代码收藏家技术教程 2025-02-20

STMicroelectronics 系列：STM32WLE 系列_（8）.STM32WLE系列通信协议实现

STM32WLE系列通信协议实现

1. 介绍

STM32WLE系列是STMicroelectronics推出的一款集成了低功耗无线电和ARM Cortex-M4内核的单片机。该系列单片机支持多种通信协议，包括但不限于LoRa、BLE（蓝牙低功耗）和Sub-GHz ISM频段的通信。在本节中，我们将详细介绍如何在STM32WLE系列单片机上实现这些通信协议，并提供具体的代码示例和数据样例。

2. LoRa通信协议实现

2.1 LoRa通信原理

LoRa（Long Range）是一种基于扩频技术的远距离无线通信技术。它通过使用扩频调制，可以在低功耗的情况下实现远距离的通信。LoRa通信协议通常使用LoRaWAN网络层来管理设备的连接和数据传输。

2.2 LoRa通信配置

在STM32WLE系列单片机上实现LoRa通信，首先需要配置LoRa模块。LoRa模块的配置主要通过SPI或USART接口进行。以下是一个通过SPI接口配置LoRa模块的示例：


#include "stm32wle.h"

#include "stm32wle_hal.h"

#include "lora.h"



// SPI初始化

static void MX_SPI1_Init(void)

{

  hspi1.Instance = SPI1;

  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;

  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;

  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;

  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;

  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;

  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;

  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;

  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;

  hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;

  hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;

  hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;

  if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)

  {

    Error_Handler();

  }

}



// LoRa模块初始化

void LoRa_Init(void)

{

  // 初始化SPI接口

  MX_SPI1_Init();



  // 重置LoRa模块

  LoRa_Reset();



  // 配置LoRa模块

  LoRa_SetMode(MODE_SLEEP);

  LoRa_SetFrequency(915E6);

  LoRa_SetTxPower(20);

  LoRa_SetSpreadingFactor(SF_7);

  LoRa_SetBandwidth(BW_125KHZ);

  LoRa_SetCodingRate(CR_4_5);

  LoRa_SetPreambleLength(8);

  LoRa_SetPayloadLength(64);

  LoRa_SetCRC(CRC_ON);

  LoRa_SetMode(MODE_STANDBY);

}



// 重置LoRa模块

void LoRa_Reset(void)

{

  // 重置LoRa模块的引脚

  HAL_GPIO_WritePin(LORA_RST_GPIO_PORT, LORA_RST_PIN, GPIO_PIN_RESET);

  HAL_Delay(10);

  HAL_GPIO_WritePin(LORA_RST_GPIO_PORT, LORA_RST_PIN, GPIO_PIN_SET);

  HAL_Delay(10);

}



// 设置LoRa模式

void LoRa_SetMode(uint8_t mode)

{

  // 通过SPI发送命令设置LoRa模式

  uint8_t buf[2];

  buf[0] = REG_OP_MODE;

  buf[1] = mode;

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 2, 100);

}



// 设置LoRa频率

void LoRa_SetFrequency(float freq)

{

  // 计算频率寄存器的值

  uint32_t frf = (uint32_t)((freq / 300E6) * 0x02000000L);



  // 通过SPI发送命令设置LoRa频率

  uint8_t buf[4];

  buf[0] = REG_FRF_MSB;

  buf[1] = (uint8_t)(frf >> 16);

  buf[2] = (uint8_t)(frf >> 8);

  buf[3] = (uint8_t)frf;

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 4, 100);

}



// 设置LoRa发射功率

void LoRa_SetTxPower(int8_t power)

{

  // 通过SPI发送命令设置LoRa发射功率

  uint8_t buf[2];

  buf[0] = REG_PA_CONFIG;

  buf[1] = (uint8_t)(power | 0x70);

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 2, 100);

}



// 发送数据

void LoRa_SendData(uint8_t *data, uint8_t len)

{

  // 设置LoRa模式为发射模式

  LoRa_SetMode(MODE_TX);



  // 通过SPI发送数据

  uint8_t buf[2];

  buf[0] = REG_FIFO;

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 1, 100);

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, len, 100);



  // 等待发送完成

  while (LoRa_GetIrqFlags() & (1 << 6)) {}



  // 重置LoRa模式

  LoRa_SetMode(MODE_STANDBY);

}



// 接收数据

void LoRa_ReceiveData(uint8_t *data, uint8_t len)

