潘天德+柳延東+吳繼軍

摘要：本系統(tǒng)采用基于BLE4.0技術的CC2540芯片，設計了一種基于該技術的電子臺簽方案。方案給出了無線通信模塊，點陣顯示模塊的硬件架構，并根據該架構設計了相應的外圍電路，濾波電路以及巴倫匹配電路。實驗表明，該方案穩(wěn)定性、可靠性較強，能夠保證數據傳輸的正確性及內容顯示的穩(wěn)定性，驗證了設計方案的可行性。

關鍵詞：BLE4.0；點陣；CC2540；電子臺簽

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）04-0227-02

近些年來，隨著科技的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的電子臺簽設計也日新月異，由紙質化向電子、網絡化發(fā)展的趨勢。目前采用新科技設計的電子臺簽主要使用wifi網絡版，紅外遙控版，串口傳輸或者USB口傳輸版等，紙質臺簽正逐步退出歷史的舞臺。

上述提到的電子臺簽設計，在實際應用環(huán)境中，總是有或多或少的局限性。為了使電子臺簽有更好的用戶體驗，更廣闊的應用場景，筆者對電子臺簽提出了一種全新的設計方案——基于CC2540片上系統(tǒng)的電子臺簽設計。

基于CC2540片上系統(tǒng)的電子臺簽設計，是根據當前我國推行的節(jié)能前排，無紙化辦公中應運而生的產物。它可以實現桌面臺簽的電子化，摒棄以往用紙打印臺簽的方式，節(jié)約了資源，實現循環(huán)使用，符合當前經濟的發(fā)展需求，具有較高的實用意義，經濟效益，市場前景可觀。

1 CC2540概述

CC2540是TI公司推出的最新一代兼容藍牙4.0技術，支持BLE協(xié)議的SOC芯片，其內部集成了經典的單片機內核8051，2.4GHZ高性能射頻收發(fā)器，256KB Flash存儲器以及8KB RAM 。其片內資源主要包括：1個16位通用定時器及2個8位通用定時器，2個通用異步收發(fā)器，1個32KHZ休眠定時器，1個有效位為12的ADC模/數轉換，21個IO口；具有5種工作模式，集成AES-128安全協(xié)做處理器、高性能比較器、精確的數據接收信號強度檢測（RSSI）、功能強大的5通道直接內存訪問（DMA）；在外部中斷模式和發(fā)送模式下，電流耗損分別為0.4mA和24mA。CC2540與TI的低功耗BLE協(xié)議棧相結合，已成為市場上普遍的選擇，據此提出的產品設計方案，也是多種多樣，應用前景極為廣闊。

2 系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)采用模塊化設計思想進行設計，各模塊集成在一起實現不同的功能，具體包含三個模塊：主控模塊，無線通訊模塊，顯示模塊。主控模塊采用C8051內核控制實現，通過對其編程實現對無線通訊模塊，顯示模塊的調用、控制具體功能；無線通訊模塊采用CC2540片上系統(tǒng)實現，CC2540片上系統(tǒng)集成的低功耗藍牙技術（BLE4.0）是本設計實現Led點陣顯示數據實時更新的關鍵。通過對CC2540芯片連接相應的外圍電路，實現無線通訊功能，具體的電路包括：時序電路、電源電路、天線、通訊接口等；顯示模塊采用點陣實現內容顯示功能，考慮到電子臺簽的應用場景一般是會議室，因此顯示屏的選擇不能像LCD1602、LCD12864那么小，也不能選24*24的大尺寸點陣，綜合考慮本設計方案最終選用16*24的點陣作為內容的終端顯示。

3硬件電路設計

本系統(tǒng)采用模塊化設計，但并非真正意義上的把各模塊獨立開來，單獨設計電路，而是選擇了集成了8051內核結構和指令系統(tǒng)的CC2540芯片進行片上系統(tǒng)電路設計。

系統(tǒng)核心電路由CC2540 芯片構建，由于CC2540集成了8051內核、指令系統(tǒng)以及藍牙通訊模塊，因此極大地簡化了電路設計的復雜度，省去了MCU與無線收發(fā)芯片之間的電路接口設計，縮短了研發(fā)周期，同時系統(tǒng)可靠性也能夠進一步增強，電路原理圖如圖1所示。為了提高電路的穩(wěn)定性，減少電流毛刺對天線電路的影響，本系統(tǒng)的電源濾波電路采用TI公司提供的濾波電路進行設計，選擇高性能的去耦電容進行濾波，從而提高了抗干擾能力，CC2540的I/O口也能夠得到充分的利用，片上系統(tǒng)的外擴能力進一步提高。CC2540工作時涉及兩個時序電路，一個由32MHZ的晶振提供時鐘頻率用于無線收發(fā)功能；另一個由32.768MHZ的晶振為系統(tǒng)休眠時提供時鐘頻率。晶振的負載電容分別采用經典值12pF，15pF。天線電路的設計關乎無線通信功能的成敗，因此選擇巴倫匹配電路設計，如圖1中所示。同時，為了提高發(fā)射、接收性能，選擇全尺寸的倒F（IFA）天線設計。終端顯示電路，采用16*24的點陣連接設計，選用74HC138和74HC959作為行、列驅動芯片。

