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tags: [source-summary]
type: source
source: "尚硅谷嵌入式技术之STM32单片机（高级篇）V2.0.1 — BLE章节 + 配套代码12"
author: "尚硅谷研究院"
date: 2026-07-16
created: 2026-07-15
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# BLE低功耗蓝牙

> **用生活理解**：BLE 就像一台"静音待机"的对讲机——平时完全关闭喇叭省电（休眠），每隔几秒悄悄喊一声"我在这呢"（广播）。当有人听到广播后说"跟我连个线吧"（连接请求），通信就建立起来了。连上之后也不是一直说，而是每隔 30ms 说一句（连接间隔），不说话时极低功耗。

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## BLE vs 经典蓝牙

| 特性     | 经典蓝牙 (BR/EDR)     | BLE (Bluetooth Low Energy)                  |
| -------- | --------------------- | ------------------------------------------- |
| 功耗     | ~1W（持续发送）       | **~0.01W**（广播时 5~10mA，休眠时 μA 级）   |
| 峰值速率 | 1~3 Mbps              | 125Kbps~2Mbps                               |
| 连接延迟 | ~100ms                | **~3ms**                                    |
| 数据包   | 长包（可达 339 字节） | 短包（最大 251 字节 ATT MTU）               |
| 信道     | 79 个 1MHz 信道       | **40 个 2MHz 信道**（3 个广播 + 37 个数据） |
| 语音     | 支持（SCO 链路）      | 不支持（需通过协议栈上层实现）              |
| 主要应用 | 音频流、文件传输      | **IoT、传感器、可穿戴设备**                 |

> BLE 和经典蓝牙工作在相同 2.4GHz ISM 频段，但调制方式和信道划分不同，互不兼容。

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## BLE 协议栈架构

```
Application（应用层）
    ↓
GAP (Generic Access Profile) — 广播、扫描、连接、角色
GATT (Generic Attribute Profile) — 数据读写、服务/特征值结构
    ↓
ATT (Attribute Protocol) — 属性读/写/通知/指示
L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol) — 数据分包/重组
    ↓
HCI (Host Controller Interface) — 主机与控制器通信接口
    ↓
Link Layer (链路层) — 广播/数据信道管理、加密
Physical Layer (物理层) — 2.4GHz GFSK 调制
```

### GAP 角色模型

| GAP 角色        | 行为               | 典型设备       |
| --------------- | ------------------ | -------------- |
| **Broadcaster** | 只发广播（不能连） | 信标（Beacon） |
| **Observer**    | 只扫描广播（不连） | 扫描仪         |
| **Peripheral**  | 广播 + 接受连接    | 传感器节点     |
| **Central**     | 扫描 + 发起连接    | 手机、网关     |

**典型连接流程**：

```
Peripheral 广播 → Central 扫描到 → Central 发起连接请求
→ 连接建立 → 双方按连接间隔周期性交互数据 → 一方断开
```

### GATT 数据架构

BLE 的数据按以下层级组织：

```
Service (服务)         如 "心率服务" UUID: 0x180D
├── Characteristic     如 "心率测量" UUID: 0x2A37
│   ├── Properties       read / write / notify / indicate
│   ├── Value            实际数据（心率值）
│   └── Descriptor       配置描述（如 CCCD 使能 notify）
└── Characteristic
    ├── ...
```

**UUID（唯一标识符）**：

- 16 位标准 UUID：由 Bluetooth SIG 定义（0x180D = 心率服务）
- 128 位自定义 UUID：用户自定义服务/特征

**GATT 角色**：

- **GATT Server**：提供数据（如传感器）
- **GATT Client**：读写数据（如手机 App）

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## 实验：STM32 + BLE 模块通信

**项目路径**：`stm32/12_ble_server_hal`

ESP32-C3 同时支持 WiFi 和 BLE。BLE 实验使用 ESP32-C3 的 BLE 功能作为 GATT Server（从机），通过串口 AT 指令控制。`ble.c` 中包含了完整的 BLE 初始化流程和 SPP 透传模式切换。

