nRF24L01無(wú)線模塊講解

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譚新梅2014/04/12nRF24L01無(wú)線發(fā)射模塊nRF24L01芯片的介紹nRF24L01的應(yīng)用舉例概述nRF24L01是一款工作在2.4~2.5GHz世界通用ISM頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片。輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過(guò)SPI接口進(jìn)行設(shè)置。極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dBm時(shí)，電流消耗為9mA，接收模式時(shí)為12.3mA。掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。功能描述單片式收發(fā)芯片內(nèi)置硬件鏈路層增強(qiáng)型SchockBurstTM功能自動(dòng)應(yīng)答及自動(dòng)重發(fā)功能內(nèi)置CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信地址控制無(wú)線速率：1或2MbpsSPI接口速率：0~8Mbps125個(gè)可選的頻道，滿足多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信的需要低工作電壓〔1.9~3.6V〕封裝引腳及其引腳功能nRF單端50?射頻輸出原理圖nRF24L10與單片機(jī)應(yīng)用電路圖舉例：NRF24L01模塊接口與STM32連接原理圖中斷nRF24L01的中斷引腳〔IRQ〕為低電平觸發(fā)，當(dāng)狀態(tài)存放器中TX_DS〔數(shù)據(jù)發(fā)送完成中斷位〕、RX_DR〔接收數(shù)據(jù)中斷位〕或MAX_RT〔到達(dá)最屢次重發(fā)中斷位〕為高時(shí)觸發(fā)中斷。當(dāng)MCU給中斷源寫‘1’時(shí)，中斷引腳被禁止?？善帘沃袛嗫梢员籌RQ中斷屏蔽。通過(guò)設(shè)置可屏蔽中斷位為高，那么中斷響應(yīng)被禁止。默認(rèn)狀態(tài)下所有的中斷源是被禁止的。工作模式nRF24L01可以設(shè)置為以下幾種模式：工作模式待機(jī)模式：待機(jī)模式I在保證快速啟動(dòng)的同時(shí)，減少系統(tǒng)平均消耗電流。在待機(jī)模式I下，晶振正常工作。在待機(jī)模式ii下，局部時(shí)鐘緩沖器處在工作模式。當(dāng)發(fā)送端TXFIFO存放器為空并且CE為高電平時(shí)進(jìn)入待機(jī)模式ii。在待機(jī)模式期間，存放器配置字內(nèi)容保持不變。掉電模式：在掉電模式下，nRF24L01各功能關(guān)閉，保持電流消耗最小。進(jìn)入掉電模式后，nRF24L01停止工作，但存放器內(nèi)容保持不變。增強(qiáng)型的ShockBurstTM模式增強(qiáng)型的ShockBurstTM模式可以使得雙向鏈接協(xié)議執(zhí)行起來(lái)更為容易、有效。典型的雙向鏈接為：發(fā)送方要求終端設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)后有應(yīng)答信號(hào)，以便于發(fā)送方檢測(cè)有無(wú)數(shù)據(jù)喪失。一旦數(shù)據(jù)喪失，那么通過(guò)重新發(fā)送功能將喪失的數(shù)據(jù)恢復(fù)。增強(qiáng)型的ShockBurstTM模式可以同時(shí)控制應(yīng)答及重發(fā)功能而無(wú)需增加MCU工作量。在EnhancedShockBurstTM收發(fā)模式下，nRF24L01自動(dòng)處理字頭和CRC校驗(yàn)碼。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)把字頭和CRC校驗(yàn)碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)加上字頭和CRC校驗(yàn)碼增強(qiáng)型的ShockBurstTM模式nRF24L01配置為增強(qiáng)型的ShockBurstTM模式下時(shí)，只要MCU有數(shù)據(jù)要發(fā)送，nRF24L01就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)ShockBurstTM模式來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送完數(shù)據(jù)后nRF24L01轉(zhuǎn)到接收模式，并等待終端的應(yīng)答信號(hào)。