圖1 系統(tǒng)電路原理圖

4軟件設計

4.1無線通訊部分的實現

無線通訊部分的設計，是本系統(tǒng)實現內容無線傳輸的關鍵，它主要由CC2540配合外圍電路設計實現無線通信，即藍牙4.0技術通信。我們可以通過藍牙設備與CC2540組成的片上系統(tǒng)建立鏈接通信，最終實現電子臺簽顯示的內容實時隨意更新。

本系統(tǒng)的無線通信電路部分默認工作于從機模式，對外廣播數據，等待主機設備連接。若模塊和遠端設備（本系統(tǒng)選用移動電話作為遠端設備）連接上，用戶可設置移動設備上的藍牙鏈接與CC2540片上系統(tǒng)建立數據鏈路，將要顯示的內容傳輸到片上系統(tǒng)上，系統(tǒng)再通過調用16*24的點陣顯示出來。如果模塊不處于連接狀態(tài)，用戶發(fā)送的數據將被丟棄。實現該模塊功能的部分程序代碼如下所示：

[連接相關指令AT+ISCON —— 查詢當前模塊是否處于連接狀態(tài)：＼&指令＼&應答＼&參數＼&AT+ ISCON＼&OK+ ISCON：para＼&Para：Y，N

Y：處于連接狀態(tài)

N：處于非連接狀態(tài)＼&AT+DISCON ——斷開連接：＼&指令＼&應答＼&參數＼&查詢：AT+DISCON＼&OK+DISCON＼&無＼&AT+CLEAR ——清除模塊配對信息：＼&指令＼&應答＼&參數＼&AT+CLEAR ＼&OK+CLEAR ＼&無（清除成功連接過的設備地址信息＼&AT+RADD ——查詢成功連接過的遠程主機地址：＼&指令＼&應答＼&參數＼&AT+RADD＼&OK+RADD：para＼&Para：藍牙設備MAC地址＼&AT+SAVE？ ——查詢/設置模塊成功連接后是否保存連接地址：＼&指令＼&應答＼&參數＼&查詢：AT+SAVE？＼&OK+GET：para＼&Para：Y，N

Y：保存

N：不保存

默認para=Y＼&設置：AT+SAVE[para]＼&OK+SET：para＼&]

在程序中輸入上述相關指令即可實現對應的功能，需要注意的是，如果用戶希望電子臺簽每次上電的時候，顯示的不是上次鏈接輸入的信息，在程序設計實現時需先執(zhí)行AT+CLEAR清除掉上次的地址，然后執(zhí)行AT+SAVE[N]。這樣電子臺簽上電視都會廣播數據，搜索要鏈接的設備。

4.2顯示部分的實現

從硬件設計部分我們可以看到，只需在CC2540外加點陣驅動線路然后鏈接16*24點陣顯示屏即可實現內容顯示。因為CC2540上集成了8051MCU的內核，因此不需要再額外增加單片機8051線路或者其他控制芯片的線路，只需按實際要求鏈接好外圍芯片鏈路，然后直接編程驅動即可。這樣的系統(tǒng)設計不但成本得到很好的控制，功耗也大大降低，有助于本設計的市場推廣。

本部分的實現由CC2540芯片控制，系統(tǒng)上電后，程序先檢查是否有新的數據傳輸過來，如果有，則清除原緩存內容，接收新的內容，然后調用點陣顯示；如果沒有新的數據進入，則顯示原來存儲的內容。其主要程序流程如圖2所示：

5結束語

本文針對CC2540片上系統(tǒng)提出了桌面臺簽電子化的實施方案，并對這一方案涉及的點陣顯示技術、短距離無線通技術（BLE4.0）、單片機控制技術進行了實驗研究，據此實現了主、從設備之間的藍牙無線通信和點陣內容顯示，并進行了實驗驗證。實驗數據表明，該方案的軟、硬件設計是有效的，主從設備之間的信號傳輸穩(wěn)定，點陣顯示沒有閃屏、跳屏等現象，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，達到了預期的設計要求。

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