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1 nRF24L01概述

nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 mA；接收時，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計更方便。

nRF24L01主要特性如下：

GFSK調(diào)制：

硬件集成OSI鏈路層；

具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能;

片內(nèi)自動生成報頭和CRC校驗碼；

數(shù)據(jù)傳輸率為l Mb/s或2Mb/s；

SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s；

125個頻道：

與其他nRF24系列射頻器件相兼容；

QFN20引腳4 mm×4 mm封裝；

供電電壓為1.9 V～3.6 V。

2 引腳功能及描述

nRF24L01的封裝及引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下：

CE：使能發(fā)射或接收；

CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01：

IRQ：中斷標(biāo)志位；

VDD：電源輸入端；

VSS：電源地：

XC2，XC1：晶體振蕩器引腳；

VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8 V；

ANT1,ANT2：天線接口;

IREF：參考電流輸入。

3 工作模式

通過配置寄存器可將nRF241L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表1所示。

空閑模式1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的；空閑模式2則是在當(dāng)發(fā)射堆棧為空且CE=1時發(fā)生(用在PTX設(shè)備)；在空閑模式下，配置字仍然保留。

在掉電模式下電流損耗最小，同時nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。

4 工作原理

發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把地址TX_ADDR和數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)；若自動應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從發(fā)送堆棧中清除；若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC_CNT)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX_PLD不會被清除；MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，以便通知MCU。最后發(fā)射成功時,若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。

接收數(shù)據(jù)時,首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在接收堆棧中，同時中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，以便通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。

5 配置字

SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸時先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。但針對單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。與SPI相關(guān)的指令共有8個，使用時這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給MCU。

nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。nRF24L01的配置寄存器共有25個，常用的配置寄存器如表2所示。

6 應(yīng)用電路設(shè)計

筆者用單片機和nRF24L01設(shè)計了一個無線數(shù)據(jù)傳輸電路，并通過串口將數(shù)據(jù)傳輸至計算機。硬件電路設(shè)計如圖2所示。

圖2中發(fā)射和接收電路相同。使用時需在接收端加一個RS232接口，使其與計算機串口連接，將接收到的數(shù)據(jù)傳送至計算機。該電路的工作原理：首先使接收電路上電，接著便處于接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來；然后運行VB程序，點擊接收按鈕；最后發(fā)射電路上電，并將單片機RAM內(nèi)預(yù)先存放的數(shù)據(jù)"20H"發(fā)射出去，在1 ms內(nèi)接收電路收到數(shù)據(jù)，同時VB界面顯示出接收到的數(shù)據(jù)。該電路實現(xiàn)了PC機與單片機系統(tǒng)之間的無線通信。

系統(tǒng)軟件控制流程如圖3所示。