如果沒(méi)有收到應(yīng)答信號(hào)，nRF24L01將重發(fā)相同的數(shù)據(jù)包，直到收到應(yīng)答信號(hào)或重發(fā)次數(shù)超過(guò)SETUP_RETR_ARC存放器中設(shè)置的值為止，如果重發(fā)次數(shù)超過(guò)了設(shè)定值，那么產(chǎn)生MAX_RT中斷。只要接收到確認(rèn)信號(hào)，nRF24L01就認(rèn)為最后一包數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送成功〔接收方已經(jīng)收到數(shù)據(jù)〕，把TXFIFO中的數(shù)據(jù)去除掉并產(chǎn)生TX_DS中斷〔IRQ引腳置高〕。數(shù)據(jù)通道nRF24L01在接收模式下可以接收6路不同通道的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通道每一個(gè)數(shù)據(jù)通道使用不同的地址，但是共用相同的頻道。也就是說(shuō)6個(gè)不同的nRF24L01設(shè)置為發(fā)送模式后可以與同一個(gè)設(shè)置為接收模式的nRF24L01進(jìn)行通訊，而設(shè)置為接收模式的nRF24L01可以對(duì)這6個(gè)發(fā)射端進(jìn)行識(shí)別。數(shù)據(jù)通道是通過(guò)存放器EN_RXADDR來(lái)設(shè)置的，默認(rèn)狀態(tài)下只有數(shù)據(jù)通道0和數(shù)據(jù)通道1是開啟狀態(tài)的。nRF24L01在確認(rèn)收到數(shù)據(jù)后記錄地址，并以此地址為目標(biāo)地址發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，在發(fā)送端，數(shù)據(jù)通道0被用作接收應(yīng)答信號(hào)，因此屬通道0的接收地址要與發(fā)送地址端地址相等，以確保接收到正確的應(yīng)答信號(hào)。數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)通道0是唯一的一個(gè)可以配置為40位自身地址的數(shù)據(jù)通道。1~5數(shù)據(jù)通道都為8位自身地址和32位公用地址。所有的數(shù)據(jù)通道都可以設(shè)置為增強(qiáng)型ShockBurst模式。存放器配置nRF24L01所有的存放器都是通過(guò)SPI口進(jìn)行配置的〔存放器配置詳見附件〕。CSN為低后，SPI接口等待指令執(zhí)行。每一條指令都必須通過(guò)一次CSN由高到低的變化。SPI指令格式：nRF24l01的SPI通信時(shí)序增強(qiáng)型ShockBurstTM發(fā)送模式1、配置存放器位PRIM_RX為低2、當(dāng)MCU有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)地址〔TX_ADDR〕和有效數(shù)據(jù)(TX_PLD)通過(guò)SPI接口寫入nRF24L01。發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度以字節(jié)計(jì)數(shù)從MCU寫入TXFIFO。當(dāng)CSN為低時(shí)數(shù)據(jù)被不斷的寫入。發(fā)送端發(fā)送完數(shù)據(jù)后，將通道0設(shè)置為接收模式來(lái)接收應(yīng)答信號(hào)，其接收地址(RX_ADDR_P0)與接收端地址(TX_ADDR)相同。例：在上圖中數(shù)據(jù)通道5的發(fā)送端(TX5)及接收端(RX)地址設(shè)置如下：TX5：TX_ADDR=0xB3B4B5B605TX5：RX_ADDR_P0=0xB3B4B5B605RX：RX_ADDR_P5=0xB3B4B5B605增強(qiáng)型ShockBurstTM發(fā)送模式3、設(shè)置CE為高，啟動(dòng)發(fā)射。CE高電平持續(xù)時(shí)間最小為10us。4、nRF24L01ShockBurstTM模式：無(wú)線系統(tǒng)上電啟動(dòng)內(nèi)部16MHz時(shí)鐘無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)打包高速發(fā)送數(shù)據(jù)〔由MCU設(shè)定為1Mbps或2Mbps〕增強(qiáng)型ShockBurstTM發(fā)送模式5、如果啟動(dòng)了自動(dòng)應(yīng)答模式〔自動(dòng)重發(fā)計(jì)數(shù)器不等于0，ENAA_P0=1〕，無(wú)線芯片立即進(jìn)入接收模式。