NRF24L01详解

一、NRF24L01简介

NRF24L01是NORDIC公司生产的一款无线通信通信芯片，采用FSK 调制，集成NORDIC自家的Enhanced Short Burst协议。可以实现点对点或是1对6的无线通信。无线通信速度最高可达到2Mbps。
NRF24L01采用SPI通信，可以很方便的连接到MCU上面。
特点：
①2.4G全球开放的ISM频段，免许可证使用。
②最高工作速率2Mbps，高校的GFSK调制，抗干扰能力强。
③126个可选的频道，满足多点通信和调频通信的需要。
④内置CRC检错和点对多点的通信地址控制。
⑤可设置自动应答，确保数据可靠传输。

引脚说明

• CE：模式控制线。在 CSN为低的情况下，CE 协同CONFIG 寄存器共同决定NRF24L01 的状态（参照 NRF24L01的状态机）
• CSN：SPI片选线
• SCK：SPI时钟线
• MOSI：SPI数据线(主机输出，从机输入)
• MISO：SPI数据线(主机输入，从机输出)
• IRQ：中断信号线。中断时变为低电平，在以下三种情况变低：Tx FIFO 发完并且收到ACK（使能ACK情况下）、Rx FIFO收到数据、达到最大重发次数。
  SPI时序
  
• 空闲状态SCK为0，CPOL=0；数据在时钟第一个时间边沿采集，CPHA=0；
• Cn：SPI命令位
• Sn：STATUS寄存器位
• Dn：数据位（ MSB，多字节传输时，低字节在前）

二、NRF24L01工作模式

NRF24L01的工作模式，由CE和CONFIG寄存器(0X00)的PWR_UP（第1位）和PRIM_RX（第0位）位共同控制：

其中，收发模式又有： Enhanced ShockBurstTM收发模式和ShockBurstTM收发模式，只有Enhanced ShockBurstTM收发模式支持自动ACK和自动重发。开启自动ACK，则默认选择Enhanced模式。

• 在Enhanced ShockBurstTM收发模式下，
  NRF24L01自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，在发送模式下，置CE为高，至少10us，将使能发送过程。

• Enhanced ShockBurst TM
  模式：发送方要求终端设备在接收到数据后有应答信号，以便发送方检测有无数据丢失，一旦丢失则重发数据。重发数据设置在地址为 0X04的数据重发设置寄存器 用于设置其重发次数及设置在未收到应答信号后等待重发的时间。

• 在接收模式下，最多可以接收6路不通的数据。每一个数据通道使用不同的地址，但是共用相同的频道。也就是说6 个不同的NRF24L01置为发送模式后可以与同一个设置为接收模式的NRF24L01 进行通讯，而设置为接收模式的NRF24L01可以对这6个发射端进行识别。数据通道0 是唯一的一个可以配置为40 位自身地址的数据通道。1~5 数据通道都为8 位自身地址和32位公用地址(由通道1设置)。所有的数据通道都可以设置为Enhanced ShockBurst 模式。

• 在接收端，确认收到数据后记录地址，并以此地址为目标地址发送应答信号。

• 在发送端，通道0被用作接收应答信号，因此通道0的接收地址要与发送地址端地址相等，以确保接收到正确的应答信号。
  

三、发送

Enhanced ShockBurstTM发送流程

1. 把地址和要发送的数据按时序送入NRF24L01；
2. 配置CONFIG寄存器，使之进入发送模式；
3. 微控制器把CE置高（至少10us），激发Enhanced ShockBurstTM发射；
4. Enhanced ShockBurstTM发射：① 给射频前端供电；②射频数据打包(加字头、CRC校验码)； ③ 高速发射数据包； ④发射完成，NRF24L01进入空闲状态。
   Enhanced ShockBurstTM发送模式初始化
   1）写Tx 节点的地址 TX_ADDR
   2）写Rx 节点的地址（主要是为了使能Auto Ack） RX_ADDR_P0
   3）使能AUTO ACK EN_AA
   4）使能PIPE 0 EN_RXADDR
   5）配置自动重发次数 SETUP_RETR
   6）选择通信频率 RF_CH 注意：频率计算公式：2400+RF_CH (Mhz)
   7）配置发射参数（低噪放大器增益、发射功率、无线速率） RF_SETUP
   8）配置24L01 的基本参数以及切换工作模式 CONFIG。

四、接收

Enhanced ShockBurstTM接收流程

1. 配置接收地址和要接收的数据包大小；
2. 配置CONFIG寄存器，使之进入接收模式，把CE置高。
3. 130us后，NRF24L01进入监视状态，等待数据包的到来；
4. 当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，NRF2401自动把字头、地址和CRC校验位移去；
5. NRF24L01通过把STATUS寄存器的RX_DR置位(STATUS一般引起微控制器中断)通知微控制器；
6. 微控制器把数据从FIFO读出(0X61指令)；
7. 所有数据读取完毕后，可以清除STATUS寄存器。NRF2401可以进入
   四种主要的模式之一；
   Enhanced ShockBurstTM接收模式初始化
   1）写Rx 节点的地址 RX_ADDR_P0
   2）使能AUTO ACK EN_AA
   3）使能PIPE 0 EN_RXADDR
   4）选择通信频率 RF_CH
   5）选择通道0 有效数据宽度 RX_PW_P0
   6）配置发射参数（低噪放大器增益、发射功率、无线速率） RF_SETUP
   7）配置24L01 的基本参数以及切换工作模式 CONFIG。

