nRF2401的調(diào)試過程

1、經(jīng)過這幾周的努力，nRF2401的原始樣機(jī)調(diào)試基本完成了，指標(biāo)到達(dá)了預(yù)期目標(biāo)。 靈敏度很高，在-20dBm的發(fā)射功率下，可以達(dá)到10米左右的距離；在0dBm的功率下，可以超過40米。 整機(jī)平均功耗很低，平均工作電流約10uA（與工作時(shí)間的占空比有關(guān)）。下面將介紹調(diào)試過程中遇到的一些問題和解決過程，希望這些可以對(duì)初學(xué)者有所幫助。因?yàn)檫@是目前正在開發(fā)的一個(gè)系統(tǒng)，所以代碼和原理圖就不能公布了，這里只描述一些調(diào)試過程中的關(guān)鍵點(diǎn)，這應(yīng)當(dāng)也足夠了。開發(fā)環(huán)境：AVR Studio + WinAVR + SLISP硬件環(huán)境：ATmega88V + AVR Dragon + 自制并口下載線先調(diào)試發(fā)射部分（因?yàn)橐?/p>

2、前有一套用nRF24E1做的系統(tǒng)，但是功耗太大，沒有實(shí)用化，但是正好可以用來(lái)調(diào)試），nRF2401的數(shù)據(jù)手冊(cè)很簡(jiǎn)潔， 很快就看完了。但是它只有C51的例程，沒有其他單片機(jī)的。開始以為移植起來(lái)很容易，就直接寫程序了。結(jié)果運(yùn)行后，沒有任何效果，就是說發(fā)出的數(shù)據(jù)不對(duì)。 仔細(xì)對(duì)照C51的例子程序，沒有發(fā)現(xiàn)有什么區(qū)別啊。最后檢查，逐步縮小范圍，感覺問題可能在SPI部分。AVR的SPI支持4種工作模式，區(qū)別在于時(shí)鐘和 數(shù)據(jù)的時(shí)序不同，習(xí)慣上使用方式0的最多，而我當(dāng)時(shí)隨便選了方式3，修改了SPI的工作模式就正常了。發(fā)射部分可以工作了，但是新做的接收部分收不到數(shù)據(jù)。而接收部分和發(fā)射部分的電路基本相同的，只有部

3、分地方不一致。將發(fā)射的程序?qū)懭氲浇邮瞻?，可?正常發(fā)出，說明電路沒有問題，還是程序有問題。反復(fù)對(duì)比C51的程序，終于發(fā)現(xiàn)是沒有將CE設(shè)置為高引起的。因?yàn)檫@個(gè)接收程序是從發(fā)射程序修改而來(lái)的，而 發(fā)射程序只是定時(shí)發(fā)射一下，然后就進(jìn)入Stand by狀態(tài)，平時(shí)將CE和CS都置低了。從這里還發(fā)現(xiàn)nRF2401的控制和一般芯片不同，一般芯片習(xí)慣上是高電平無(wú)效，低電平使能，nRF2401是相反 的，比較容易造成習(xí)慣性錯(cuò)誤。接收部分調(diào)通以后，又發(fā)現(xiàn)了新問題，接收部分取回的數(shù)據(jù)總是有規(guī)律的出現(xiàn)誤碼，總是每隔幾個(gè)數(shù)據(jù)就有一位到2位和實(shí)際值不一致。仔細(xì)檢查程序，沒有 發(fā)現(xiàn)問題，否則也不可能通信連上了。后來(lái)想到會(huì)不

4、會(huì)和SPI的速度有關(guān)系，因?yàn)橹挥衝RF2401只有SPI和單片機(jī)連接，于是嘗試將SPI的速度降低為 500K（開始用的是1M），讀出的數(shù)據(jù)就正常了（發(fā)射部分使用了低頻，所以沒有這個(gè)問題）。為了測(cè)試發(fā)射部分的功耗，需要測(cè)量電路的電流。因?yàn)樾菝邥r(shí)的功耗非常小，用萬(wàn)用表的電流檔無(wú)法測(cè)量。于是嘗試在VCC中串聯(lián)一個(gè)電阻，測(cè)量電阻兩端 的電壓來(lái)推算電流（I=V/R）。開始串聯(lián)一個(gè)1的電阻，可以看到發(fā)射時(shí)有10幾個(gè)mV，但是休眠時(shí)測(cè)量不出來(lái)了。將電阻加大到10，這次好多了，可 以測(cè)量到休眠時(shí)有1mV，也就是大約100uA。在修改程序進(jìn)一步降低功耗后，又測(cè)量不出來(lái)了。再次將電阻增加到100，這次讀出2.5m

5、V，就是 25uA使用電阻串聯(lián)時(shí)，電阻會(huì)有一定的分壓（100歐姆乘以10毫安有1V），但是我使能了BOD功能也并沒有復(fù)位，這說明工作時(shí)的時(shí)間短，電容可以短時(shí)間提供工作需要的能量，從示波器上觀察也證實(shí)了這一點(diǎn)?？磥?lái)單片機(jī)的性能還不錯(cuò)。因?yàn)樽罱K需要使用電池供電，需要盡量降低功耗（這里主要是降低休眠時(shí)的工作電流，因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)的功率是無(wú)法減少的）。為了降低單片機(jī)的功耗，做了幾種 嘗試（因?yàn)槲乙郧白龅漠a(chǎn)品，從來(lái)不需要考慮功耗，也就沒有用過低功耗模式，只是從數(shù)據(jù)手冊(cè)中看過一點(diǎn)）。開始時(shí)運(yùn)行時(shí)將單片機(jī)的頻率不分頻，休眠時(shí)設(shè)置 256分頻（使用內(nèi)部8M振蕩器），以為運(yùn)行時(shí)高速，休眠時(shí)低速可以降低功耗。在使用中發(fā)

