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21天入門低功耗藍牙5.x開發
( 簡體 字)
作者：譚暉類別：1. -> 通信技術 -> 無線通訊 -> 藍芽技術
出版社：電子工業出版社21天入門低功耗藍牙5.x開發 3dWoo書號： 55706
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NT售價： 440 元
出版日：3/1/2022
頁數：272
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印刷：黑白印刷語系： ( 簡體 字 )
ISBN：9787121431494 加入購物車 │加到我的最愛 (請先登入會員)
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第1章 低功耗藍牙5.x開發環境之搭建 （1）
1.1　基于Nordic nRF52840 DK開發環境之搭建 （1）
1.1.1　SES的搭建 （1）
1.1.2　Keil MDK的搭建 （8）
1.1.3　其他工具的安裝 （9）
1.2　nRF52840 DK開發板上的燒寫器介紹 （13）
1.2.1　簡介 （13）
1.2.2　nRF52840 DK開發板簡介 （13）
1.2.3　nRF52840 DK開發板的燒寫方式 （13）
1.2.4　PTR9818介紹 （15）
1.2.5　PTR9818模塊的固件燒寫方式 （16）
1.2.6　APTR-xxxx-EVB低功耗藍牙模塊評估板 （18）
1.3　nRF5 SDK介紹和目錄結構解讀 （19）
1.4　SES集成開發環境的使用 （23）
1.5　如何將工程移植到不同的芯片 （26）
1.5.1　在SES中將nRF52832的工程移植到nRF52840 （26）
1.5.2　Softdevice協議棧介紹 （31）
1.5.3　Log打印功能 （36）
1.5.4　芯片選型表 （38）
第2章 實驗1：低功耗藍牙5.x SoC之nRF52840最小硬件系統 （41）
2.1　實驗目標 （41）
2.2　nRF52840最小硬件系統電路 （41）
2.2.1　供電方式 （42）
2.2.2　內部電源穩壓方式 （43）
2.2.3　時鐘電路 （45）
2.2.4　匹配電路 （46）
2.2.5　去耦電容 （46）
2.2.6　USB電路 （46）
2.2.7　NFC電路 （47）
2.3　nRF52840硬件設計的注意事項 （48）
2.4　實驗小結 （50）
第3章 實驗2：低功耗藍牙5.x廣播的實現 （51）
3.1　實驗目標 （51）
3.2　實驗準備 （51）
3.3　背景知識 （51）
3.3.1　廣播 （51）
3.3.2　廣播數據包的格式 （52）
3.3.3　常見的廣播內容 （52）
3.3.4　廣播數據包的類型 （53）
3.4　實驗步驟 （54）
3.4.1　低功耗藍牙5.x廣播的初始化 （54）
3.4.2　低功耗藍牙5.x廣播名稱的修改 （55）
3.4.3　廣播內容和廣播參數的修改 （56）
3.4.4　代碼實戰 （60）
3.5　實驗小結 （65）
第4章 實驗3：低功耗藍牙5.x雙向通信的實現 （67）
4.1　實驗目標 （67）
4.2　實驗準備 （67）
4.3　背景知識 （67）
4.3.1　低功耗藍牙5.x雙向通信的基本概念 （67）
4.3.2　低功耗藍牙5.x雙向通信的連接建立過程 （70）
4.4　實驗步驟 （70）
4.4.1　低功耗藍牙5.x串口通信服務的實現 （71）
4.4.2　main函數的解析 （75）
4.4.3　協議棧初始化分析 （75）
4.5　低功耗藍牙5.x的傳輸速率 （77）
4.5.1　傳輸速率的理論值 （77）
4.5.2　影響傳輸速率的主要因素 （79）
4.5.3　代碼實例測試 （79）
4.5.4　實際測試 （81）
4.5.5　實驗分析 （85）
4.6　開發調試工具 （85）
4.6.1　nrfjprog命令行工具 （85）
4.6.2　RTT打印Log （86）
4.7　資料學習 （87）
4.8　實驗小結 （89）
第5章 實驗4：添加電池電量服務 （91）
5.1　實驗目標 （91）