### 软件设计

**文件：`stm32/12_ble_server_hal/Core/Src/main.c`**

```c
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

#include "ble.h"

uint8_t rxBuff[1024];
uint16_t rxLen;

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  printf("尚硅谷BLE实验...\n");

  BLE_Init();

  while (1)
  {
    BLE_ReadData(rxBuff, &rxLen);

    if (rxLen > 0)
    {
      printf("收到数据：数据长度 = %d, 内容 = %.*s\n", rxLen, rxLen, rxBuff);

      BLE_SendData(rxBuff, rxLen);
      rxLen = 0;
    }
  }
}
```

**文件：`stm32/12_ble_server_hal/App/BLE/ble.h`**

```c
#ifndef __BLE_H
#define __BLE_H

#include "esp32.h"

void BLE_Init(void);
void BLE_SendData(uint8_t txBuff[], uint16_t txLen);
void BLE_ReadData(uint8_t rxBuff[], uint16_t *rxLen);

#endif
```

**文件：`stm32/12_ble_server_hal/App/BLE/ble.c`**（包含完整的 BLE AT 指令序列和 SPP 透传处理）：

```c
#include "ble.h"

void BLE_Init(void)
{
    ESP32_Init();

    // 1. 设置蓝牙角色为 Peripheral（服务器）
    printf("设置蓝牙角色为服务器...\n");
    uint8_t *cmd = "AT+BLEINIT=2\r\n";
    ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));

    // 2. 创建 GATT 服务
    printf("创建GATT服务...\n");
    cmd = "AT+BLEGATTSSRVCRE\r\n";
    ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));

    // 3. 启动 GATT 服务
    printf("启动GATT服务...\n");
    cmd = "AT+BLEGATTSSRVSTART\r\n";
    ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));

    // 4. 获取本机 MAC 地址
    printf("获取本机MAC地址...\n");
    cmd = "AT+BLEADDR?\r\n";
    ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));

    // 5. 配置广播参数
    //    参数含义：最小间隔,最大间隔,广播类型,过滤策略,信道,广播策略
    //    最小/最大间隔单位 0.625ms，50 = 31.25ms
    printf("配置广播参数...\n");
    cmd = "AT+BLEADVPARAM=50,50,0,0,7,0\r\n";
    ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));

    // 6. 设置广播数据
    //    参数：设备名,自定义UUID,厂商数据,长度类型
    printf("设置广播数据...\n");
    cmd = "AT+BLEADVDATAEX=\"atguigu-ble\",\"A123\",\"0102030405\",1\r\n";
    ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));

    // 7. 开始广播
    printf("开始广播...\n");
    cmd = "AT+BLEADVSTART\r\n";
    ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));

    // 8. 配置 BLE SPP 透传参数
    //    参数含义：SPP使能,最大连接数,MTU大小,是否使能通知,分段大小
    printf("配置 BLE SPP 参数...\n");
    cmd = "AT+BLESPPCFG=1,1,7,1,5\r\n";
    ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));

    // 9. 设置系统消息指示
    //    4 = 只输出连接/断开事件通知
    printf("设置系统提示信息...\n");
    cmd = "AT+SYSMSG=4\r\n";
    ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));
}

void BLE_SendData(uint8_t txBuff[], uint16_t txLen)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart2, txBuff, txLen, 1000);
}

static uint8_t BLE_IsConnChanged(uint8_t msg[]);

void BLE_ReadData(uint8_t rxBuff[], uint16_t *rxLen)
{
    HAL_UARTEx_ReceiveToIdle(&huart2, rxBuff, 1024, rxLen, 1000);

    if (*rxLen == 0)
        return;

    if ( BLE_IsConnChanged(rxBuff) )
        *rxLen = 0;
}

static uint8_t BLE_IsConnChanged(uint8_t msg[])
{
    // 收到 +BLECONN: 连接建立 → 进入 SPP 透传
    if (strstr((char *)msg, "+BLECONN:") != NULL)
    {
        printf("有BLE客户端连接，准备进入SPP模式...\n");
        uint8_t * cmd = "AT+BLESPP\r\n";
        ESP32_SendCmd(cmd, strlen((char *)cmd));
        return 1;
    }
    // 收到 +BLEDISCONN: 断开连接 → 退出 SPP 透传
    else if (strstr((char *)msg, "+BLEDISCONN:") != NULL)
    {
        printf("BLE客户端断开连接，准备退出SPP模式...\n");
        HAL_UART_Transmit(&huart2, "+++", 3, 1000);
        HAL_Delay(2000);
        return 1;
    }
    // 过滤 WiFi 网络事件（ESP32-C3 为 WiFi+BLE 双模芯片）
    else if(strstr((char *)msg, "WIFI CONNECTED") != NULL
        || strstr((char *)msg, "WIFI GOT IP") != NULL
        || strstr((char *)msg, "+DIST_STA_IP:") != NULL)
    {
        return 1;
    }

    return 0;
}
```

