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NRF24L01無線模塊簡介

NRF24L01 無線模塊，采用的芯片是 NRF24L01，該芯片的主要特點如下：

1）2.4G 全球開放的 ISM 頻段，免許可證使用。

2）最高工作速率 2Mbps，高校的 GFSK 調制，抗干擾能力強。

3）125 個可選的頻道，滿足多點通信和調頻通信的需要。

4）內置 CRC 檢錯和點對多點的通信地址控制。

5）低工作電壓（1.9-3.6V）。

6）可設置自動應答，確保數據可靠傳輸。

該芯片通過 SPI 與外部 MCU 通信，最大的 SPI 速度可以達到 10Mhz，所以在后面軟件編程的時候 SPI 速度不能高于這個最大值。本章我們用到的模塊是深圳云佳科技生產的 NRF24L01，該模塊已經被很多公司大量使用，成熟度和穩(wěn) 定性都是相當不錯的。該模塊的外形和引腳圖如圖 1.1.1 所示：

圖 1.1.1 NRF24L01 模塊外觀引腳圖

模塊 VCC 腳的電壓范圍為 1.9-3.6V，建議不要超過 3.6V，否則可能燒壞模塊，一般用 3.3V 電壓比較合適。除了 VCC 和 GND 腳，其他引腳都可以和 5V 單片機的 IO 口直連，正是因為其兼容 5V 單片機的 IO，故使用上具有很大優(yōu) 勢。關于 NRF24L01 的詳細介紹，請參考 NRF24L01 的技術手冊。

本實驗功能簡介：開機時系統先檢測 NRF24L01 模塊是否存在，在檢測到 NRF24L01 模塊之后，根據 K_UP 和 K_DOWN 按鍵來決定模塊的工作模式，在設定好工作模式之后，就會開發(fā)發(fā)送/接收數據，同樣用 D1 指示燈來指示程序正在運行。

開發(fā)板上并沒有集成 NRF24L01 無線模塊,而是預留了一個模塊接口，所以我們需要知道模塊接口與開發(fā)板對應的管腳原理圖，如圖1.2.1 所示：

圖 1.2.1 NRF24L01 模塊接口與開發(fā)板連接原理圖

這里 NRF24L01 模塊使用的是 SPI2，和我們開發(fā)板上的 FLASH 共用一個 SPI 接口，所以在使用的時候要分時復用 SPI2。本章我們需要把 FLASH EN25QXX 的片選信號置高，以防止這個器件對 NRF24L01 的通信造成干擾。

NRF24L01 無線模塊和開發(fā)板的連接實物圖如圖 1.2.2 所示：

圖 1.2.2 NRF24L01 模塊連接圖

由于 2.4G 無線通信是雙向的，所以至少要有兩個模塊同時能工作，這里我們使用 2 套普中 STM3-PZ6806L 開發(fā)板來向大家演示。

打開“\2.4G 無線通信應用\2.4G 無線通信程序”工程，可以看到我們加入了 nrf24l01.c 源文件和 nrf24l01.h 頭文件，所有NRF24L01 相關的驅動代碼和定義都在這兩個文件中實現。同時，我們還加入了之前的 spi 驅動文件 spi.c 和 spi.h 頭文件，因為NRF24L01 是通過 SPI 接口通信的。