5.2　實驗準備 （91）
5.3　背景知識 （91）
5.4　實驗步驟 （92）
5.5　應用固件的燒寫和調試 （103）
5.5.1　編譯和燒寫 （103）
5.5.2　查看電池電量服務數據 （103）
5.5.3　添加電池電量服務的注意事項 （104）
5.5.4　實驗觀察 （104）
5.6　實驗小結 （104）
第6章 實驗5：添加私有服務 （105）
6.1　實驗目標 （105）
6.2　實驗準備 （105）
6.3　背景知識 （105）
6.4　實驗步驟 （106）
6.4.1　移植庫文件 （106）
6.4.2　修改sdk_config.h中相應的宏 （107）
6.4.3　初始化LBS （107）
6.4.4　修改LBS中LED的特性 （111）
6.4.5　修改按鍵的邏輯 （113）
6.5　應用的實驗與測試 （114）
6.5.1　應用固件的燒寫與測試 （114）
6.5.2　實驗觀察 （115）
6.6　實驗小結 （115）
第7章 實驗6：添加配對、綁定功能 （117）
7.1　實驗目標 （117）
7.2　實驗準備 （117）
7.3　背景知識 （117）
7.3.1　配對和綁定的定義 （117）
7.3.2　相關概念知識 （118）
7.3.3　綁定的流程 （119）
7.3.4　綁定的方式（等級） （120）
7.3.5　例程講解 （120）
7.3.6　與綁定功能相關的常用API函數 （120）
7.4　實驗步驟 （121）
7.4.1　綁定模塊移植 （121）
7.4.2　在例程ble_app_hrs中添加NUS （122）
7.4.3　Passkey配對模式的實現 （124）
7.4.4　數字比較的實現 （125）
7.5　實驗拓展 （127）
7.6　實驗小結 （128）
第8章　實驗7：低功耗藍牙的主機掃描 （129）
8.1　實驗目標 （129）
8.2　實驗準備 （129）
8.3　背景知識 （129）
8.3.1　廣播的概念 （129）
8.3.2　掃描的概念 （130）
8.3.3　主機掃描的原理 （130）
8.3.4　主動掃描和被動掃描 （131）
8.4　實驗步驟 （131）
8.4.1　掃描例程講解 （131）
8.4.2　掃描附近所有設備 （132）
8.4.3　篩選廣播數據包中的數據 （134）
8.5　實驗小結 （135）
第9章　實驗8：低功耗藍牙的主機連接 （137）
9.1　實驗目標 （137）
9.2　實驗準備 （137）
9.3　背景知識 （137）
9.3.1　連接的概念 （137）
9.3.2　連接的過程 （138）
9.3.3　連接的重要參數 （138）
9.3.4　連接參數的優化 （139）
9.3.5　iOS對連接參數的要求 （139）
9.4　實驗步驟 （139）
9.5　實驗小結 （141）
第10章　實驗9：低功耗藍牙主從一體的實現 （143）
10.1　實驗目標 （143）
10.2　實驗準備 （143）
10.3　背景知識 （143）
10.4　實驗步驟 （144）
10.4.1　低功耗藍牙主從一體功能的實現 （144）
10.4.2　低功耗藍牙主從一體功能的演示 （149）
10.5　實驗小結 （151）
第11章　實驗10：低功耗藍牙多主多從的實現 （153）
11.1　實驗目標 （153）
11.2　實驗準備 （153）
11.3　背景知識 （153）
11.4　實驗步驟 （154）
11.4.1　低功耗藍牙多主多從功能的實現 （154）
11.4.2　低功耗藍牙多主多從功能的演示 （157）
11.5　實驗小結 （158）
第12章　實驗11：LE 2M PHY高速率通信的實現 （159）
12.1　實驗目標 （159）
12.2　實驗準備 （159）
12.3　背景知識 （159）
12.3.1　低功耗藍牙LE 2M PHY高速率通信 （159）
12.3.2　低功耗藍牙數據包的組成 （160）
12.3.3　低功耗藍牙數據包的完整傳輸周期 （161）
12.3.4　低功耗藍牙的數據吞吐率 （162）
12.3.5　低功耗藍牙LE 2M PHY高速率通信的應用 （163）
12.4　實驗步驟 （163）
12.4.1　SDK例程測試 （163）
12.4.2　LE 2M PHY高速率通信的實現 （166）
12.5　實驗小結 （167）
