戴设备等）；
　　② BR/EDR 蓝牙（Basic Rate / Enhanced Data Rate），向下兼容（能与 2.1/2.0 通信），适应收发数据较多的设备（如耳机等）；
　　③ HS 高速蓝牙（High Speed），向下兼容（能与 3.0 通信），适应需要高速数据传输的设备（如图片、文件传输等）。

1.3 蓝牙4.0 的两种应用模式

　　Bluetooth 4.0 有双模和单模两种应用模式。
　　双模（dual-mode）应用中，蓝牙低功耗（BLE）功能集成在现有的传统蓝牙控制器中，或在现有传统蓝牙技术（2.1+EDR / 3.0+HS）芯片上增加低功耗堆栈，对于蓝牙主芯片来说，整体架构基本不变，因此成本增加有限。双模设备包括智能手机、平板电脑、PC/笔记本电脑、智能电视等，这些设备在使用中充当中心。双模蓝牙设备上的蓝牙标识是“Bluetooth Smart Ready”。
　　单模（single-mode）应用面向高集成、低数据量、低功耗设备，支持快速连接、可靠的点对多点数据传输、安全的加密连接等特性。单模蓝牙设备上的蓝牙标识是“Bluetooth Smart”。
　　需要注意的是，单模蓝牙低功耗设备与现有传统蓝牙设备不能兼容，无法向下兼容（与 3.0/2.1/2.0 无法相通），仅能与支持低功耗蓝牙（BLE）技术的设备相连接。一般而言，智能手机、平板电脑、PC等设备都会安装双模蓝牙芯片，以便与蓝牙低功耗设备及传统蓝牙设备进行交互。

　　基本上来说，“Smart Ready”适用于任何双模蓝牙4.0 的电子产品；而“Smart”则是应用在心率监控器或计步器等使用扭扣电池并传输单一信息的设备上。Smart Ready 的兼容性会最高，可与 Smart 及标准蓝牙相通，标准蓝牙则无法与 Smart 相通。

二、nRF51822 芯片

　　nRF51822 是 Nordic 的一款蓝牙低功耗（BLE）和 2.4GHz 专利 SoC。
　　nRF51822 是功能强大、高灵活性的多协议 SoC，非常适用于 Bluetooth® 低功耗和 2.4GHz 超低功耗无线应用。 nRF51822 基于配备 256/128 kB flash 和 32/16 kB RAM 的 32 位 ARM® Cortex™ M0 CPU 而构建。 嵌入式 2.4GHz 收发器支持蓝牙低功耗及 2.4GHz 操作，其中 2.4GHz 模式与 Nordic Semiconductor 的 nRF24L 系列产品无线兼容。
　　nRF51822 还具备丰富的模拟和数字周边产品，可以在无需 CPU 参与的情况下通过可编程周边产品互联 (PPI) 系统进行互动。 灵活的 31 引脚 GPIO 映射方案可使 I/O（例如串行接口、PWM 和正弦解调器）根据 PCB 需求指示映射到任何设备引脚。 这可实现完全的设计灵活性及引脚位置和功能。
　　nRF51822 支持 S110 蓝牙低功耗协议堆栈及 2.4GHz 协议堆栈（包括 Gazell），这两种协议堆栈在 nRF518 软件开发套件中均免费提供。nRF51822 需要单独供电，如果供电范围在 1.8-3.6V 之间，用户可选择使用芯片上的线性整流器，如果供电范围在 2.1-3.6V 之间，可以选择直流 1.8V 模式和芯片上的 DCDC 变压器。DC-DC 变压器的使用可在工作期间动态控制，并使 nRF51822 工作期间的射频峰值电流低于 10 mA @ 3V 供电 (TX @ 0 dBm & RX)。
　　nRF51822 具有 6x6mm 48 引脚 QFN 封装和 3.5x3.8mm 64 球形晶片水平芯片级封装 (WLCSP)。

三、开发板资源介绍

• (1) PCB 天线
• (2) nRF51822 芯片
• (3) 对外烧录接口（JLINK OUT）
• (4) SPI FLASH
• (5) 用户按键（BUTTONS）
• (6) 板载 JLINK（STM32F103C8T6）
• (7) 外接锂电池座（LI BATTERY）
• (8) 供电下载调试口（MICRO USB）
• (9) 蜂鸣器（BEEP）
• (10) 串口（MINI USB）
• (11) 继电器（3A 220VAC，3A 30VDC）
• (12) USB 转串口芯片（PL2303）
• (13) 复位按键（RESET）
• (14) 220V 强电接线柱
• (15) 加速度陀螺仪（MPU6050）
• (16) 外部扩展引脚（GPIO）

需要注意的是：
1、MICRO USB 是调试、仿真、下载、供电的接口，使用时请插上 USB 线。
2、MINI USB 是串口输出，可以通过一根 MINI USB 线插电脑 USB 口，从而可以跟 PC 机串口通信。
3、接线柱可以接 220V 强电。