文章目录

引言导读
一、通信基础知识
- 1.1 通信到底传输的是什么？
- 1.2 比特率和波特率
- - 习题
- 1.1 双工和单工
- - 习题
- 1.2 串行和并行
- 1.3 异步通信和同步通信
- - 习题
二、连接STM32单片机
- 2.1 编程环境
- 2.2 硬件接线
- - 2.2.1 接线图
  - 2.2.1 硬件介绍和设置
- 2.3 编码
- 2.3 手机控制二极管
习题答案

引言导读

本文适合小白简单入门，大神请绕行。想讲的尽量透彻，所以篇幅啰嗦，介意的绕行。
蓝牙模块基本是通用的，所以看这一篇教程，如果你的蓝牙模块与我的不一样，也不要担心，原理是通的。
蓝牙是通信的一种，故想要学好STM32与蓝牙连接，掌握一点点基本通信知识是需要的。
本次涉及到的硬件包括STM32F103C8T6最小系统板（其实其他版本都是可以的）和蓝牙模块买的是集芯微的BLE5.0（这家挺便宜，就是资料少，JDY-31，HC-06等都可以），此外还需要面包板和杜邦线若干。
买的蓝牙模块没有焊接排针，而且竟然是小号排针，又手残焊接不好。最后，买了锡膏和热风机焊接，小号排针用网线代替了（网线也可以当作杜邦线用）。不过锡膏有毒，所以焊接时候注意通风，使用时最好带手套或者之类的，具体自动百度或者bilibili。
硬件电路设计的原则是“简单、可靠和价格低廉”，所以就是有更优秀的方案，不一定能够使用。越简单，零件越少，出错概率越低，当然价格也越低。

一、通信基础知识

1.1 通信到底传输的是什么？

在逻辑层面，通信传输的是比特也就是二进制数。在物理层面上，当线路为电路时，发送方发送一个个持续小段时间的电压信号来表示这些二进制数，比如双方约定一个0.001秒的0V代表数字0，5V代表数字1，发送方发送先后发送两个持续0.001秒的0V和一个0.001秒的5V，就是相当于发送了001。这种持续一段时间的电压信号就是码元。当线路为无线电波时，码元就是一份份的电波了。由于电信号是一种波，所以可以认为我们在线路上传输了一个个波。

1.2 比特率和波特率

通信速度有多快呢？在逻辑层面上，用比特率（Bitrate）来衡量，它代表单位时间内传输的bit数量，单位是bit/s。在物理层面上，使用波特率（Baudrate），它表示单位时间内传输的码元（即，波）数量，码元就是上面的提到的电平信号，所以叫做波特率。通常下一个码元代表一个二进制数，这时比特率和波特率是相等。也有不等的时候，比如用0V表示0，2V表示1，4V表示2，6V表示3，这时候一个码元代表一个四进制数，则比特率是波特率的二倍。

习题

开放题目，言之成理即可，只考虑一般情形，不考虑特殊情况。

比特率和波特率的区别和联系？

1.1 双工和单工

通信类似于AB市通车，码元类似于一辆辆汽车。

名词	定义	例子
单工通信	通信线路是单向，从始至终都是发送方和接收方是固定的	车子只能从A市到B市，B市的车子不能开往A市。
双工通信	线路是双向，数据可以从A流向B，也可以从B流向A，即通信双方都可以发信息给对方，又可以分为半双工和全双工	A市的车可以开到B市，B市的车子也可以到A市。
全双工	线路全时段对双方开放，任何时间任何一方都可以发送信息给对方	AB市之间路很宽，两市间车子可以自由来往
半双工	线路只能在某段时间内对某方开放，双方轮流使用线路，即指某时间内，只能一方发送一方接受。	AB两个城市间公路很窄，只能容纳一辆车通行，AB两方约定8点-9点是车子只能从A市到B，9-10点是B市到A市，这样轮流交替。

单工和双工是对应的，按照线路是双向的还是单向的进行划分。
全双工和半双工是成对，他们是按照线路是否全时间段对双方开放使用。

全双工比半双工要复杂，效率高，发送数据多，成本更高。半双工要简单，双方需要约定好时间，不然会撞车。

习题

开放题目，言之成理即可，只考虑一般情形，不考虑特殊情况。

两人交谈属于哪种通信？
校会上，校长发言属于哪种通信？
两人吵架属于哪种通信？
上课传纸条属于哪种通信？

1.2 串行和并行

并行通信指双方之间通过多根信息线(8根以上)传输数据，数据可以并行传输，即公路很宽能够容纳多辆车并行行驶。
串行通信指双方之间通过很少根信息线（8根及以下）传输数据，数据犹如被一根线串起来的珍珠，所以叫做串行。