第13章　實驗12：低功耗藍牙長距離通信的實現 （169）
13.1　實驗目標 （169）
13.2　實驗準備 （169）
13.3　背景知識 （169）
13.3.1　鏈路預算和無線電波傳播損耗 （170）
13.3.2　長距離通信的編碼 （171）
13.3.3　長距離通信的傳輸速率 （172）
13.3.4　長距離通信的應用創新 （173）
13.4　實驗步驟 （173）
13.4.1　長距離通信的PHY配置和數據吞吐率測試 （173）
13.4.2　低功耗藍牙5.x長距離通信的實現 （176）
13.4.3　長距離通信的測試 （177）
13.5　實驗小結 （177）
第14章　實驗13：低功耗藍牙擴展廣播數據包的實現 （179）
14.1　實驗目標 （179）
14.2　實驗準備 （179）
14.3　背景知識 （179）
14.3.1　低功耗藍牙5.x擴展廣播數據包的格式 （180）
14.3.2　低功耗藍牙5.x擴展廣播數據包的應用場景 （182）
14.4　實驗步驟 （182）
14.5　實驗小結 （184）
第15章　實驗14：基于SPI驅動OLED （185）
15.1　實驗目標 （185）
15.2　實驗準備 （185）
15.3　背景知識 （185）
15.3.1　SPI簡介 （185）
15.3.2　SPI的工作方式 （186）
15.3.3　OLED簡介 （187）
15.4　實驗步驟 （187）
15.5　實驗小結 （193）
第16章　實驗15：基于QSPI驅動LCD （195）
16.1　實驗目標 （195）
16.2　實驗準備 （195）
16.3　背景知識 （195）
16.3.1　QSPI簡介 （195）
16.3.2　LCD模塊簡介 （196）
16.3.3　QSPI接口與LCD模塊的連接 （196）
16.4　實驗步驟 （198）
16.5　實驗小結 （206）
第17章　實驗16：基于FreeRTOS實現復雜應用 （207）
17.1　實驗目標 （207）
17.2　實驗準備 （207）
17.3　背景知識 （207）
17.3.1　FreeRTOS簡介 （207）
17.3.2　在RTOS中自定義線程 （208）
17.3.3　RTOS的移植 （209）
17.4　實驗步驟 （209）
17.5　實驗小結 （214）
第18章　實驗17：FDS的實現 （215）
18.1　實驗目標 （215）
18.2　實驗準備 （215）
18.3　背景知識 （215）
18.3.1　FDS簡介 （215）
18.3.2　FDS的實現原理 （216）
18.3.3　FDS區域 （216）
18.3.4　FDS的操作類型 （217）
18.3.5　FDS的常用API函數簡介 （217）
18.3.6　使用FDS的注意事項 （219）
18.4　實驗步驟 （219）
18.4.1　FDS模塊的移植 （219）
18.4.2　FDS存儲功能的實現 （220）
18.5　實驗小結 （225）
第19章　實驗18：固件空中升級（OTA）的實現 （227）
19.1　實驗目標 （227）
19.2　實驗準備 （227）
19.3　背景知識 （227）
19.3.1　DFU簡介 （227）
19.3.2　OTA簡介 （229）
19.3.3　基于Nordic的SDK實現DFU的原理 （229）
19.4　實驗步驟 （230）
19.5　實驗關鍵代碼與實驗要點 （233）
19.5.1　ble_app_buttonless_dfu服務的關鍵代碼 （233）
19.5.2　Bootloader程序的關鍵代碼 （238）
19.5.3　實驗要點 （241）
19.6　實驗小結 （241）
第20章　實驗19：基于串口的DFU實現 （243）
20.1　實驗目標 （243）
20.2　實驗準備 （243）
20.3　背景知識 （243）
20.4　實驗步驟 （244）
20.5　實驗要點 （247）
20.6　實驗小結 （247）
第21章　實驗20：基于低功耗藍牙模塊PTR9818的開發 （249）
21.1　實驗目標 （249）
21.2　實驗背景 （249）
21.3　實驗配置 （250）
21.3.1　低頻時鐘源的配置 （250）
21.3.2　外設的配置 （251）
21.3.3　UART的配置 （253）
