đồ án công nghệ bluetooth 4.0

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA-ĐHQG TPHCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI:

BLUETOOTH LOW ENERGY
....................................

....................................

TPHCM 22-12-2014

MỤC LỤC
PHẦN 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BLUETOOTH
1 – Giới thiệu khái niệm về bluetooth……………………………...trang 3
1


2 - Một số thuật ngữ dùng trong bluetooth………………………..trang 3
3 - Các ứng dụng nổi bật của Bluetooth:………………………….trang 4
4 – Sơ lược về các “thế hệ” Bluetooth…………………………….trang 5
PHẦN 2: BLUETOOTH LOW ENERGY (BLE)
1 – Giới thiệu về BLE………………………………………………..trang 7
2 – Thông số kỹ thuật của BLE………………………………….....trang 7
3 - Ứng dụng của BLE……………………………………………....trang 9
PHẦN 3: CHI TIẾT VỀ CC2540 VÀ HM-10
1 – Giới thiệu chip CC2540……………………………………..….trang 11
2 – Giới thiệu về module HM-10 của chip………………………..trang 12
3 – Sơ đồ cấu hình chân ra của HM-10…………………………..trang 13

4 – Chức năng các chân của HM-10…………………………...…trang 14
5 – Kích thước HM-10……………………………………………....trang 15
6 – Sơ đồ mạch HM-10……………………………………………...trang 16
7 – Cấu trúc tập lệnh của HM-10…………………………………..trang 17
7 – Thiết kế PCB cho HM-10…..…………………………………..trang 21
PHẦN 4: MÔ PHỎNG KẾT NỐI VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU GIỮA HAI
MODULE HM-10
1 – Khối vi điều khiển ……..……………………………………..….trang 25
2 – Khối truyền nhận dữ liệu không dây...………………………..trang 30
3 – Khối hiển thị ……………………………………………………..trang 31
2


4 – Lưu đồ giải thuật chương trình …………………………...…trang 33
PHẦN 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ CODE LẬP TRÌNH
1 – Tài liệu tham khảo……………………………………………....trang 36
2 – Code chương trình phần phát ………………………………...trang 37
3 – Code chương trình phần thu …………………………………..trang 44

3


PHẦN 1:GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BLUETOOTH
1 ) Giới thiệu khái niệm về bluetooth
Bluetooth là công nghệ dựa trên tần số vô tuyến sử dụng để tạo kết nối
giao tiếp giữa hai loại thiết bị khác nhau trong một cự li nhất định. Có rất
nhiều các thiết bị sử dụng công nghệ bluetooth như: điện thoại di động, máy
tính và thiết bị hổ trợ cá nhân (PDA)

Bluetooth được thiết kế để thay thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị

truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử với nhau.
Bluetooth khi kích hoạt có thể tự định vị những thiết bị khác có chung
công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng.
Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mb/s. Bluetooth hỗ trợ
tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10 m–100 m
Sử dụng dải tần 2.4 – 2.48GHz
Một số đặc điểm nổi trội của bluetooth:
- Tương thích cao
- Tiêu thụ năng lượng thấp
- Dễ dàng phát triển ứng dụng
- An toàn và bảo mật
2 ) Một số thuật ngữ dùng trong bluetooth
- Piconet là tập hơp các thiết bị được kết nối thông qua kỹ thuật bluetooth
theo mô hình Ad-hoc (xây dựng 1 mạng kết nối (chủ yếu là vô tuyến) giữa
các thiết bị đầu cuối mà không cần phải dùng các trạm thu phát gốc (BS).)
- Scatternet là 2 hay nhiều Piconet độc lập và không đồng bộ kết hợp lại
truyền thông với nhau
- Master unit: master thiết lập bộ đếm xung, quyết định số kênh truyền thông
và kiểu bước nhảy để đồng bộ tất cả các thiết bị trong cùng piconet à nó
đang quản lý

4


- Slaver unit là các thiết bị còn lại trong piconet mà không phải là master
Có 4 trạng thái chính của 1 thiết bi bluetooth trong piconet
- Inquiring device: đang phát tín hiệu tìm thiết bị
- Inquiring scanning device: nhận tín hiệu inquiring và trả lời
- Paging device: phát tín hiệu yêu cầu kết nối
- Page scanning device: nhận yêu cầu kết nối

