基于STM32F4的NRF24L01驱动程序

基于STM32F4xx的NRF24L01驱动程序

提示：硬件平台基于STM32F427VIT6、NRF24L01模块

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前言

提示：本例程采用STM32CubeMX配置底层，采用硬件SPI方式驱动NRF24L01

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一、NRF24L01简单介绍

1，什么是NRF24L01

nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片（芯片手册中说的是 2.400 - 2.4835GHz，其SPI最大支持速度为10Mhz）

2，NRF24L01通信方法

NRF24L01支持点对点通信&多对点通信

3，NRF24L01通信原理

NRF24L01通信中需要其频率、通道一致才能建立通信。

4，地址分配&通道分配问题

在刚开始使用NRF时我也搞不清楚地址的分配问题，特别是在多机通信时地址分配尤为重要，具体介绍可用参考地址分配
这篇文章。

二、STM32CubeMX配置

示例：基于STM32CubeMX的基础功能配置在此不做介绍。
SPI配置如下，注意SPI频率。

其CE、CSN、IRQ脚分别对应如下

然后配置串口打印发送和接收的数据即可，生成工程。

三、添加底层文件

1，添加.c/.h文件到工程中

.c文件

#include "24l01.h"
#include "spi.h"

/*********************
 * 注：发送端的发送地址必须和接收端的接收地址一致，且发射端的应答地址为发射端的发射地址（即接收端的接收地址）
 * NRF24L01点对点运行机制：
 * 发送端发送一帧数据（这帧数据带有发送地址）、因为开启了自动应答功能，发送完毕后发送端会立即进入接收模式。
 * 此时接收端如果接到数据以后会首先会将发送端的地址和接收端的地址进行对比，如果一致（所以接收端的接收地址和发送端的发送地址要一致）
 * 则认为是正确的数据，将会接收。接收端会立即发送出自己的接收地址，这时发送端如果接收到了以后会和自己配置的接收地址比较是否一致，
 * 如果一致，则认为此次发送成功。
**********************/
const uint8_t TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH] = {0x11, 0x11, 0x10, 0x10, 0x01}; //发送地址
const uint8_t RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH] = {0x11, 0x11, 0x10, 0x10, 0x01}; //发送地址

const uint8_t TX_ADDRESS1[TX_ADDR] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD, 0x01};
const uint8_t TX_ADDRESS2[TX_ADDR] = {0xDD, 0xAA, 0xCC, 0xDD, 0x01};
const uint8_t TX_ADDRESS3[TX_ADDR] = {0x02};

const uint8_t RX_ADDRESS1[TX_ADDR] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD, 0x01};
const uint8_t RX_ADDRESS2[TX_ADDR] = {0xDD, 0xAA, 0xCC, 0xDD, 0x01};
const uint8_t RX_ADDRESS3[TX_ADDR] = {0x02};

//SPI2 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
uint8_t SPI2_ReadWriteByte(uint8_t TxData)
{
    uint8_t Rxdata;
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,&TxData,&Rxdata,1, 1000);       
 	return Rxdata;          		    //返回收到的数据		
}