1.3.1NRF24L01驅動程序

打開 nrf24l01.c 文件，代碼如下：

#include "nrf24l01.h"
#include "spi.h"
const u8 TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; // 發(fā)送地址
const u8 RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01};
//初始化 24L01 的 IO 口
void NRF24L01_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
//使能 PB,F,D 端口時鐘 //PF8-CE PF9-CSN PD3-IRQ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPI
OF|RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; //PG13 上拉防止 EN25X 的干擾
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推
挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure); //初始化指定 IO GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_13);//上拉
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; //PB12 上拉防止以太網 NSS 的干擾
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化指定 IO GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//上拉
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_8; //PF8 9 推挽
GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化指定 IO GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_8);//PF6,7,8 下拉
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PD3 輸入
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_3);//PD3 下拉
SPI2_Init(); //初始化 SPI SPI_Cmd(SPI2, DISABLE); // SPI 外設不使能
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //SPI 設置為雙線雙向全雙工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //SPI 主機 SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //發(fā)送
接收 8 位幀結構
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //時鐘懸空低 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; //數據捕獲于第 1
個時鐘沿
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS 信號由軟件
控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler =
SPI_BaudRatePrescaler_16; //定義波特率預分頻的值:波特率預分頻值為 16
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // 數據傳輸從 MSB 位開始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC 值計算的多項式 SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根據 SPI_InitStruct 中指
定的參數初始化外設 SPIx 寄存器
SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能 SPI 外設
NRF24L01_CE=0; //使能 24L01
NRF24L01_CSN=1; //SPI 片選取消
}
//檢測 24L01 是否存在
//返回值:0，成功;1，失敗
u8 NRF24L01_Check(void)
{
u8 buf[5]={0XA5,0XA5,0XA5,0XA5,0XA5};
u8 i;
SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_4); //spi 速度為 9Mhz（24L01 的最大 SPI 時鐘為 10Mhz）
NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR,buf,5);//寫入 5 個字節(jié) 的地址.
NRF24L01_Read_Buf(TX_ADDR,buf,5); //讀出寫入的地址
for(i=0;i<5;i++)if(buf[i]!=0XA5)break;
if(i!=5)return 1;//檢測 24L01 錯誤
return 0; //檢測到 24L01
}
//SPI 寫寄存器
//reg:指定寄存器地址
//value:寫入的值
u8 NRF24L01_Write_Reg(u8 reg,u8 value)
{
u8 status;
NRF24L01_CSN=0; //使能 SPI 傳輸 status =SPI2_ReadWriteByte(reg);//發(fā)送寄存器號 SPI2_ReadWriteByte(value); //寫入寄存器的值 NRF24L01_CSN=1; //禁止 SPI 傳輸 return(status); //返回狀態(tài)值
}
//讀取 SPI 寄存器值
//reg:要讀的寄存器
u8 NRF24L01_Read_Reg(u8 reg)
{
u8 reg_val;
NRF24L01_CSN = 0; //使能 SPI 傳輸 SPI2_ReadWriteByte(reg); //發(fā)送寄存器號 reg_val=SPI2_ReadWriteByte(0XFF);//讀取寄存器內容 NRF24L01_CSN = 1; //禁止 SPI 傳輸 return(reg_val); //返回狀態(tài)值
}
//在指定位置讀出指定長度的數據
//reg:寄存器(位置)
//*pBuf:數據指針
//len:數據長度
//返回值,此次讀到的狀態(tài)寄存器值
u8 NRF24L01_Read_Buf(u8 reg,u8 *pBuf,u8 len)
{
u8 status,u8_ctr;
NRF24L01_CSN = 0; //使能 SPI 傳輸
status=SPI2_ReadWriteByte(reg);//發(fā)送寄存器值(位置),并讀取狀態(tài) 值
for(u8_ctr=0;u8_ctr<len;u8_ctr++)pBuf[u8_ctr]=SPI2_ReadWriteByte(
0XFF);//讀出數據
NRF24L01_CSN=1; //關閉 SPI 傳輸
return status; //返回讀到的狀態(tài)值
}
//在指定位置寫指定長度的數據
//reg:寄存器(位置)
//*pBuf:數據指針
//len:數據長度
//返回值,此次讀到的狀態(tài)寄存器值
u8 NRF24L01_Write_Buf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
{
u8 status,u8_ctr;
NRF24L01_CSN = 0; //使能 SPI 傳輸
status = SPI2_ReadWriteByte(reg);//發(fā)送寄存器值(位置),并讀取狀態(tài)值
for(u8_ctr=0; u8_ctr<len; u8_ctr++)SPI2_ReadWriteByte(*pBuf++);
//寫入數據
NRF24L01_CSN = 1; //關閉 SPI 傳輸
return status; //返回讀到的狀態(tài)值
}
//啟動 NRF24L01 發(fā)送一次數據
//txbuf:待發(fā)送數據首地址
//返回值:發(fā)送完成狀況
u8 NRF24L01_TxPacket(u8 *txbuf)
{
u8 sta;
SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_4);//spi 速度為 9Mhz（24L01 的最大 SPI 時鐘為 10Mhz）
NRF24L01_CE=0; NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,txbuf,TX_PLOAD_WIDTH);// 寫數據
到 TX BUF 32 個字節(jié) NRF24L01_CE=1;//啟動發(fā)送 while(NRF24L01_IRQ!=0);//等待發(fā)送完成 sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS); //讀取狀態(tài)寄存器的值
NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS,sta); // 清除 TX_DS 或 MAX_RT 中斷標志
if(sta&MAX_TX)//達到最大重發(fā)次數
{
NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff);//清除 TX FIFO 寄存器
return MAX_TX;
}
if(sta&TX_OK)//發(fā)送完成
{
return TX_OK;
}
return 0xff;//其他原因發(fā)送失敗
}
//啟動 NRF24L01 發(fā)送一次數據
//txbuf:待發(fā)送數據首地址
//返回值:0，接收完成；其他，錯誤代碼
u8 NRF24L01_RxPacket(u8 *rxbuf)
{
u8 sta;
SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); //spi 速度為 9Mhz（24L01 的最大 SPI 時鐘為 10Mhz）
sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS); //讀取狀態(tài)寄存器的值 NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS,sta); // 清除 TX_DS 或
MAX_RT 中斷標志
if(sta&RX_OK)//接收到數據
{
NRF24L01_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rxbuf,RX_PLOAD_WIDTH);// 讀取數據
NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff);//清除 RX FIFO 寄存器
return 0;
}
return 1;//沒收到任何數據
}
//該函數初始化 NRF24L01 到 RX 模式
//設置 RX 地址,寫 RX 數據寬度,選擇 RF 頻道,波特率和 LNA HCURR
//當 CE 變高后,即進入 RX 模式,并可以接收數據了
void NRF24L01_RX_Mode(void)
{
NRF24L01_CE=0;
NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_AD R_WIDTH);//寫 RX 節(jié)點地址
NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01); //使能通道 0 的自動應答
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); //設置 RF 通
信頻率
NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);//選
擇通道 0 的有效數據寬度 NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);//設置 TX 發(fā)射
參數,0db 增益,2Mbps,低噪聲增益開啟
NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+CONFIG, 0x0f);//配置基本工作模式的參數;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式
NRF24L01_CE = 1; //CE 為高,進入接收模式
}
//該函數初始化 NRF24L01 到 TX 模式
//設置 TX 地址,寫 TX 數據寬度,設置 RX 自動應答的地址,填充 TX 發(fā)送數據, 選擇 RF 頻道,波特率和 LNA HCURR
//PWR_UP,CRC 使能
//當 CE 變高后,即進入 RX 模式,并可以接收數據了
//CE 為高大于 10us,則啟動發(fā)送. void NRF24L01_TX_Mode(void)
{
NRF24L01_CE=0;
NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR,(u8*)TX_ADDRESS,TX_ADR_W IDTH);//寫 TX 節(jié)點地址
NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_AD R_WIDTH); //設置 TX 節(jié)點地址,主要為了使能 ACK
NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01); //使能通道 0 的自動應答
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);//設置自動重發(fā)間隔時間:500us + 86us;最大自動重發(fā)次數:10 次
NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH,40); //設置 RF 通
道為 40
NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f); //設置 TX 發(fā)
射參數,0db 增益,2Mbps,低噪聲增益開啟 NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+CONFIG,0x0e); //配置基本工
作模式的參數;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式,開啟所有中斷 NRF24L01_CE=1;//CE 為高,10us 后啟動發(fā)送
}