Chế độ kết nối
- Active mode: thiết bị bluetooth tham gia vào hoạt động của mạng
- Sniff mode: là 1 chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị đang ở trong trạng
thái active, thiết bi slave nhận tín hiệu từ mạng với tần số giảm hay nói cách
khác là giảm công suất
- Hold mode: là 1 chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị đang ở trong
trạng thái active, đây là chế độ tiết kiệm năng lượng trung bình
- Park mode: là chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị vẫn còn trong mạng
nhưng không tham gia vào quá trình trao đổi dữ liệu (inactive), đây là chế độ
tiết kiệm năng lượng nhất
3)Các ứng dụng nổi bật của Bluetooth:
- Điều khiển và giao tiếp không giây giữa một điện thoại di động và tai nghe
không dây.
- Mạng không dây giữa các máy tính cá nhân trong một không gian hẹp đòi
hỏi ít băng thông.
- Giao tiếp không dây với các thiết bị vào ra của máy tính, chẳng hạn
nhưchuột, bàn phím và máy in.
- Truyền dữ liệu giữa các thiết bị dùng giao thức OBEX (dùng trao đổi các
dữ liệu vật lý như tập tin, hình ảnh và cả các dạng nhị phân).
- Thay thế các giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống giữa các thiết bị
đo, thiết bị định vị dùng GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch, và các thiết bị
điều khiển giao thông.
- Thay thế các điều khiển dùng tia hồng ngoại.
- Gửi các mẩu quảng cáo nhỏ từ các pa-nô quảng cáo tới các thiết bị dùng
Bluetooth khác.
- Điều khiển từ xa cho các thiết bị trò chơi điện tử như Wii - Máy chơi trò
chơi điện tử thế hệ 7 của Nintendo[1] vàPlayStation 3 của Sony.
- Kết nối Internet cho PC hoặc PDA bằng cách dùng điện thoại di động
thay modem.
4 ) Sơ lược về các “thế hệ” Bluetooth

5


Theo Wikipedia, thuật ngữ “Bluetooth” (có nghĩa là “răng xanh”) được đặt
theo tên của một vị vua Đan Mạch, vua Harald Bluetooth, người Viking nổi
tiếng về khả năng giúp mọi người có thể giao tiếp, thương lượng với
nhau. Bluetooth được phát triển đầu tiên bởi Ericsson (hiện nay là Sony
Ericsson và Ericsson Mobile Platforms), và sau đó được chuẩn hoá
bởi Bluetooth Special Interest Group (SIG). Chuẩn được phát hành vào ngày
20 tháng 5 năm 1999. Ngày nay được công nhận bởi hơn 1800 công ty trên
toàn thế giới. Được thành lập đầu tiên bởi Sony Ericsson, IBM, Intel,
Toshiba và Nokia, sau đó cùng có sự tham gia của nhiều công ty khác với tư
cách cộng tác hay hỗ trợ. Bluetooth có chuẩn là IEEE 802.15.1.
Bluetooth 1.0. Tháng 7/1999, phiên bản Bluetooth 1.0 đầu tiên được đưa ra
thị trường với tốc độ kết nối ban đầu là 1Mbps. Tuy nhiên, trên thực tế tốc
độ kết nối của thế hệ này chưa bao giờ đạt quá mức 700Kbps. Phiên bản này
còn khá nhiều lỗi và các nhà sản xuất đã rất khó khăn khi tích hợp nó với các
sản phẩm công nghệ.
Bluetooth 1.1. Năm 2001, phiên bản Bluetooth 1.1 ra đời, đánh dấu bước
phát triển mới của công nghệ Bluetooth trên nhiều lĩnh vực khác nhau với sự
quan tâm của nhiều nhà sản xuất mới. Cũng trong năm này, Bluetooth đươc
bình chọn là công nghệ vô tuyến tốt nhất năm.
Bluetooth 1.2. Ra mắt vào tháng 11/2003, Bluetooth 1.2 bắt đầu có nhiều
tiến bộ đáng kể. Chuẩn này hoạt động dựa trên nền băng tần 2.4 Ghz và tăng
cường kết nối thoại. Motorola RARZ là thế hệ di động đầu tiên tích hợp
Bluetooth 1.2.
Bluetooth 2.0 + ERD. Một năm sau, vào tháng 11/2004, công
nghệ Bluetooth 2.0 + ERD đã bắt đầu nâng cao tốc độ và giảm thiểu một nửa
năng lượng tiêu thụ so với trước đây. Tốc độ của chuẩn Bluetooth lên đến
2.1 Mbps với chế độ cải thiện kết nối truyền tải – ERD (enhanced data rate),