如果在有效應(yīng)答時(shí)間范圍內(nèi)收到應(yīng)答信號(hào)，那么認(rèn)為數(shù)據(jù)成功發(fā)送到了接收端，此時(shí)狀態(tài)存放器的TX_DS位置高并把數(shù)據(jù)從TXFIFO中去除掉。如果在設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)沒(méi)有接收到應(yīng)答信號(hào)，那么重新發(fā)送數(shù)據(jù)。如果自動(dòng)重發(fā)計(jì)數(shù)器〔ARC_CNT〕溢出〔超過(guò)了編程設(shè)定的值〕，那么狀態(tài)存放器的MAX_RT位置高。不去除TXFIFO中的數(shù)據(jù)。當(dāng)MAX_RT或TX_DS為高電平時(shí)IRQ引腳產(chǎn)生中斷。IRQ中斷通過(guò)寫狀態(tài)存放器來(lái)復(fù)位。如果重發(fā)次數(shù)在到達(dá)設(shè)定的最大重發(fā)次數(shù)時(shí)還沒(méi)有收到應(yīng)答信號(hào)的話，在MAX_RT中斷去除之前不會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包喪失計(jì)數(shù)器(PLOS_CNT)在每次產(chǎn)生MAX_RT中斷后加一。也就是說(shuō)：重發(fā)計(jì)數(shù)器ARC_CNT計(jì)算重發(fā)數(shù)據(jù)包次數(shù)，PLOS_CNT計(jì)算在到達(dá)最大允許重發(fā)次數(shù)時(shí)仍沒(méi)有發(fā)送成功的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。增強(qiáng)型ShockBurstTM發(fā)送模式6、如果CE置低，那么系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式I。如果不設(shè)置CE為低，那么系統(tǒng)會(huì)發(fā)送TXFIFO存放器中下一包數(shù)據(jù)。如果TXFIFO存放器為空并且CE為高那么系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式II.7、如果系統(tǒng)在待機(jī)模式II，當(dāng)CE置低后系統(tǒng)立即進(jìn)入待機(jī)模式I.增強(qiáng)型ShockBurstTM接收模式1、ShockBurstTM接收模式是通過(guò)設(shè)置存放器中PRIM_RX位為高來(lái)選擇的。準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)的通道必須被使能〔EN_RXADDR存放器〕，所有工作在增強(qiáng)型ShockBurstTM模式下的數(shù)據(jù)通道的自動(dòng)應(yīng)答功能是由(EN_AA存放器)來(lái)使能的，有效數(shù)據(jù)寬度是由RX_PW_Px存放器來(lái)設(shè)置的。地址的建立過(guò)程見增強(qiáng)型ShockBurstTM發(fā)送章節(jié)。2、接收模式由設(shè)置CE為高來(lái)啟動(dòng)。3、130us后nRF24L01開始檢測(cè)空中信息。增強(qiáng)型ShockBurstTM接收模式4、接收到有效的數(shù)據(jù)包后〔地址匹配、CRC檢驗(yàn)正確〕，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在RX_FIFO中，同時(shí)RX_DR位置高，并產(chǎn)生中斷。狀態(tài)存放器中RX_P_NO位顯示數(shù)據(jù)是由哪個(gè)通道接收到的。5、如果使能自動(dòng)確認(rèn)信號(hào)，那么發(fā)送確認(rèn)信號(hào)。6、MCU設(shè)置CE腳為低，進(jìn)入待機(jī)模式I〔低功耗模式〕。7、MCU將數(shù)據(jù)以適宜的速率通過(guò)SPI口將數(shù)據(jù)讀出。8、芯片準(zhǔn)備好進(jìn)入發(fā)送模式、接收模式或掉電模式。兩種數(shù)據(jù)雙方向的通訊方式如果想要數(shù)據(jù)在雙方向上通訊,PRIM_RX存放器必須緊隨芯片工作模式的變化而變化。處理器必須保證PTX和PRX端的同步性。在RX_FIFO和TX_FIFO存放器中可能同時(shí)存有數(shù)據(jù)。跳頻技術(shù)跳頻技術(shù)：是