{

  // 设置LoRa模式为接收模式

  LoRa_SetMode(MODE_RX);



  // 读取接收的数据

  uint8_t buf[1] = {REG_FIFO};

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 1, 100);

  HAL_SPI_Receive(&hspi1, data, len, 100);



  // 重置LoRa模式

  LoRa_SetMode(MODE_STANDBY);

}

2.3 LoRa通信示例

以下是一个简单的LoRa通信示例，展示如何发送和接收数据：


#include "stm32wle.h"

#include "stm32wle_hal.h"

#include "lora.h"



// 定义LoRa模块的引脚

#define LORA_RST_PIN GPIO_PIN_0

#define LORA_RST_GPIO_PORT GPIOA



// LoRa初始化

void LoRa_Init(void);



// 发送数据

void LoRa_SendData(uint8_t *data, uint8_t len);



// 接收数据

void LoRa_ReceiveData(uint8_t *data, uint8_t len);



int main(void)

{

  // 初始化HAL库

  HAL_Init();



  // 初始化系统时钟

  SystemClock_Config();



  // 初始化LoRa模块

  LoRa_Init();



  // 发送数据

  uint8_t txData[10] = "Hello LoRa";

  LoRa_SendData(txData, 10);



  // 接收数据

  uint8_t rxData[10];

  LoRa_ReceiveData(rxData, 10);



  // 处理接收到的数据

  if (rxData[0] != 0)

  {

    // 打印接收到的数据

    for (int i = 0; i < 10; i++)

    {

      printf("%c", rxData[i]);

    }

  }



  while (1)

  {

    // 主循环

  }

}

3. BLE通信协议实现

3.1 BLE通信原理

BLE（Bluetooth Low Energy）是一种低功耗蓝牙通信技术，适用于短距离、低带宽的应用场景。BLE通信协议通过广播和连接两种模式进行数据传输。设备可以作为广播者、观察者、中心设备或外围设备。

3.2 BLE通信配置

在STM32WLE系列单片机上实现BLE通信，首先需要配置BLE模块。BLE模块的配置主要通过BLE堆栈和相关的API进行。以下是一个简单的BLE配置示例：


#include "stm32wle.h"

#include "stm32wle_hal.h"

#include "ble.h"



// 定义BLE服务和特性

#define SERVICE_UUID 0x180F

#define CHARACTERISTIC_UUID 0x2A19



// BLE初始化

void BLE_Init(void)

{

  // 初始化BLE堆栈

  BLE_Stack_Init();



  // 创建BLE服务

  BLE_Service_Create(SERVICE_UUID);



  // 创建BLE特性

  BLE_Characteristic_Create(CHARACTERISTIC_UUID, BLE_PROPERTY_READ | BLE_PROPERTY_NOTIFY);



  // 开始广播

  BLE_Start_Advertising();

}



// 发送数据

void BLE_SendData(uint8_t *data, uint8_t len)

{

  // 发送数据到指定特性

  BLE_Characteristic_Write(CHARACTERISTIC_UUID, data, len);

}



// 接收数据

void BLE_ReceiveData(uint8_t *data, uint8_t len)

{

  // 读取数据从指定特性

  BLE_Characteristic_Read(CHARACTERISTIC_UUID, data, len);

}



// BLE初始化

void BLE_Stack_Init(void)

{

  // 初始化BLE堆栈

  // 这里假设使用了ST提供的BLE堆栈库

  BLE_Init_Stack();

}



// 创建BLE服务

void BLE_Service_Create(uint16_t uuid)

{

  // 创建服务

  BLE_Add_Service(uuid);

}



// 创建BLE特性

void BLE_Characteristic_Create(uint16_t uuid, uint8_t properties)

{

  // 创建特性

  BLE_Add_Characteristic(uuid, properties);

}



// 开始广播

void BLE_Start_Advertising(void)

{

  // 开始广播

  BLE_Start_Advertising();

}

3.3 BLE通信示例

以下是一个简单的BLE通信示例，展示如何发送和接收数据：


#include "stm32wle.h"

#include "stm32wle_hal.h"

#include "ble.h"



// 定义BLE服务和特性

#define SERVICE_UUID 0x180F

#define CHARACTERISTIC_UUID 0x2A19



// BLE初始化

void BLE_Init(void);



// 发送数据

void BLE_SendData(uint8_t *data, uint8_t len);



// 接收数据

void BLE_ReceiveData(uint8_t *data, uint8_t len);



int main(void)