song ERD vẫn chỉ là chế độ tùy chọn, phụ thuộc vào các hãng sản xuất có
đưa vào thiết bị hay không. Năng lượng sử dụng của kết nối Bluetooth chỉ
còn tiêu hao một nửa so với trước. Các thiết bị tiêu biểu ứng dụng Bluetooth
2.0 + ERD là: Apple iPhone, HTC Touch Pro và T-Mobile’s Android G1.
Bluetooth 2.1 + ERD. Đây chính là thế hệ nâng cấp của Bluetooth 2.0.
Bluetooth 2.1 có hiệu năng cao hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Chuẩn
này chủ yếu đã được sử dụng trong trong điện thoại, máy tính và các thiết bị
6


di động khác. Tuy nhiên, Bluetooth 2.1 không cho phép truyền các file lớn
với tốc độ cao. Do đó, nếu người dùng muốn chuyển các file dung lượng lớn
đến 1-2GB từ máy tính sang điện thoại thì chỉ có thể kết nối hai thiết bị này
bằng dây cắm USB hoặc bằng thẻ nhớ .
Bluetooth 3.0 + HS: Tháng 4/2009, Bluetooth 3.0 - thế hệ "siêu tốc" chính
thức ra mắt. Bluetooth 3.0 có tốc độ truyền dữ liệu đạt mức 24Mbps – bằng
sóng Bluetooth – High Speed, tương đương chuẩn Wi-Fi thế hệ đầu tiên.
Chuẩn này giúp các thiết bị tương tác tốt hơn, tăng cường năng lực kết nối
giữa các cá nhân với nhau và tiết kiệm pin nhờ chức năng điều khiển năng
lượng nâng cao. Đặc biệt, nó có thể dò tự động các thiết bị gần kề và chuyển
trực tiếp sang mạng Wi-Fi nếu các thiết bị đó có kết nối Wi-Fi. Tuy nhiên,
phạm vi hiệu quả nhất chỉ trong vòng 10m.
Bluetooth 4.0: Đây là phiên bản mới nhất của Bluetooth vừa được tổ chức
SIG thông qua. Bluetooth 4.0 có nhiều đặc điểm chung với chuẩn 3.0, nhưng
ngoài khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao lên tới 25 Mb/giây, Bluetooth 4.0
còn bổ sung thêm khả năng truyền dữ liệu dung lượng nhỏ trong phạm vi
ngắn (8-27 byte tốc độ 1Mbps) với mức tiêu thụ điện năng rất thấp giúp tiết
kiệm năng lượng so với chuẩn cũ.
Bluetooth 4.0 nhiều khả năng sẽ dành cho các ứng dụng trong lĩnh vực y
tế, chăm sóc sức khỏe và an ninh, chẳng hạn như đồng hồ đeo tay theo dõi

sức khỏe, hoặc trang bị cho các bộ cảm biến nhiệt độ, nhịp tim, thể thao, và
các thiết bị sử dụng tại gia. Tổ chức Continua Health Alliance đã đồng ý
chọn lựa Bluetooth 4.0 làm công nghệ truyền dữ liệu cho những thiết bị y tế
di động tương lai. Dự kiến các thiết bị sử dụng chuẩn bluetooth 4.0 sẽ ra mắt
trong quý IV năm nay.
Tuy nhiên, cũng có nghiên cứu cho rằng, quá lạm dụng thiết bị Bluetooth
sẽ gây ảnh hưởng không tốt tới sức khoẻ do sóng radio gây ra.