復制代碼

此部分代碼我們不多介紹，程序內有詳細的注釋，在這里強調一個要注意的

地方，在 NRF24L01_Init 函數里面，我們調用了 SPI2_Init()函數，該函數我們在 FLASH 實驗中講到過，當時我們把 SPI 的 SCK 設置為空閑時為高，但是 NRF24L01 的 SPI 通信時序如圖 1.3.1 所示：

圖 1.3.1 NRF24L01 SPI 通信時序圖

從圖中可以看出，SCK 空閑的時候是低電平的，而數據在 SCK 的上升沿被讀寫。所以，我們需要設置 SPI 的 CPOL 和 CPHA 均為 0，來滿足 NRF24L01 對 SPI 操作的要求。所以，我們在 NRF24L01_Init 函數里面又單獨添加了將 CPOL 和 CPHA 設置為 0 的代碼。

接下來我們看看 nrf24l01.h 代碼,該頭文件主要定義了一些 NRF24L01 的命令字以及函數聲明，這里還通過 TX_PLOAD_WIDTH 和RX_PLOAD_WIDTH 決定了發(fā)射和接收的數據寬度，也就是我們每次發(fā)射和接受的有效字節(jié)數。 NRF24L01 每次最多傳輸 32 個字節(jié)，再多的字節(jié)傳輸則需要多次傳送。