{

  // 初始化HAL库

  HAL_Init();



  // 初始化系统时钟

  SystemClock_Config();



  // 初始化BLE模块

  BLE_Init();



  // 发送数据

  uint8_t txData[10] = "Hello BLE";

  BLE_SendData(txData, 10);



  // 接收数据

  uint8_t rxData[10];

  BLE_ReceiveData(rxData, 10);



  // 处理接收到的数据

  if (rxData[0] != 0)

  {

    // 打印接收到的数据

    for (int i = 0; i < 10; i++)

    {

      printf("%c", rxData[i]);

    }

  }



  while (1)

  {

    // 主循环

  }

}

4. Sub-GHz ISM频段通信协议实现

4.1 Sub-GHz ISM频段通信原理

Sub-GHz ISM频段通信是一种适用于远距离、低功耗通信的技术。ISM频段通常指的是433MHz、868MHz和915MHz等频段。这种通信方式在物联网、智能家居等领域有广泛的应用。

4. Sub-GHz ISM频段通信协议实现

4.1 Sub-GHz ISM频段通信原理

4.2 Sub-GHz ISM频段通信配置

在STM32WLE系列单片机上实现Sub-GHz ISM频段通信，首先需要配置Sub-GHz模块。Sub-GHz模块的配置主要通过SPI接口和相关的API进行。以下是一个通过SPI接口配置Sub-GHz模块的示例：


#include "stm32wle.h"

#include "stm32wle_hal.h"

#include "subghz.h"



// 定义Sub-GHz模块的引脚

#define SUBGHZ_RST_PIN GPIO_PIN_0

#define SUBGHZ_RST_GPIO_PORT GPIOA



// SPI初始化

static void MX_SPI1_Init(void)

{

  hspi1.Instance = SPI1;

  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;

  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;

  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;

  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;

  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;

  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;

  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;

  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;

  hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;

  hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;

  hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;

  if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)

  {

    Error_Handler();

  }

}



// Sub-GHz模块初始化

void SubGHz_Init(void)

{

  // 初始化SPI接口

  MX_SPI1_Init();



  // 重置Sub-GHz模块

  SubGHz_Reset();



  // 配置Sub-GHz模块

  SubGHz_SetMode(MODE_SLEEP);

  SubGHz_SetFrequency(868E6);

  SubGHz_SetTxPower(10);

  SubGHz_SetModulation(MODULATION_FSK);

  SubGHz_SetBitRate(5000);

  SubGHz_SetPayloadLength(64);

  SubGHz_SetMode(MODE_STANDBY);

}



// 重置Sub-GHz模块

void SubGHz_Reset(void)

{

  // 重置Sub-GHz模块的引脚

  HAL_GPIO_WritePin(SUBGHZ_RST_GPIO_PORT, SUBGHZ_RST_PIN, GPIO_PIN_RESET);

  HAL_Delay(10);

  HAL_GPIO_WritePin(SUBGHZ_RST_GPIO_PORT, SUBGHZ_RST_PIN, GPIO_PIN_SET);

  HAL_Delay(10);

}



// 设置Sub-GHz模式

void SubGHz_SetMode(uint8_t mode)

{

  // 通过SPI发送命令设置Sub-GHz模式

  uint8_t buf[2];

  buf[0] = REG_OP_MODE;

  buf[1] = mode;

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 2, 100);

}



// 设置Sub-GHz频率

void SubGHz_SetFrequency(float freq)

{

  // 计算频率寄存器的值

  uint32_t frf = (uint32_t)((freq / 300E6) * 0x02000000L);



  // 通过SPI发送命令设置Sub-GHz频率

  uint8_t buf[4];

  buf[0] = REG_FRF_MSB;

  buf[1] = (uint8_t)(frf >> 16);

  buf[2] = (uint8_t)(frf >> 8);

  buf[3] = (uint8_t)frf;

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 4, 100);

}



// 设置Sub-GHz发射功率

void SubGHz_SetTxPower(int8_t power)

{

  // 通过SPI发送命令设置Sub-GHz发射功率

  uint8_t buf[2];

  buf[0] = REG_PA_CONFIG;

  buf[1] = (uint8_t)(power | 0x70);

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 2, 100);

}



// 设置Sub-GHz调制方式

void SubGHz_SetModulation(uint8_t modulation)

{

  // 通过SPI发送命令设置Sub-GHz调制方式

  uint8_t buf[2];

  buf[0] = REG_MODEM_CONFIG1;

  buf[1] = modulation;