PHẦN 2 :BLUETOOTH LOW ENERGY (BLE)
1 ) Giới thiệu về BLE
Trước đây, một trong những lý do khiến người ta ngại bật bluetooth là vì nó
đốt pin khá nhiều, lại gây nóng máy nếu hoạt động liên tục. Tuy nhiên,
Bluetooth 4.0 đã khắc phục được nhược điểm này. Một trong những cải
thiện vượt trội nhất của BLE là gần như máy không bị tiêu hao pin dù bạn
có bật thường trực.
7


Ngày 30/6/2010 Bluetooth SIG đã đưa ra Bluetooth phiên bản 4.0 là sự kết
hợp của 3 giao thức nhỏ là “classic Bluetooth” (Bluetooth 2.1 và 3.0),
“Bluetooth high speed” (Bluetooth 3.0 +HS) và “Bluetooth low energy –
Bluetooth năng lượng thấp” (Bluetooth Smart Ready/Bluetooth Smart).

“Bluetooth low energy” là một phần của Bluetooth 4.0 với một giao thức
hoàn toàn mới để những kết nối đơn giản được thực hiện nhanh chóng. Nó là
một sự chuyển đổi những giao thức tiêu chuẩn của Bluetooth 1.0 vào 4.0
nhằm phục vụ cho những ứng dụng năng lượng cực thấp. Điều này cho phép
giảm đáng kể điện năng tiêu thụ, qua đó kéo dài thời lượng pin các thiết bị di
động, một vấn đề đang rất được quan tâm hiện nay.
2) Thông số kỹ thuật của BLE

-Truyền dữ liệu - công nghệ Bluetooth năng lượng thấp cung cấp các gói dữ
liệu rất ngắn (8 byte tối thiểu lên đến 27 byte tối đa) với tốc độ 1 Mbit/s. Tất
cả các kết nối tiên tiến sử dụng đánh giá sniff-sub để đạt được chu kỳ nhiệm
vụ cực kỳ thấp.
-Công nghệ bluetooth 4.0 cũng sử dụng dãy tần 2,4 GHz như công nghệ
bluetooth cũ, Thừa hưởng những ưu thế về tốc độ truyền dữ liệu và khoảng
cách giao tiếp giữa hai thiết bị lên tới 90m, tốc độ bit là 1 Mbit/s và công
suất phát tối đa là 10 mW
-Công nghệ Bluetooth năng lượng thấp sử dụng một CRC 24 bit mạnh mẽ
trên tất cả các gói đảm bảo sự chống nhiễu tối đa

8


-Bảo mật an ninh - mã hóa AES-128 Full sử dụng CCM để cung cấp mã hóa
và xác thực của các gói dữ liệu.
-Cấu trúc liên kết - công nghệ Bluetooth năng lượng thấp sử dụng một địa
chỉ truy cập 32 bit trên mỗi gói cho mỗi thiết bị, cho phép hàng tỷ thiết bị
được kết nối. Công nghệ này được tối ưu hóa cho một-một kết nối trong khi
cho phép một-nhiều kết nối sử dụng cấu trúc liên kết hình sao. Với việc sử
dụng các kết nối nhanh chóng và ngắt kết nối, dữ liệu có thể di chuyển trong
một vùng mạng lưới một cách đơn giản và dễ dàng
Về vấn đề tương tác
-Bluetooth smart chỉ hoạt động ở chế độ đơn tần ( single radio) hướng đến
khả năng phát tín hiệu cho các thiết bị trong lĩnh vực y tế ( đo nhịp tim…)
thông qua một cảm biến tích hợp, các thông tin thu được chỉ có thể được gửi
qua thiết bị có Bluetooth Smart Ready. Các thiết bị Bluetooth smart sẽ
không có tốc độ cao như 3.0 nhưng bù lại chúng tiêu thụ năng lượng rất
thấp, pin của chúng thậm chí chỉ hoạt đông trong vài năm.
-Trong khi đó, phiên bản Bluetooth smart ready hoạt động ở hai dãy tín hiệu

(dual radio) lại hội đủ các điều kiện trên và hoàn toàn tương thích ngược với
3.0.Thiết bị Bluetooth Smatr Ready có thể vừa kết nối với các thiết bị
Bluetooth thông thường vừa có khả năng nhận dữ liệu truyền tải từ các thiết
bị Bluetooth smart.Các thiết bị chuẩn Bluetooth smart ready gồm điện thoại,
máy tính bảng, tivi và PC và đã được triển khai trên iphone 4s, Mac Mini,
Macbook Air.
-Mỗi chuẩn thiết bị khác nhau đều có sự tương thích khác nhau. Với thiết bị
gắn nhãn Bluetooth Smart Ready nó có thể dùng cho các thiết bị thuộc nhãn
Bluetooth Smart Ready,Bluetooth smart và Bluetooth.Trong khi đó
Bluetooth chỉ tương thích với Bluetooth, Bluetooth Smart ready và nhãn
Bluetooth Smart chỉ có thể tương thích với Bluetooth Smart Ready mà thôi.
-Để hiểu rõ hơn về khả năng tương thích giữa các thiết bị Bluetooth 4.0, có
thể tham khảo thêm bảng dưới đây:

9


3 ) Ứng dụng của BLE
Nhờ những cải tiến tuyệt vời đó, Bluetooth 4.0 được sử dụng một cách
rộng rãi trên nhiều thiết bị công nghệ khác nhau, từ smartphone cho tới vòng
đeo tay theo dõi sức khỏe...Và trong tương lai, Bluetooth LE hứa hẹn sẽ là
chìa khóa để mở ra cánh cửa đón chúng ta vào "ngôi nhà thông minh" và
Internet Of Things
Ngoài ra Bluetooth 4.0 còn tương thích với công nghệ giao tiếp phạm vi
gần (NFC – Near Field Communication) phục vụ nhu cầu thanh toán điện tử
mới trong tương lai
Đặc điểm chung của các sản phẩm sử dụng BLE là khả năng kết nối liên
tục và trực tiếp với Smartphone mà không tiêu tốn nhiều năng lượng của cả
thiết bị lẫn điện thoại.
Khắc phục được vấn đề về năng lượng và khoảng cách, BLE được đánh

giá sẽ là phương thức kết nối của tương lai
Dưới đây là một vài ứng dụng của Bluetooth 4.0 trên những sản phẩm mà
chúng ta sử dụng tới hàng ngày.
Nhà thông minh (Smart Home)
Ứng dụng BLE để điều khiển máy lạnh, TV, đèn, máy giặt… nói chung là
mọi thiết bị trong ngôi nhà của bạn. Biến chiếc mobile của bạn thành chiếc
remote đa năng, điều khiển đủ mọi thứ trong nhà
10


IBeacon
Công nghệ iBeacon được phát triển dựa trên BLE. Một trong những ứng
dụng của iBeacon, giả sử bạn đang đi dạo trong một trung tâm mua sắm, mỗi
gian hàng sẽ có một thiết bị iBeacon để giao tiếp với điện thoại của bạn để
biết bạn đến mỗi gian hàng bao lâu, xem món hàng nào nhiều, có gian hàng
nào ghé hơn 2 lần trong cùng lúc ấy. Dựa trên những hành vi ấy để xét đoán
mức độ quan tâm của bạn để đưa ra những ưu đãi đặc biệt để tác động đến
hành động của hàng của bạn.
Quản lý trẻ nhỏ, thú cưng, chống quên vật dụng cá nhân
Nếu bạn đi siêu thị và dắt theo con nhỏ hoặc dẫn thú cưng đi dạo chơi
công viên mà sợ bị lạc các tình yêu này thì có thể sắm thêm một thiết bị tròn
tròn nho nhỏ có đường kính tầm 2 đến 3cm gắn vào các bạn ấy rồi cứ thoải
mái cho các bạn ấy tung tăng, hễ cứ xa bạn 10m (hoặc 1m, 5m, hoặc xa hơn,
tùy chúng ta tùy chỉnh) là sẽ có một báo động dưới dạng âm thanh hoặc rung
(hoặc cả hai) để bạn nhận diện
Bạn cũng có thế dùng theo cách thức tương tự cho các vật dụng cá nhân
như ví, chìa khóa… theo hình thức pair (kết nối hai thiết bị lại, còn gọi là kết
nối theo cặp) với ĐTDĐ của bạn. Giả sử bạn để quên ví hay chìa khóa ở
quán café mà đã đi ra ngoài thì điện thoại của bạn sẽ hú inh ỏi lên hoặc quên
điện thoại mà tay thì tung tăng cầm chìa khóa thì xâu chìa khóa của bạn sẽ

rung lên báo hiệu là bạn để quên gì đó.

