arduino笔记36： nrf24l01的工作模式详解

 

 

 

之前在讲nrf24l01功耗的时候，提到过【工作模式】，为了避免过早的牵扯到很细节的内容，在那一节只是粗略归纳了一下：掉电模式/热待机模式/火力全开模式，说的其实很模糊，这一节正式的讲解一下。

先上一张nrf24l01的状态转换图：

 

这张图截取自官方datasheet第6章第1节(第21页)，如果觉得截图不清楚，可以直接去下载PDF文档，放大了看。

• 圆环圈起来的是模块的工作状态
  虚线环表示临时状态，模块在此状态下仅做短暂的停留，实线环（不管粗细）表示稳定的工作状态
• 带箭头的线（无论粗细）表示模块在两个工作状态之间进行【迁移】
• 箭头线上的文字表示【迁移条件】，即旧状态下只有满足特定条件，模块才会进行状态迁移，没有文字表示无条件迁移
• 最上面的【undefined】表示模块上电之前的状态

在各处的【迁移条件】上，我们一共看到了这么几个关键词：CE/PWR_UP/PRIM_RX/TX FIFO

 

• CE就是上一节提到的CE管脚；
• PWR_UP和PRIM_RX是nrf24l01内部名为CONFIG的寄存器(地址0x00)的两个bit位；

 

 

PWR_UP由0变1，则模块从掉电模式PowerDown切换为待机模式Standby-I，但需要至少1.5毫秒的转换过程；

              PWR_UP由1变0，则模块不论当前正处于什么工作状态，立即转入PowerDown模式，无需等待；
              PRIM_RX则控制模块在工作时是一个什么身份，即PTX还是PRX；

              我们的程序可以使用上一节提到的写寄存区命令 W_REGISTER 来修改这两个bit的值，从而控制模块的工作状态/工作模式

• TX FIFO是nrf24l01内部的发送缓冲区；
• 我们的程序通过SPI接口给模块写入发送数据是很快的，但模块将数据完全发送出去却比较慢，为了缓解双方速度不对等的问题，模块内部设置了一个最大容纳96字节数据的缓冲区，每32字节为一组，共3组，以组为单位构成先入先出(FIFO)缓冲区，即是TX FIFO。
• 当我们需要发送很多数据的时候，先一次性将数据写满这3组缓冲区，操作CE管脚启动发送之后，模块再慢悠悠的将缓冲区里的数据以组为基本单元发送出去，发完一组后再取下一组，直到将缓冲区的数据全部发送。
  关于缓冲区的内容这里只简单说一下，后面章节会细聊。

 

那么状态图中粗环粗线/细环细线是个什么意思呢？ 这是官方推荐的模块工作流程。

 

 

结合上面的图，从前面描述中我们知道，通过操作【CE/PWR_UP/PRIM_RX/TX FIFO】这4项，我们可以随意控制nrf24l01的状态转换。

以最底下的【TX Mode】状态为例子，根据不同的操作条件，模块在切换工作状态的时候有4条路可走：

 

【路线1】TX Mode --> Standby-I (条件是一包数据发送完毕且CE管脚为低电平)

【路线2】TX Mode --> PowerDown (不管模块在TX Mode下正在干什么，只要把PWR_UP的bit值改为0，那么模块立即进入掉电模式)

【路线3】TX Mode --> TX Mode (一包数据发完之后，如果缓冲区里还有未发送的且CE管脚为高电平，那么继续呆在TX Mode发送下一包)

【路线4】TX Mode --> Standby-II (缓冲区里的数据已经全部发送完毕，但CE管脚依然是高电平，那么立即转入Standby-II状态)

 

从写程序的角度上说，这4条路都是可以的，nrf24l01对此并不做限制，但为什么官方偏偏推荐【路线1】？

【路线2】明显过于暴力，不多说。

【路线1】和【路线3/4】唯一的区别就是对CE管脚的操作方式不一样：

【路线1】时，触发发送仅仅是在CE管脚上制造一个10微秒宽度的高电平脉冲，之后CE要回归低电平；

【路线3/4】时，触发发送要简单，只要将CE管脚置为高电平就不管了；

这么看起来，PTX模式下CE管脚一直保持高电平在程序实现上反而更方便，因为使用【路线1】工作流程的时候，每发完一包，我们的程序还必须要主动地为CE管脚制造一个高电平脉冲才能再次触发数据发送。

既然这样为啥官方还是推荐【路线1】呢？

 

我认为是因为功耗的问题。（真的只是"我认为"，datasheet上并没有专门解释，功耗论只是我觉得可信度比较高的理由）

 

从上面这个表可知，虽然同样是待机模式，但Standby-I的功耗要比Standby-II的功耗小一个数量级还多。

 

当然【路线1】官方只是推荐，我们在写程序的时候不一定非要按照【路线1】来搞，一个写程序更方便，一个更省电，两者各有利弊，自己权衡即可。

 

那么Standby-II怎么才能转入Standby-I呢？

 

前面那张状态图上并没有画，其实datasheet在后面章节有提到过： 直接把CE置为低电平即可。

 

最后，总结一下我们 写程序的时候 ，能从这张状态图中可以得到哪些注意事项：

 

• nrf24l01上电之后，我们的程序至少要延时100毫秒，等它稳定进入PowerDown之后才能开始进行寄存器配置
• 通过修改bit位PWR_UP，让nrf24l01从PowerDown转入Standby-I
• 通过修改bit位PRIM_RX，可以使nrf24l01进入PTX模式或PRX模式
• PWR_UP和PRIM_RX在同一个寄存器里，所以可以一次性配置
• bit位PWR_UP写入1之后，程序必须至少延时1.5毫秒（建议2毫秒），模块才能稳定进入Standby-I，之后程序才能触发数据发送或数据接收
• CE管脚脉冲式触发的时候，要保证高电平至少持续10微秒（建议15微秒）
• 程序操作模块的时候，让nrf24l01尽量按照官方推荐的状态转换路线走