21.4　實驗小結 （253）
參考文獻 （255）
后記 （256）
本書主要介紹低功耗藍牙5.x的開發技術，主要內容包括開發環境的搭建、最小硬件系統、廣播的實現、雙向通信的實現、電池電量服務的添加、私有服務的添加、配對和綁定功能的實現、主機掃描、主機連接、主從一體的實現、多主多從的實現、高速率通信的實現、長距離通信的實現、擴展廣播數據包的實現、基于QSPI驅動LCD、基于FreeRTOS的復雜應用、FDS的實現、OTA的實現、基于串口的DFU實現、PTR9818模塊的開發等內容。通過本書的學習，讀者不僅可以掌握低功耗藍牙5.x的開發技術，也可以學習物聯網的知識、培養物聯網的思維，還可以提高自身的動手能力和創新能力。
序言1
低功耗藍牙5.x作為當前最新的藍牙技術標準，具有更低的功耗、更快的通信速率、更遠的通信距離、更高的數據廣播包容量等優勢，同時還具有Mesh組網、AoA/AoD精準定位、LE音頻等技術特點，使得藍牙技術的性能得到了大幅提升，功能也變得更加豐富，從而能更好地適用于可穿戴設備、智能家居、智能傳感器、工業物聯網等實際應用，有助于實現真正的“萬物互聯”。低功耗藍牙技術已成為當前產業界和學術界關注的熱點技術領域之一。
作為國內最早推廣及應用低功耗藍牙技術的團隊之一，迅通科技一直走在低功耗藍牙技術研發和應用的前列，并積累了豐富的經驗。譚暉先生根據迅通科技在低功耗藍牙技術領域的實踐經驗編寫《21天入門低功耗藍牙5.x開發》，本書循序漸進地介紹了低功耗藍牙5.x的重要知識點，并將這些知識點深入淺出地總結為若干實驗，可以使初學者快速入門并掌握相關的開發知識，有助于提升自身的技術水平和競爭能力，成為物聯網技術開發應用的佼佼者。
全書圍繞nRF52840這一兼具超低功耗、高性能等特性的智能藍牙產品解決方案和開發平臺，以21天速成實戰為目標導向，精選了20個實驗，通過對原理的探究、對框架的分析、對藍牙規范的結合應用，以及對關鍵代碼及函數接口的細致說明，實現了對低功耗藍牙5.x關鍵知識點和技術開發應用重點的囊括。
本書具有涵蓋面廣、應用性高、通用性強等特色，從智能硬件設計的基礎出發，理論和實踐相結合，不僅聚焦低功耗藍牙5.x的開發，還涉及RF測試、低功耗測試的方法等內容。本書提供的實驗涵蓋低功耗藍牙應用的常用場景，結合例程進行詳細說明，特別適合初學者一步步地掌握調試和開發方法。此外，本書以最典型的全功能SoC芯片作為開發模板，具有普適性，可以使讀者獲得的知識適用于Nordic全系列SoC芯片的開發應用。這本書不僅可作為高等學校學生科技創新實踐的參考讀本，也可作為企業工程技術人員的開發工具書。

張欽宇
國家“萬人計劃”科技創新領軍人才
國家杰出青年科學基金獲得者

序言2
Nordic Semiconductor從1983年在挪威起步到現在，在經歷近40年的發展后，目前已經成長為一家跨國上市公司，并成為世界領先的無線通信集成電路供應商。Nordic Semiconductor是低功耗藍牙（BLE）規范和標準開發的關鍵貢獻者，并以40%以上的市場份額成為低功耗藍牙的市場領導者，遠遠高于該市場的其他參與者。
Nordic Semiconductor并非只有低功耗藍牙產品，憑借其獨特且應用廣泛的多協議無線片上系統（SoC）芯片，無論在中、短距離的點對點通信和Mesh網絡，還是在5G低功耗蜂窩物聯網，人們都可以在世界各地的無線連接產品中發現Nordic Semiconductor的解決方案。
我本人在剛剛到Nordic Semiconductor工作的前幾周內，就有幸見到了譚暉先生，他是一位知識淵博的學者和技術嫻熟的企業家，對自己的專業和Nordic Semiconductor的解決方案有著真誠而深厚的熱情。幾年前，譚暉先生出版了一系列關于Nordic Semiconductor解決方案的圖書，因此當我們聽到他計劃出版涵蓋最新低功耗藍牙5.x及5G低功耗蜂窩物聯網應用的nRF52、nRF53和nRF91等芯片的系列圖書時，我們都非常感激和興奮。
本書為該系列圖書的第一本，將帶領讀者逐步了解基于多協議無線SoC芯片nRF52840開發低功耗藍牙應用的過程，本書還深入介紹了低功耗分析和應用測試等更高級的內容，涵蓋了在21天內完成低功耗藍牙無線應用開發所需的知識點，如同從A到Z一樣簡單。
