摘 要

蓝牙技术是一种用于短距传输的无线技术准则，游戏手柄是当代人们娱乐的一种设备。本文主要是在通过蓝牙无线传输技术，介绍了无线游戏手柄的设计过程，同时对其进行测试总结。

本文首先论述了低功耗蓝牙的背景和意义，然后研究了低功耗蓝牙协议栈的原理及其相关内容，而后结合nRF51822蓝牙芯片，参考了总体的设计框架，完成了蓝牙协议栈的搭建，进行软硬件的仿真调试与分析。在对无线游戏手柄课题的设计中，研讨了相关的知识。在后期的检测中，本课题完成了计划要求，实现了具备计划要求功能的无线游戏手柄。
　　在设计部分，通过对设计的系统分析，并根据蓝牙协议栈的分层和设计实现的效率出发，本文在实际设计部分把系统分成三个子系统，对其分别论述了无线游戏手柄的设计。
　　本文通过无线游戏手柄的设计，熟悉了低功耗蓝牙技术，在分层协议栈的设计模块中进行数据交换，搭上低功耗蓝牙协议栈的硬件模块，以此为基础顺利地做完这次设计。

关键词：低功耗蓝牙；蓝牙芯片；无线手柄；蓝牙协议栈

Abstract

Bluetooth technology is a wireless technology guideline for short-distance transmission. Gamepads are a device for contemporary people's entertainment. This article mainly introduces the design process of the wireless joystick through the Bluetooth wireless transmission technology, and at the same time tests and summarizes it.

This article first discusses the background and significance of low-power Bluetooth, and then studied the principle of low-power Bluetooth protocol stack and its related content, and then combined the nRF51822 Bluetooth chip, reference the overall design framework, completed the construction of the Bluetooth protocol stack, Simulate debugging and analysis of hardware and software. In the design of wireless joystick topics, relevant knowledge was studied. In the later testing, this project completed the planning requirements and implemented a wireless game controller with the required features.

In the design part, based on the systematic analysis of the design and starting from the efficiency of the layering and design implementation of the Bluetooth protocol stack, the actual design part of the paper divides the system into three subsystems and discusses the design of the wireless joystick.

This article through the wireless joystick design, familiar with the low-power Bluetooth technology, data exchange in the design module of the layered protocol stack, to catch the hardware module of the low-power Bluetooth protocol stack, based on this as a basis to successfully complete this Design.

Key Words：Bluetooth Low Energy；Bluetooth chip；Wireless joystick；Bluetooth protocol stack

目录

第1章 绪论 1

1.1 背景及意义 1

1.2 国内外现状研究 2

1.2.1 蓝牙国内外现状 2

1.2.2 无线手柄国内外现状 3

1.3 设计内容与计划 3

1.4 论文组织与结构 4

第2章 游戏手柄的系统设计 5

2.1 需求分析 5

2.2 系统整体流程设计 6

2.3 方案的论证与选择 7

2.3.1 蓝牙技术的选择 7

2.3.2 蓝牙模块芯片的选择 8

2.3.3 实现平台的选择 8

2.4 详细系统设计 9

2.4.1 传输层设计 10

2.4.2 中间层设计 12

2.4.3 应用层设计 13

第3章 蓝牙协议栈的搭建和通信实现 15

3.1 通信程序流程 15

3.1.1 蓝牙手柄的初始化 15

3.1.2 设备间的连接和信息交换 16

3.2 HID规范的设计与调试 16

第4章 硬件电路以及仿真测试 20

4.1 无线手柄硬件原理电路设计 20

4.2 游戏手柄仿真测试 21

第5章 总结与展望 23

参考文献 24

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 背景及意义

随着科技地不断发展，通信设备和装置在近年来得到了快速的进步。在电脑，手机等通信设备大力普及的今天，人们工作，学习方面的需要得到了满足，对于生活品质的追求也较之前变得更加热切，于是很多娱乐性质的电子设备产品相继产生，走进了人们的生活。但这些产品在生产之初是通过电线来进行数据传输，这样就在设备的灵活性上具有一定的限制，不便于范围较大的移动。所以，如何去提高通信设备的灵巧性，解决关键在于去寻找一种无线传输技术来代替有线传输。

为了去解决这个问题，这方面相关技术近几年来飞速发展。在无线传输领域，主要出现了蓝牙技术，红外线传输，IEEE802.11b，Home RF技术^[1]。

红外通信技术传输速率较高,最高可达16Mbp/s，但是其缺点也十分明显。首先是设计上比较麻烦，因为目前在全球范围内还没有一个统一的规范来制定其设计；再来就是除了只能两台设备进行一对一的连接，传输的距离短之外，信号发射的角度还不能做到环周围都有效,不仅不可遮盖，还会有特定的指向性的限制，使用时需要两个设备保持直线。