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 2, 100);

}



// 设置Sub-GHz比特率

void SubGHz_SetBitRate(uint32_t bitrate)

{

  // 通过SPI发送命令设置Sub-GHz比特率

  uint8_t buf[2];

  buf[0] = REG_BIT_RATE_MSB;

  buf[1] = (uint8_t)(bitrate >> 8);

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 2, 100);

  buf[0] = REG_BIT_RATE_LSB;

  buf[1] = (uint8_t)bitrate;

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 2, 100);

}



// 发送数据

void SubGHz_SendData(uint8_t *data, uint8_t len)

{

  // 设置Sub-GHz模式为发射模式

  SubGHz_SetMode(MODE_TX);



  // 通过SPI发送数据

  uint8_t buf[2];

  buf[0] = REG_FIFO;

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 1, 100);

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, len, 100);



  // 等待发送完成

  while (SubGHz_GetIrqFlags() & (1 << 6)) {}



  // 重置Sub-GHz模式

  SubGHz_SetMode(MODE_STANDBY);

}



// 接收数据

void SubGHz_ReceiveData(uint8_t *data, uint8_t len)

{

  // 设置Sub-GHz模式为接收模式

  SubGHz_SetMode(MODE_RX);



  // 读取接收的数据

  uint8_t buf[1] = {REG_FIFO};

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 1, 100);

  HAL_SPI_Receive(&hspi1, data, len, 100);



  // 重置Sub-GHz模式

  SubGHz_SetMode(MODE_STANDBY);

}



// 获取中断标志

uint8_t SubGHz_GetIrqFlags(void)

{

  // 读取中断标志寄存器

  uint8_t buf[2];

  buf[0] = REG_IRQ_FLAGS;

  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 1, 100);

  HAL_SPI_Receive(&hspi1, &buf[1], 1, 100);

  return buf[1];

}

4.3 Sub-GHz ISM频段通信示例

以下是一个简单的Sub-GHz ISM频段通信示例，展示如何发送和接收数据：


#include "stm32wle.h"

#include "stm32wle_hal.h"

#include "subghz.h"



// 定义Sub-GHz模块的引脚

#define SUBGHZ_RST_PIN GPIO_PIN_0

#define SUBGHZ_RST_GPIO_PORT GPIOA



// Sub-GHz初始化

void SubGHz_Init(void);



// 发送数据

void SubGHz_SendData(uint8_t *data, uint8_t len);



// 接收数据

void SubGHz_ReceiveData(uint8_t *data, uint8_t len);



int main(void)

{

  // 初始化HAL库

  HAL_Init();



  // 初始化系统时钟

  SystemClock_Config();



  // 初始化Sub-GHz模块

  SubGHz_Init();



  // 发送数据

  uint8_t txData[10] = "Hello Sub-GHz";

  SubGHz_SendData(txData, 10);



  // 接收数据

  uint8_t rxData[10];

  SubGHz_ReceiveData(rxData, 10);



  // 处理接收到的数据

  if (rxData[0] != 0)

  {

    // 打印接收到的数据

    for (int i = 0; i < 10; i++)

    {

      printf("%c", rxData[i]);

    }

  }



  while (1)

  {

    // 主循环

  }

}

4.4 Sub-GHz ISM频段通信注意事项

频率选择：根据实际应用选择合适的ISM频段。常见的频段有433MHz、868MHz和915MHz。
发射功率：发射功率的设置需要根据法规和应用需求进行调整，过高或过低的功率都可能影响通信效果。
调制方式：不同的调制方式适用于不同的应用场景。常用的调制方式有FSK（频移键控）和OOK（开关键控）。
比特率：比特率的设置会影响通信距离和数据传输速率，需要根据实际需求进行权衡。
中断处理：在实际应用中，中断处理非常重要，可以通过中断标志寄存器来判断数据发送和接收的状态。

5. 总结

STM32WLE系列单片机支持多种通信协议，包括LoRa、BLE和Sub-GHz ISM频段通信。通过本文的介绍，您可以了解如何在STM32WLE系列单片机上实现这些通信协议，并提供了一些具体的代码示例。这些示例涵盖了从模块初始化、配置到数据发送和接收的完整过程，希望对您的开发工作有所帮助。如果您在开发过程中遇到任何问题，可以参考STMicroelectronics提供的官方文档和示例代码。

作者：kkchenkx

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