串行通信抗干扰能力强，线路铺设费用低，速率低。

1.3 异步通信和同步通信

为什么要有同步和异步，或者它们是怎么来的？要想回答这个问题，我们需要考虑一个场景：如何传输大量数据？这个问题是没有完美解决方法的，但是最优方法是：当传输线路等硬件既定时，在线路满负荷下可以最快完成数据传输，也就是说：发送方马不停蹄地发送数据，接收方也及时接收信息，同时为了尽可能保证数据传输安全性，接受方接受一个信息后要给一个是否成功接收的状态，发送方在接受这个状态后才能发送下一个信息。实现这种马不停蹄，最简单是双方按同一套时间步调一致发送、接收和检验信息，就像生产线一样，每个人在规定的时间内步调一致地完成各自的动作，以达到效率最高。这就是同步通信过程。

异步通信则是为了完成小数据量传输，比如操控遥控车，这种场景下通常发送方不定时地发送少量信息，接收方接收后无需回复。相比于同步通信这是不安全的，但是这无所谓，可以通过其他方式来修正这种不安全。比如：遥控汽车，因为某个因素，汽车没有接受到转向，那么人会再次操作一遍转向操作，问题不大。异步通信就不要求双方在同一套时间下进行同步操作，只要它们是相近的时间就好。但是，双方要有相同的波特率。

这里的时间，其实就是时钟周期，类似于人把时间分为年月周日时分秒，时钟周期是把1秒分为很多份，是芯片设备的时间。

习题

在异步通信中，为什么通常情况下，双方要保持一样的波特率？

二、连接STM32单片机

下面进入正题

2.1 编程环境

CubeIDE
面包板和连接线

2.2 硬件接线

下面给出了接线图，

2.2.1 接线图

2.2.1 硬件介绍和设置

買的蓝牙模块如下图，其VDD GND是接输入电源的正负极，他要求输入3.3V电压，我用的STM32板子上的电源。RXD TXD是用于连接STM32板子的，RXD是receive external data引脚，用于接收来自单片机的信息，TXD引脚用于向单片机发送信息。买的板子一般都附赠规格说明书，比如引脚、电压和波特率等。

STM32是通过USART连接蓝牙模块，UART属于异步全双工通信，包含两根线单向通信线，分别接上述提到的两个引脚。我用的是STM32F103C8T6芯片，它自带有三组USART，这里选用USART1，CubeIDE会自动选择PA10和PA9两个引脚与蓝牙进行通信。具体如下图：

2.3 编码

在这里添加如下代码：

  uint8_t rx = 0; // 定义一个无符号整形数，用于接收蓝牙发送的数据。while (1){/* USER CODE END WHILE */// 用于接受来自蓝牙发来的数据。// &huart1 是一个封装好的结构体，代表那两个引脚，HAL_UART_Receive函数会自动识别使用PA10进行接受数据。// &rx，接收蓝牙信息放到rx中，由于rx是整形数字，直接传递给函数，传过去的只是副本，所以要传递其引用。// 1，表示接受一个字节（8个二进制）。// HAL_MAX_DELAY 表示接受一个蓝牙信号后，单片机就停下来死等下次接收蓝牙信息。HAL_UART_Receive(&huart1, &rx, 1, HAL_MAX_DELAY);// rx == '1', 蓝牙传输过来的是一个字符1而不是数字。if (rx == '1'){HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, LED_Pin, GPIO_PIN_SET); # 输出高电平，灯亮}else{HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET); # 输出低电平，灯灭}/* USER CODE BEGIN 3 */}

编译代码并下载到单片机上。

2.3 手机控制二极管

搜索下载一款手机蓝牙调试助手，我用的是BLE调试助手这款APP。
按照蓝牙名字，搜索并连接上蓝牙，然后给蓝牙发送"1", 即可灯亮，发送其他则灯灭。

习题答案

比特率和波特率的区别和联系？
波特率和比特率都可以用来描述通信速度，波特率指的是物理层面传输速度，比特率指逻辑层面传输速度。波是信号的载体，比特描述一个波可以表示信息量的多少。比特率是波特率的N倍。
两人交谈属于哪种通信？
两人交谈，双方都可以说话和倾听，所以是双工。一方说完另一方才会说，故是半双工。每个人的音色不同，可以认为是线路不同，所以并行通信。
校会上，校长发言属于哪种通信？
单工，一条线路故串行。
两人吵架属于哪种通信？
双方同时说话全双工；两人音色不同故并行；异步。
上课传纸条属于哪种通信？
异步；串行；半双工；
在异步通信中，为什么通常情况下，双方要保持一样的波特率？
波特率代表发送信号的频率，通信双方需要按照约定的波特率来解码对方的信息。显然，双方不在同样的波特率时，设计软件或者硬件成本更高，所以约定一样的波特率，通信成本低。

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