11


PHẦN 3 :CHI TIẾT VỀ CC2540 VÀ HM-10
1 ) Giới thiệu chip CC2540
- Bluetooth low energy (BLE) sử dụng chip CC2540 của Texas Instruments
(TI), hiệu quả về chi phí, tiêu tốn rất ít năng lượng, có thể hoạt động trong
vòng một năm chỉ với một viên pin cúc áo. dễ dàng lắp đặt do chip CC2540
có kích thước vật lý chỉ khoảng 6mm2, được nhúng bộ nhớ Flash bên trong,
chip Bluetooth này có thể dễ dàng cập nhật khi cần

- CC2540 là sự kết hợp giữa một bộ thu phát RF và một MCU 8051, sử dụng
hệ thống lập trình với bộ nhớ flash, 8 KB RAM với rất nhiều tính năng hỗ
trợ thiết bị ngoại vi khác, thời gian chuyển đổi ngắn giữa các chế độ hoạt
động cho phép tiêu thụ điện năng thấp
- CC2540 có hai phiên bản khác nhau: CC2540F128 / F256, với 128 và 256
KB bộ nhớ flash, tương ứng.
- Các chế độ hoạt động :
+ Chế độ RX: 19.6 mA
+ Chế độ TX: 24 mA
+ Chế độ hoạt động 1 (3us - khởi động): 235 uA
+Chế độ hoạt động 2 (Sleep timer on– định thời gian nghỉ): 0.9uA
+Chế độ hoạt động 3 (External interrupts – ngắt ngoài): 0.4 uA
Nguồn điện: 2V – 3.6V
Độ nhạy : -93 dBm
Nhiệt độ hoạt động: -40 - 85◦C
- Lõi MCU hiệu suất cao và công suất thấp 8051.
8051 lõi CPU là một MCU 8 bit đơn chip mạnh cho ta một giải pháp có hiệu

quả về chi phí. Nó có ba bus truy cập bộ nhớ khác nhau (SFR, DATAvà
CODE/XDATA), một giao diện gỡ lỗi, và 18-đầu vào ngắt mở rộng.
- Thiết bị ngoại vi :
+ 12-Bit ADC với Tám kênh .
+4 timers gồm một timer 16-bit ,1 timer 40-bit và hai timer 8-Bit .
+ Có 21 chân I / O trong đó 19 I/O dòng 4 mA và 2 I/O dòng 20 mA.
12


+ Hai USARTs hỗ trợ giao thức nối tiếp .
+ Full-Speed giao diện USB
-Mỗi CC2540 chứa 48-bit địa chỉ IEEE duy nhất có thể được sử dụng như
địa chỉ cố định cho một thiết bị Bluetooth. Người lập trình có thể tự do sử
dụng địa chỉ này.
- Các bộ dao động trong chế độ sleep là một bộ đếm thời gian năng lượng
cực thấp có thể sử dụng một dao động 32,768 kHz tinh thể bên ngoài hoặc
sử dụng bộ dao động RC nội 32,753 kHz. Các bộ dao động này chạy liên tục
trong tất cả các chế độ hoạt động ngoại trừ chế độ power mode 3. Ứng dụng
điển hình của bộ đếm thời gian này như một thời gian truy cập hoặc là một
bộ đếm thời gian đánh thức để chip có thể thoát khỏi chế độ power mode 1
hoặc 2.
- Timer 1 là một bộ đếm thời gian 16-bit với chức năng hẹn giờ / truy cập /
PWM. Nó có một prescaler lập trình một khoảng thời gian 16-bit giá trị và
năm kênh truy cập có thể lập trình riêng rẽ.
- Timer 2 là một bộ đếm thời gian 40-bit sử dụng năng lượng thấp
Bluetooth stack. Nó có 16-bit truy cập với một bộ đếm thời gian cấu hình
thời gian và 24-bit tràn truy cập có thể được sử dụng để theo dõi số lượng
thời gian có transpired hoặc ngắt nói chung.
- Timer 3 và 4 là timer 8-bit với chức năng hẹn giờ / truy cập / PWM. Nó có
một prescaler lập trình một giá trị thời gian 8-bit, và một kênh truy cập lập

trình với 8-bit so sánh giá trị.
- Ứng dụng:
+Hệ thống bluetooth năng lượng thấp 2,4 GHz
+Phụ kiện điện thoại di động
+Thiết bị thể thao và giải trí
+Điện tử gia dụng
+Thiết bị giao diện con người (bàn phím, chuột, điều khiển từ xa…)
+Chăm sóc sức khỏe và y tế
2 )Giới thiệu về module HM-10 của chip
HM-10 là một board phát triển của chip CC2540 cho công nghệ Bluetooth
low energy với firmware đã được nạp sẵn lên chip . HM-10 sử dụng giao
diện truyền nhận nối tiếp để khởi động các mode và giao tiếp .