//初始化24L01的IO口
void NRF24L01_Init(void)
{
	NRF24L01_CE(0);  //使能24L01
	NRF24L01_CSN(1); //SPI片选取消
}
//检测24L01是否存在
//返回值:0，成功;1，失败
uint8_t NRF24L01_Check(void)
{
	uint8_t buf[5] = {0XA5, 0XA5, 0XA5, 0XA5, 0XA5};
	uint8_t i;
	// SPI2_SetSpeed(SPI_BAUDRATEPRESCALER_4);				 //spi速度为11.25Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz,这里大一点没关系）
	NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + TX_ADDR, buf, 5); //写入5个字节的地址.
	NRF24L01_Read_Buf(TX_ADDR, buf, 5);					 //读出写入的地址
	for (i = 0; i < 5; i++)
		if (buf[i] != 0XA5)
			break;
	if (i != 5)
		return 1; //检测24L01错误
	return 0;	  //检测到24L01
}
//SPI写寄存器
//reg:指定寄存器地址
//value:写入的值
uint8_t NRF24L01_Write_Reg(uint8_t reg, uint8_t value)
{
	uint8_t status;
	NRF24L01_CSN(0);				  //使能SPI传输
	status = SPI2_ReadWriteByte(reg); //发送寄存器号
	SPI2_ReadWriteByte(value);		  //写入寄存器的值
	NRF24L01_CSN(1);				  //禁止SPI传输
	return (status);				  //返回状态值
}
//读取SPI寄存器值
//reg:要读的寄存器
uint8_t NRF24L01_Read_Reg(uint8_t reg)
{
	uint8_t reg_val;
	NRF24L01_CSN(0);					//使能SPI传输
	SPI2_ReadWriteByte(reg);			//发送寄存器号
	reg_val = SPI2_ReadWriteByte(0XFF); //读取寄存器内容
	NRF24L01_CSN(1);					//禁止SPI传输
	return (reg_val);					//返回状态值
}
//在指定位置读出指定长度的数据
//reg:寄存器(位置)
//*pBuf:数据指针
//len:数据长度
//返回值,此次读到的状态寄存器值
uint8_t NRF24L01_Read_Buf(uint8_t reg, uint8_t *pBuf, uint8_t len)
{
	uint8_t status, uint8_t_ctr;
	NRF24L01_CSN(0);				  //使能SPI传输
	status = SPI2_ReadWriteByte(reg); //发送寄存器值(位置),并读取状态值
	for (uint8_t_ctr = 0; uint8_t_ctr < len; uint8_t_ctr++)
		pBuf[uint8_t_ctr] = SPI2_ReadWriteByte(0XFF); //读出数据
	NRF24L01_CSN(1);								  //关闭SPI传输
	return status;									  //返回读到的状态值
}
//在指定位置写指定长度的数据
//reg:寄存器(位置)
//*pBuf:数据指针
//len:数据长度
//返回值,此次读到的状态寄存器值
uint8_t NRF24L01_Write_Buf(uint8_t reg, uint8_t *pBuf, uint8_t len)
{
	uint8_t status, uint8_t_ctr;
	NRF24L01_CSN(0);				  //使能SPI传输
	status = SPI2_ReadWriteByte(reg); //发送寄存器值(位置),并读取状态值
	for (uint8_t_ctr = 0; uint8_t_ctr < len; uint8_t_ctr++)
		SPI2_ReadWriteByte(*pBuf++); //写入数据
	NRF24L01_CSN(1);				 //关闭SPI传输
	return status;					 //返回读到的状态值
}
//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
uint8_t NRF24L01_TxPacket(uint8_t *txbuf)
{
	uint8_t sta;
	// SPI2_SetSpeed(SPI_BAUDRATEPRESCALER_8); //spi速度为6.75Mhz（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
}
//启动NRF24L01发送一次数据
//txbuf:待发送数据首地址
//返回值:0，接收完成；其他，错误代码
uint8_t NRF24L01_RxPacket(uint8_t *rxbuf)
{
	uint8_t sta;
	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
}
//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, (uint8_t *)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
}

//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, (uint8_t *)TX_ADDRESS1, TX_ADR_WIDTH);	 //写TX节点地址
	NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + RX_ADDR_P0, (uint8_t *)RX_ADDRESS1, 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, 0x3f);	  //使能通道0的自动应答
	NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x3f);  //使能通道0的接收地址
	NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + SETUP_RETR, 0xff); //设置自动重发间隔时间:(0x1a 500us + 86us;最大自动重发次数:10次)  (4000us + 86us 15次)
	NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + RF_CH, 40);		  //设置RF通道为40	2.4G + 40Mhz = 2.44G
	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
}

//设置发射端配置
void NRF_Set_Mode_Tx(uint8_t *addr)
{
	NRF24L01_CE(0);
	NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + TX_ADDR, addr, TX_ADR_WIDTH);	 //写TX节点地址
	NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + RX_ADDR_P0, addr, 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, 0x3f);	  //使能通道0的自动应答
	NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x3f);  //使能通道0的接收地址
	NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + SETUP_RETR, 0xff); //设置自动重发间隔时间:(0x1a 500us + 86us;最大自动重发次数:10次)  (4000us + 86us 15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
}