打開 main.c，代碼如下：

/* 下載程序后，首先要按下按鍵 K_UP 或者 K_DOWN，按鍵 K_UP 是接收， K_DOWN 是發(fā)送，兩塊開發(fā)板
只能一個作為發(fā)送一個作為接收，否則兩個都為接收或者發(fā)送將進入死循環(huán)。接收的時候
指示燈閃爍 NRF24L01 的最大 SPI 時鐘為 10Mhz 因此在設定 SPI 時鐘的時候要低于 10M*/
#include "system.h"
#include "SysTick.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
#include "tftlcd.h"
#include "key.h"
#include "nrf24l01.h"
void data_pros() //數據處理函數
{
u8 key;
static u8 mode=2; //模式選擇
u8 rx_buf[33]="www點prechincn";
static u16 t=0;
while(1) //等待按鍵按下進行選擇發(fā)送還是接收
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==KEY_UP) //接收模式
{
mode=0;
LCD_ShowString(10,140,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"RX
_Mode");
LCD_ShowString(10,160,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"Re ceived Data:");
");
LCD_ShowString(120,160,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"
break;
}
if(key==KEY_DOWN) //發(fā)送模式
{
mode=1;
LCD_ShowString(10,140,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"TX
_Mode");
LCD_ShowString(10,160,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"Se nd Data: ");
");
LCD_ShowString(120,160,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"
break;
}
}
if(mode==0) //接收模式
{
NRF24L01_RX_Mode();
while(1)
{
if(NRF24L01_RxPacket(rx_buf)==0) //接收到數據顯示
{
rx_buf[32]='\0';
LCD_ShowString(120,160,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,rx
_buf);
break;
}
else
{
delay_ms(1);
}
t++;
if(t==1000)
{
t=0;
led2=~led2; //一秒鐘改變一次狀態(tài)
}
}
}
if(mode==1) //發(fā)送模式
{
NRF24L01_TX_Mode();
while(1)
{
if(NRF24L01_TxPacket(rx_buf)==TX_OK)
{
LCD_ShowString(120,160,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,rx
_buf);
break;
}
else
{
LCD_ShowString(120,160,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"S
end Data Failed ");
}
}
}
}
int main()
{
u8 i=0; u16 rd=0; SysTick_Init(72);
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //中斷優(yōu)先級分組分 2 組
LED_Init(); USART1_Init(9600);
TFTLCD_Init(); //LCD 初始化 KEY_Init();
NRF24L01_Init();
FRONT_COLOR=BLACK; LCD_ShowString(10,10,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"
PRECHIN STM32F1"); LCD_ShowString(10,30,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"
www點prechin點net"); LCD_ShowString(10,50,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"
NRF24L01 Test"); LCD_ShowString(10,70,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"
K_UP:RX_Mode K_DOWN:TX_Mode"); FRONT_COLOR=RED;
while(NRF24L01_Check()) //檢測 NRF24L01 是否存在
{
LCD_ShowString(140,50,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"Er ror ");
} LCD_ShowString(140,50,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,
"Success");
while(1)
{
data_pros(); i++; if(i%20==0)
{
led1=!led1;
}
delay_ms(10);
}
}

復制代碼

程序運行時先通過 NRF24L01_Check 函數檢測 NRF24L01 是否存在，如果存在，則讓用戶選擇發(fā)送模式(K_DOWN)還是接收模式（K_UP），在確定模式之后，

設置 NRF24L01 的工作模式，然后執(zhí)行相應的數據發(fā)送/接收處理。在測試的時候一定要注意，兩塊開發(fā)板一個選擇發(fā)送模式，一個選擇接收模式，這樣在 LCD 上才會顯示發(fā)送的字符數據“www點prechin點cn”,還有要注意發(fā)送字節(jié)的長度，在頭文件內我們已經定義了最大的發(fā)送字節(jié)長度。

將模塊連接好以后，把實驗程序分別下載到兩塊開發(fā)板內即可看到兩塊開發(fā) 板 LCD 顯示，插上 NRF24L01 模塊后，通過 K_UP 和 K_DOWN按鍵，設定好對應的模式，發(fā)送端就會發(fā)送 www點prechin點cn 到接收端，同時 LCD 會顯示發(fā)送與接收的字符。如圖 1.4.1 所示：

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