---

## 核心速查表

| BLE 操作                 | AT 指令                                  | 说明            |
| ------------------------ | ---------------------------------------- | --------------- |
| GATT Server 初始化(从机) | `AT+BLEINIT=2`                           | 2=从机模式      |
| GATT Client 初始化(主机) | `AT+BLEINIT=1`                           | 1=主机模式      |
| 创建 GATT 服务           | `AT+BLEGATTSSRVCRE`                      | 创建标准服务    |
| 启动 GATT 服务           | `AT+BLEGATTSSRVSTART`                    | 服务上线        |
| 获取 MAC 地址            | `AT+BLEADDR?`                            | 查询本机地址    |
| 设置名称                 | `AT+BLENAME="name"`                      | 最长 29 字节    |
| 设置广播间隔             | `AT+BLEADVPARAM=min,max,...`             | 单位 0.625ms    |
| 设置广播数据             | `AT+BLEADVDATAEX="name","uuid","data",1` | 16 进制字符串   |
| 开始广播                 | `AT+BLEADVSTART`                         | Peripheral 模式 |
| 停止广播                 | `AT+BLEADVSTOP`                          | —               |
| 发送数据（非透传）       | `AT+BLESEND=conn,len` → 数据             | —               |
| SPP 透传配置             | `AT+BLESPPCFG=1,1,7,1,5`                 | 使能透传        |
| 进入 SPP 透传            | `AT+BLESPP`                              | 连接之后调用    |
| 退出透传                 | `+++`（无换行，20ms 间隔）               | —               |
| 查询连接状态             | `AT+BLECONN?`                            | 返回当前连接    |
| 断开连接                 | `AT+BLEDISCONN=n`                        | n=连接 ID       |
| 扫描设备                 | `AT+BLESCAN=0`                           | 0=被动扫描      |
| 连接事件通知             | `AT+SYSMSG=4`                            | 仅输出连接/断开 |

## 常见问题与避坑

1. **手机扫描不到设备** → 检查广播是否启动、名称是否设置、广播功率是否太低
2. **连接后数据发不出去** → 确保 GATT Server 已启动、SPP 使能配置正确、MTU 大小
3. **功耗高** → 广播间隔增大（100ms+）、连接间隔增大（30ms+）、不用时停止广播
4. **断开连接后需要显式重连** → BLE 不会自动重连，Peripheral 需重新调用 `AT+BLEADVSTART`
5. **SPP 透传意外退出** → 数据中不能出现连续 `+++`，否则会被误判为退出命令
6. **WiFi+BLE 同芯片干扰** → ESP32-C3 是单射频双模，BLE 通信时 WiFi 性能会下降