//设置发射端配置
void NRF_Set_Mode_Rx(uint8_t *addr)
{
	NRF24L01_CE(0);
	NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + RX_ADDR_P0, addr, RX_ADR_WIDTH); //写RX节点地址

	NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + EN_AA, 0x3f);			  //使能通道0的自动应答
	NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x3f);		  //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,10us后启动发送
}


//设置NRF24L01工作模式
void NRF24L01_Set_Mode(__NRFRESULT _mode, uint8_t *addr)
{
	
	if(_mode == NRF_MODE_TX){
		
	}
	else if(_mode == NRF_MODE_RX){
		
	}
	
}

//NRF24L01发送数函数
//数据长度自定义且不能超过32字节
__NRFRESULT NRF24L01_TxData(uint8_t *_txvar, uint8_t len)
{
	uint8_t sta;
	NRF24L01_CE(0);
	if(len < TX_PLOAD_MAX_WIDTH){		//小于最大发送字节
		NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, _txvar, len); //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 (__NRFRESULT)MAX_TX;
		}
		if (sta & TX_OK){ //发送完成
			return NRF_OK;
		}		
	}
	return NRF_ERROR; //其他原因发送失败		
}

.h文件

#ifndef __24L01_H
#define __24L01_H

#include "stm32g0xx_hal.h"

//NRF24L01寄存器操作命令
#define NRF_READ_REG    0x00  //读配置寄存器,低5位为寄存器地址
#define NRF_WRITE_REG   0x20  //写配置寄存器,低5位为寄存器地址
#define RD_RX_PLOAD     0x61  //读RX有效数据,1~32字节
#define WR_TX_PLOAD     0xA0  //写TX有效数据,1~32字节
#define FLUSH_TX        0xE1  //清除TX FIFO寄存器.发射模式下用
#define FLUSH_RX        0xE2  //清除RX FIFO寄存器.接收模式下用
#define REUSE_TX_PL     0xE3  //重新使用上一包数据,CE为高,数据包被不断发送.
#define NOP             0xFF  //空操作,可以用来读状态寄存器	 

//SPI(NRF24L01)寄存器地址
#define CONFIG          0x00  //配置寄存器地址;bit0:1接收模式,0发射模式;bit1:电选择;bit2:CRC模式;bit3:CRC使能;
                              //bit4:中断MAX_RT(达到最大重发次数中断)使能;bit5:中断TX_DS使能;bit6:中断RX_DR使能
#define EN_AA           0x01  //使能自动应答功能  bit0~5,对应通道0~5
#define EN_RXADDR       0x02  //接收地址允许,bit0~5,对应通道0~5
#define SETUP_AW        0x03  //设置地址宽度(所有数据通道):bit1,0:00,3字节;01,4字节;02,5字节;
#define SETUP_RETR      0x04  //建立自动重发;bit3:0,自动重发计数器;bit7:4,自动重发延时 250*x+86us
#define RF_CH           0x05  //RF通道,bit6:0,工作通道频率;
#define RF_SETUP        0x06  //RF寄存器;bit3:传输速率(0:1Mbps,1:2Mbps);bit2:1,发射功率;bit0:低噪声放大器增益
#define STATUS          0x07  //状态寄存器;bit0:TX FIFO满标志;bit3:1,接收数据通道号(最大:6);bit4,达到最多次重发
                              //bit5:数据发送完成中断;bit6:接收数据中断;
#define MAX_TX  		0x10  //达到最大发送次数中断
#define TX_OK   		0x20  //TX发送完成中断
#define RX_OK   		0x40  //接收到数据中断