nRF52840是一款高度集成的超低功耗多協議無線SoC芯片，具有真正的并發多協議通信，不僅支持低功耗藍牙，還支持Mesh網絡、Thread、ZigBee、Matter、IEEE 802.15.4、ANT等協議和2.4 GHz私有協議。雖然這本書的重點是低功耗藍牙5.x的開發，但書中介紹的開發工具、原則和方法也適用于其他無線協議的開發。
這本書向讀者展示了如何在Nordic的SoC芯片上輕松地開始低功耗藍牙的開發工作，希望讀者能從中受益，并繼續閱讀本系列圖書的其他書籍。
祝你好運，享受這本書吧！

鮑勃·布蘭達爾
Nordic Semiconductor亞太區銷售和營銷副總裁



前 言
隨著包括低功耗藍牙在內的無線通信技術的不斷發展，物聯網的發展與應用駛上了快車道。低功耗藍牙從4.0開始，就圍繞著物聯網的需求不斷發展。事實上，基于低功耗藍牙的物聯網應用，已經滲透到了人們日常生活的多個方面。例如，改變短途出行生態、為低碳減排做出貢獻的共享單車，就是典型的基于低功耗藍牙技術的物聯網應用，也是目前最大的移動物聯網之一。我們每天都有可能接觸到低功耗藍牙技術的應用，如智能門鎖、智能穿戴設備等，只是我們沒有察覺到而已。
低功耗藍牙發展到5.0以后，更是開啟了物聯網應用的大門。針對物聯網的需求，低功耗藍牙5.x增加了許多新特性，如長距離通信、高速率通信、擴展廣播數據包、Mesh組網、AoA/AoD精準定位、LE Audio等。憑借日漸完善的協議和例程，低功耗藍牙5.x開創了物聯網應用的新時代。
低功耗藍牙5.x的陸續發布，給物聯網創新和智能硬件產品帶來更多的應用場景和創新機會。例如，蘋果公司發布了基于低功耗藍牙5.x的AirTag和FindMy，元宇宙概念中基于虛擬現實的應用也需要大量與低功耗藍牙5.x相關的技術和產品（Meta中的VR/AR頭盔就采用了最新的低功耗藍牙技術）。低功耗藍牙5.x的諸多新特性為創新提供了豐富的例程基礎及技術路線。創新與創造是企業發展的動力及源泉，當前的眾多企業和研究機構都需要大量熟悉和掌握低功耗藍牙5.x開發技術的人員。
與此同時，很多初學者（包括在校學生）和工程師希望掌握低功耗藍牙5.x的開發技術，卻不知如何更好更快地入門和提高。本書總結作者及其團隊在低功耗藍牙5.x開發方面的經驗和積累，面向開發人員的關注點，可幫助讀者快速掌握低功耗藍牙5.x的開發技術。本書強調動手實踐能力的培養，通過本書的學習，讀者可以學習低功耗藍牙5.x的原理知識，體驗低功耗藍牙5.x的產品開發過程，從而激發自身的學習興趣和研究興趣，實現“學習+創新+開發”的過程。
俗話說，實踐出真知。本書的實踐性強，從實際的開發來編排全書的內容，通過一個個經典的實驗來詳細介紹低功耗藍牙5.x開發涉及的重要概念和知識點。讀者通過學習、實踐、理解、吸收、轉化本書的知識點，就能有所收獲，就能初步掌握低功耗藍牙5.x的開發技術。假以時日，未來可期。
在學習本書的基礎上，請開始你的第一個基于低功耗藍牙5.x的項目設計與開發。
Nordic Semiconductor（Nordic）是一家專注于中、短距離無線技術和低功耗蜂窩物聯網應用的半導體公司，是低功耗藍牙解決方案的市場領導者，其產品占據了低功耗藍牙市場的40%。作為與Nordic攜手20多年的合作伙伴，深圳市藍科迅通科技有限公司（迅通科技）是國內最早推廣和應用低功耗藍牙技術的機構之一，豐富并拓展了中、短距離無線通信技術和物聯網技術在國內的應用與發展，也開創了很多成功的案例。迅通科技的研發團隊在低功耗藍牙技術領域的努力和積累奠定了本書的基礎，他們的探索和經驗可以幫助更多的人快速進入低功耗藍牙領域。
本書由譚暉審定和統稿，參與本書實驗設計和資料整理工作的有王榮靜、戰宇娟、蘇金飛、張翔宇、王政華等。本書在編寫過程中，Nordic首席執行官Svenn-Tore Larsen、Nordic全球市場總監Geir給予了大力的支持；Nordic亞太區市場及銷售副總裁Bob、Nordic中國區團隊Damien等給予了熱心的幫助；Nordic中國區技術團隊Kevin給予了支持與協助，并提供了很多建設性的意見，在此表示衷心的感謝！
由于作者水平有限，加之編寫時間倉促，本書難免會有錯誤和疏漏之處，敬請廣大讀者及專家批評指正。

譚 暉
2022年1月5日
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