五、SPI指令

六、NRF24L01寄存器介绍

1、配置寄存器(CONFIG，0x00)
2、自动应答使能寄存器(EN_AA，0x01)
3、RX地址使能寄存器（EN_RXADDR，0X02）
4、自动重发设置寄存器（SETUP_RETR，0X04）

5、射频频率设置寄存器（RF_CH，0X05）

频率计算公式：2400+RF_CH (Mhz)
6、射频配置寄存器（RF_SETUP，0X06）

7、状态寄存器（STATUS，0X07）

8、数据通道0接收地址寄存器（RX_ADDR_P0，0X0A）

• 还有通道1 ~ 5接收地址设置寄存器：RX_ADDR_P1 ~ 5，不过P1 ~ P5共用32位高位地址，由P1设置，P2 ~
  P4只可以设置8位地址（低8位）。

9、发送地址设置寄存器（TX_ADDR，0X10）

10、接收通道0有效数据宽度设置寄存器（RX_PW_P0，0X11）

• 还有通道1 ~ 5有效数据宽度设置寄存器：RX_PW_P1 ~ 5，对应通道1~通道5的接收有效数据宽度，方法同RX_PW_P0。

七、函数介绍

1、初始化

void NRF24L01_Init(void)
{  
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;


	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB|RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);//使能GPIOB,G时钟
	
  //GPIOB14初始化设置:推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化PB14
	
	//GPIOG6,7推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化PG6,7
	
	//GPIOG.8上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//输入
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化PG8

  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14);//PB14输出1,防止SPI FLASH干扰NRF的通信 
  
 	SPI1_Init();    		//初始化SPI1  
	
	NRF24L01_SPI_Init();//针对NRF的特点修改SPI的设置

	NRF24L01_CE=0; 			//使能24L01
	NRF24L01_CSN=1;			//SPI片选取消	 		 	 
}

2、发送模式初始化

//该函数初始化NRF24L01到TX模式
//设置TX地址,写TX数据宽度,设置RX自动应答的地址,填充TX发送数据,选择RF频道,波特率和LNA HCURR
//PWR_UP,CRC使能
//当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了		   
//CE为高大于10us,则启动发送.	 
void NRF24L01_TX_Mode(void)
{														 
	NRF24L01_CE=0;	    
  NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR,(u8*)TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//写TX节点地址 
  NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH); //设置TX节点地址,主要为了使能ACK	  

  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01);     //使能通道0的自动应答    
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01); //使能通道0的接收地址  
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+SETUP_RETR,0x1a);//设置自动重发间隔时间:500us + 86us;最大自动重发次数:10次
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH,40);       //设置RF通道为40
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);  //设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启   
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+CONFIG,0x0e);    //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式,开启所有中断
	NRF24L01_CE=1;//CE为高,10us后启动发送
}

3、发送数据函数

//启动NRF24L01发送一次数据
//txbuf:待发送数据首地址
//返回值:发送完成状况
u8 NRF24L01_TxPacket(u8 *txbuf)
{
	u8 sta;
 	SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8);//spi速度为10.5Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz）   
	NRF24L01_CE=0;
  NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,txbuf,TX_PLOAD_WIDTH);//写数据到TX BUF  32个字节
 	NRF24L01_CE=1;//启动发送	   
	while(NRF24L01_IRQ!=0);//等待发送完成
	sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS);  //读取状态寄存器的值	   
	NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS,sta); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
	if(sta&MAX_TX)//达到最大重发次数
	{
		NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff);//清除TX FIFO寄存器 
		return MAX_TX; 
	}
	if(sta&TX_OK)//发送完成
	{
		return TX_OK;
	}
	return 0xff;//其他原因发送失败
}

4、接收模式初始化

//该函数初始化NRF24L01到RX模式
//设置RX地址,写RX数据宽度,选择RF频道,波特率和LNA HCURR
//当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了		   
void NRF24L01_RX_Mode(void)
{
  NRF24L01_CE=0;	  
  NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH);//写RX节点地址
	  
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01);    //使能通道0的自动应答    
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);//使能通道0的接收地址  	 
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH,40);	     //设置RF通信频率		  
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);//选择通道0的有效数据宽度 	    
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);//设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启   
  NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+CONFIG, 0x0f);//配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式 
  NRF24L01_CE = 1; //CE为高,进入接收模式 
}		

5、接收数据函数

//启动NRF24L01接收一次数据
//txbuf:待接收数据首地址
//返回值:0，接收完成；其他，错误代码
u8 NRF24L01_RxPacket(u8 *rxbuf)
{
	u8 sta;		    							   
	SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); //spi速度为10.5Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz）   
	sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS);  //读取状态寄存器的值    	 
	NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS,sta); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
	if(sta&RX_OK)//接收到数据
	{
		NRF24L01_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rxbuf,RX_PLOAD_WIDTH);//读取数据
		NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff);//清除RX FIFO寄存器 
		return 0; 
	}	   
	return 1;//没收到任何数据
}			

NRF24L01模块就介绍到这里啦，谢谢收看！！！