#define OBSERVE_TX      0x08  //发送检测寄存器,bit7:4,数据包丢失计数器;bit3:0,重发计数器
#define CD              0x09  //载波检测寄存器,bit0,载波检测;
#define RX_ADDR_P0      0x0A  //数据通道0接收地址,最大长度5个字节,低字节在前
#define RX_ADDR_P1      0x0B  //数据通道1接收地址,最大长度5个字节,低字节在前
#define RX_ADDR_P2      0x0C  //数据通道2接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P3      0x0D  //数据通道3接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P4      0x0E  //数据通道4接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P5      0x0F  //数据通道5接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define TX_ADDR         0x10  //发送地址(低字节在前),ShockBurstTM模式下,RX_ADDR_P0与此地址相等
#define RX_PW_P0        0x11  //接收数据通道0有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P1        0x12  //接收数据通道1有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P2        0x13  //接收数据通道2有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P3        0x14  //接收数据通道3有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P4        0x15  //接收数据通道4有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P5        0x16  //接收数据通道5有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define NRF_FIFO_STATUS 0x17  //FIFO状态寄存器;bit0,RX FIFO寄存器空标志;bit1,RX FIFO满标志;bit2,3,保留
                              //bit4,TX FIFO空标志;bit5,TX FIFO满标志;bit6,1,循环发送上一数据包.0,不循环;

//24L01操作线
// #define NRF24L01_CE     PGout(12)  //24L01片选信号
// #define NRF24L01_CSN    PGout(10)  //SPI片选信号	   
// #define NRF24L01_IRQ    PIin(11)   //IRQ主机数据输入
#define NRF24L01_CE(n)     (n ? HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET) : HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET))  //24L01片选信号
#define NRF24L01_CSN(n)    (n ? HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_SET) : HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_RESET))  //SPI片选信号	   
#define NRF24L01_IRQ       HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_6)   //IRQ主机数据输入


//24L01发送接收数据宽度定义
#define TX_ADR_WIDTH    5   	//5字节的地址宽度
#define RX_ADR_WIDTH    5   	//5字节的地址宽度
#define TX_PLOAD_MAX_WIDTH  32  //用户数据宽度最大32字节
#define RX_PLOAD_MIN_WIDTH  32  //用户数据宽度最大32字节
#define TX_PLOAD_WIDTH  32  	//32字节的用户数据宽度
#define RX_PLOAD_WIDTH  32  	//32字节的用户数据宽度

typedef enum{
    NRF_OK = 0,
    NRF_ERROR,

    NRF_MODE_TX,
    NRF_MODE_RX,
}__NRFRESULT;		   	   

typedef struct {
    uint8_t NRF_CH;
    uint8_t NRF_Send_Speed;
    uint8_t *ADDRESS;
}_NRF_SETUP;


void NRF24L01_Init(void);//初始化
void NRF24L01_RX_Mode(void);//配置为接收模式
void NRF24L01_TX_Mode(void);//配置为发送模式
uint8_t NRF24L01_Write_Buf(uint8_t reg, uint8_t *pBuf, uint8_t uint8_ts);//写数据区
uint8_t NRF24L01_Read_Buf(uint8_t reg, uint8_t *pBuf, uint8_t uint8_ts);//读数据区		  
uint8_t NRF24L01_Read_Reg(uint8_t reg);			//读寄存器
uint8_t NRF24L01_Write_Reg(uint8_t reg, uint8_t value);//写寄存器
uint8_t NRF24L01_Check(void);//检查24L01是否存在
uint8_t NRF24L01_TxPacket(uint8_t *txbuf);//发送一个包的数据(32字节)
uint8_t NRF24L01_RxPacket(uint8_t *rxbuf);//接收一个包的数据(32字节)

//设置发射端配置
void NRF_Set_Mode_Rx(uint8_t *addr);
//设置发射端配置
void NRF_Set_Mode_Tx(uint8_t *addr);

void NRF24L01_Set_Mode(__NRFRESULT _mode, uint8_t *addr);       //设置NRF24L01工作模式
__NRFRESULT NRF24L01_TxData(uint8_t *_txvar, uint8_t len);      //NRF24L01发送数函数

#endif

2，使用说明

在系统初始化中添加如下程序

NRF24L01_Init();    //NRF24L01
while(NRF24L01_Check()){
     rt_kprintf("NRF24L01 Error\r\n");
	delay_ms(500);
}
rt_kprintf("Check NRF24L01 Succeed!\r\n");

使用时需分别配置发送模式和接收模式，需要发送数据时配置为发送模式，接收数据时配置为接收模式。

四，下载

提示：完全工程下载链接NRF24L01
或者去gitee仓库下载NRF24L01