6、現(xiàn)效果不明顯，電流還在mA級(jí)。于是改為內(nèi)部128K振蕩器，工 作電流明顯下降（看來(lái)實(shí)際頻率更重要，內(nèi)部分頻在其他模塊沒有工作時(shí)對(duì)功耗影響不大）。因?yàn)楣β蔖=V*I，我先想降低工作電壓會(huì)不會(huì)降低功耗呢？看單片 機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)上電壓降低也會(huì)降低功耗的。于是將工作電壓降低到2.5V，結(jié)果測(cè)試的結(jié)果和3V是基本沒有區(qū)別，再降低到2V，萬(wàn)用表的讀數(shù)也只是最后一位 跳動(dòng)了，也就是說沒有什么效果?？磥?lái)這里因?yàn)橹饕脑趎RF2401上，而不是單片機(jī)上，降低電壓沒有實(shí)際用處，反而會(huì)增加麻煩（需要加入降壓電路）。 為了進(jìn)一步降低功耗，一開始沒有控制nRF2401的PWR_UP端口，不發(fā)射時(shí)處于stand by模式

7、，這樣在16M時(shí)鐘下nRF2401大約有30uA的靜態(tài)電流（主要是時(shí)鐘工作的電流）。對(duì)于電池供電，這無(wú)疑還是太大了。nRF2401還有一 個(gè)PWR_UP端口，設(shè)置為低電平后，就處于休眠狀態(tài)，時(shí)鐘也停止了，電流將小于1uA。在控制PWR_UP后，這次測(cè)試的數(shù)據(jù)就很理想了，休眠時(shí)的電流 小于10uA，萬(wàn)用表無(wú)法測(cè)量了（讀數(shù)小于1，1mV/100=10uA）。從理論上計(jì)算，單片機(jī)大約小于5uA（啟用了看門狗定時(shí)器），其他部分小于 1uA，總共小于6uA，數(shù)據(jù)比較吻合。如果在考慮每?jī)擅氚l(fā)射一次，每次工作時(shí)發(fā)射1ms，10mA，等待穩(wěn)定和其他時(shí)間8ms，0.1mA，那么平均電 流就是6 + 10/2 +

8、 0.1*8/2 = 11.4，如果使用200mAH的電池也可以工作2年。還有一個(gè)問題，開始時(shí)我使用AVR Dragon的DebugWire仿真（8M振蕩器），降低到128K后，沒有將程序中設(shè)置時(shí)鐘256分頻的代碼屏蔽，結(jié)果出現(xiàn)了一個(gè)嚴(yán)重的問題。因?yàn)槭?用內(nèi)部128K振蕩器后，只能用低速方式下載，在一次仿真不正常退出后（使用DebugWire很容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象），想恢復(fù)為正常模式 （DebugWire使用了Reset，就不能正常下載了），但是卻無(wú)法聯(lián)機(jī)了。我分析是因?yàn)檫@時(shí)單片機(jī)還是處于DebugWire模式，RESET引腳 的復(fù)位功能不起作用了。而這時(shí)因?yàn)槭褂脙?nèi)部低頻振蕩器（還256分頻），S

9、PI的速度非常慢，正常方式DebugWire很難連接。因?yàn)槭诸^當(dāng)時(shí)沒有多余 的芯片，于是就嘗試反復(fù)進(jìn)入DebugWire模式（因?yàn)橐矝]有別的辦法了），在大約嘗試50次后，終于進(jìn)入了DebugWire模式，趕緊恢復(fù)為正常模 式，就又可以使用了。這說明在低速SPI時(shí)，連接的成功率很低，大家也要小心這里，否則很可能造成芯片死鎖而無(wú)法恢復(fù)。nRF2401在上電后需要延時(shí)3ms才能進(jìn)行初始化，開始時(shí)是使用定時(shí)器0做延時(shí)，延時(shí)基本時(shí)間是1ms。后來(lái)發(fā)現(xiàn)定時(shí)器2的分頻更多（在 128K時(shí)鐘時(shí)128分頻后正好是1ms），而且定時(shí)器2支持power save模式下中斷喚醒，于是改用定時(shí)器2做延時(shí)。開始還是正常的，可是后來(lái)發(fā)現(xiàn)時(shí)間不對(duì)，大概慢了10倍，找了半天沒有發(fā)現(xiàn)程序有什么問題，寄存器的設(shè) 置都是對(duì)的，軟件仿真時(shí)間也正確。突然想到問題是在優(yōu)化功耗時(shí)，加入 power_all_disable() 后出現(xiàn)，之前沒有這個(gè)問題。于是將這個(gè)代碼先注釋掉在下載運(yùn)行，果然時(shí)間就正常了。在查看手冊(cè)中，原來(lái) power_all_disable() 會(huì)將定時(shí)器2也關(guān)閉，于是在power_all_disable()之后加上power_timer2_en