13


Đặc điểm kỹ thuật
Loại module
Chức năng
Tần số hoạt động
Khối lượng
Kích thước
Phiên bản
Nguồn cung cấp
Nhiệt độ hoạt động
Bảo vệ

Không dây
Bluetooth SPP (Master & Slave)
2.4 GHz

8g
26.9mm x 13mm x 2.2 mm
1.0
3.3Vdc
-5 -> 65◦C
Xác thực và mã hóa

3 ) Sơ đồ cấu hình chân ra của HM-10

14


15


4 ) Chức năng các chân của HM-10
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34

Tên
UART_TX
UART_RX
UART_CTS
UART_RTS
NC
NC
NC

NC
NC
NC
RESETB
VCC
GND
GND
USB_DNC
NC
NC
NC
USB_D+
GND
GND
PIO0
PIO1
PIO2
PIO3
PIO4
PIO5
PIO6
PIO7
PIO8
PIO9
PIO10
PIO11

16

Chức năng

Giao diện UART
Giao diện UART
Giao diện UART
Giao diện UART
NC
NC
NC
NC
NC
NC
3.3V
Ground
Ground
Giao tiếp USB
NC
NC
NC
NC
Giao tiếp USB
Ground
Ground
Hệ thống nút điều khiển
Hệ thống LED
Lập trình input/output
Lập trình input/output
Lập trình input/output
Lập trình input/output
Lập trình input/output
Lập trình input/output
Lập trình input/output

Lập trình input/output
Lập trình input/output
Lập trình input/output


5 ) Kích thước HM-10

17


6 ) Sơ đồ mạch HM-10

7) Cấu trúc tập lệnh của HM-10
*System LED and System KEY : trong HM-10 chân PIO0 được cấu hình là
ngõ vào của switch và chân PIO1 là ngõ ra cho LED.
- System KEY : Khi không nhấn switch chân này ở mức cao (3,3 V) ,khi
nhấn switch sẽ chuyển xuống mức thấp (0 V) .
+Ở chế độ master
Khi chưa kết nối: nhấn switch sẽ xóa thông tin địa chỉ thiết bị từ xa kết
nối cuối cùng .
Khi đã kết nối : nhấn switch sẽ ngắt kết nối.
+ Ở chế độ slave
18


AT+PIO10 nhấn switch không có tác dụng.
Khi đã kết nối : nhấn switch sẽ ngắt kết nối.
- System LED :
+ Nếu lệnh AT+PIO10 được thiết lập
Khi chưa kết nối:ngõ ra sẽ là xung vuông 500ms mức thấp và 500ms mức

cao.
Khi đã kết nối : ngõ ra ở mức cao.
+ Nếu lệnh AT+PIO11 được thiết lập
Khi chưa kết nối : ngõ ra ở mức thấp.
Khi đã kết nối : ngõ ra ở mức cao.
* Các tập lệnh AT
- AT : xác định trạng thái ( trả về OK).
- Truy vấn / Thiết lập tốc độ baud
AT+BAUD? : hỏi tốc độ baud ( trả về OK+Get:[tốc độ baud] )
AT+BAUD[para1] : thiết lập tốc độ baud
Para1: Baud rate No.
0---------9600
1---------19200
2---------38400
3---------57600
4---------115200
Mặc định: 0(9600)
19


- Truy vấn / Thiết lập bit chẵn lẻ
AT+PARI? : truy vấn bit chẵn lẻ
AT+PARI[para1] : thiết lập bit chẵn lẻ ( trả về OK+Set:[para1] )
Para1: 0,1,2
0:None
1:EVEN
2:ODD
Mặc định: 0 (None)
- Truy vấn / Thiết lập Stop bit
AT+STOP? : truy vấn stop bit ( trả về OK+Get:[para1] )

AT+STOP[para1] : thiết lâp chế độ stop bit ( trả về OK+Set:[para1] )
Para1:0, 1
0: One stop bit
1: Two stop bit
Mặc định: 0 (One stop bit)
- Truy vấn / Đặt Chế độ module làm việc
AT+MODE? : hỏi về mode hoạt động ( trả về OK+Get:[para1] )
AT+MODE[para1] : thiết lập mode hoạt động ( trả về OK+Set:[para1] )
Para1: 0, 1, 2
0: Transmission Mode
1: Remote Control Mode
2: 0 Mode + 1 Mode
Mặc định: 0
20


- Truy vấn / Set chế độ PIO1 output (System LED)
AT+PIO1? : hỏi chế độ PIO1 (trả về OK+Get:[para1] )
AT+ PIO1 [para1] ; thiết lập chế độ PIO1 ( trả về OK+Set:[para1] )
Para1: 0, 1
0:Unconnected Output
500ms High 500ms Low,
Connected output High.
1:Unconnected output
Low, Connected output
High.
Mặc định: 0
- Reset module
AT+RESET : khởi động lại module ( trả về OK+RESET )
- Truy vấn / Thiết lập chế độ Master hay slave

AT+ROLE? : Hỏi chế độ đang hoạt động ( trả về OK+ROLE:[para1] )
AT+ROLE[para1] : thiết lập chế độ hoạt động ( trả về OK+Set:[para1] )
Para1: M, S
M: Master
S: Slaver
Mặc định: S
- Truy vấn / Thiết lập mã pin
AT+PASS? : hỏi mã pin ( trả về OK+PASS:[para1] )
AT+PIN[para1] : thiết lập mã pin ( trả về OK+Set:[para1] 0
21


Para1 is Pin Code,
000000~999999
Mặc định: 000000
- Xóa địa chỉ thiết bị kết nối cuối
AT+CLEAR : trả về OK+CLEAR lệnh này chỉ sử dụng khi module đang
ở chế độ master
- Truy vấn / Thiết lập chế độ module Bond
AT+TYPE? : hỏi chế độ ( trả về OK+Get:[para1] )
AT+TYPE[para1] :thiết lập chế độ cho Bond ( trả về OK+Set:[para1])
Para1: 0~1
0:Not need PIN Code
1:Need PIN Code
Mặc định: 0
- Truy vấn / Thiết lập chế độ công suất phát song
AT+POWE? : hỏi chế độ phát sóng ( trả về OK+Get:[para1] )
AT+ POWE [para1] : thiết lập chế độ công suất phát ( trả về OK+Set:
[para1] )
Para: 0 ~ 3

0:

-23dbm

1:

-6dbm

2:

0dbm

3: 6dbm
Mặc định: 2

22


8)Thiết kế PCB cho HM-10 ( sử dụng phần mềm Altium designer )
- Mạch nguyên lý :

- PCB layout :

23


- Mạch in :

24

PHẦN 4: MÔ PHỎNG KẾT NỐI VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU
GIỮA HAI MODULE HM-10
( Truyền tín hiệu nhiệt độ qua BLUETOOTH hiển thị lên LCD )
1)Khối vi điều khiển
Vi điều khiển sử dụng là MSP430G2553 trên kit MSP430 LaunchPad
-Trong ứng dụng này ta sẽ sử dụng 2 kit MSP430 LaunchPad 1 kit cho phần
phát và 1 kit cho phần thu
+Kit ở phần phát có nhiệm vụ đọc cảm biến nhiệt độ bên trong chip
MSP430G2553 và đẩy lên UART để phát đi thông qua HM-10.
+ Kit ở phần thu nhận dữ liệu nhiệt độ thu được từ HM-10 qua UART và
hiển thị giá trị đó lên LCD .
*Giới thiệu về MSP430
MSP430 là dòng vi điều khiển của Texas Instrument chứa 16 bit RISC
CPU, các ngoại vi và hệ thống bộ định thời linh hoạt được kết nối với nhau
theo cấu trúc VON-NEUMANN, có các Bus liên kết như: Bus địa chỉ bộ
nhớ ( MAB), Bus dữ liệu bộ nhớ ( MDB). Đây là một bộ xử lý hiện đại với
các mô đun bộ nhớ tương tự và nhúng kết nối ngoại vi tín hiệu số, MSP430
đã đưa ra được những giải pháp tốt cho những nhu cầu ứng dụng với tín hiệu
hỗn tạp.
MSP430G2553:

- Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin
+ Duy trì 0.1µA dòng nuôi RAM.

25