無線通信NRF24L01---使用筆記

關於NRF24L01的資料，網上已很詳盡了。這篇文章不細紅了描述各知識點。

這篇文章，旨在把各處主要知識點膠接起來，梳理成一套完整的步驟，使器件快速上手匯入工作使用。

 

將按操作順序，拆分成6個步驟，只註解重點和暗坑。以方便自己進行知識管理，亦方便同行兄弟查閱。

代碼方面，儘量做到一行代碼一行解釋。（如有訂正和疑問，可留言交流，將迅速回復。）

• 一、思維導圖
• 二、引腳連接，解釋
• 三、SPI初始化，函數
• 四、NRF參數寫入
• 五、中斷處理函數
• 六、發送數據
• 七、接收數據

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一、思維導圖

工作模式、功耗、命令字等等這些，不用文字囉嗦，直接思維導圖更有效;

花兩天時間翻閱各種零星資料，對主要點進行了組織，包括了工作模式、命令字等圖例，認真過一遍，心裏馬上就能有個框框。

點擊一下圖片能變成清晰的大圖。當然，右擊保存就更方便查看了。

 

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第二部分： 引腳連接，解釋

明確一個，NRF24L01和SI24R1的引腳、程序是通用的，無需任何修改，兩者間通信也互通，已測試確認！

共8個引腳：

1. GND：接地
2. VCC：3.3V。1.9~3.6V都成，不要接5V，馬上燒！
3. CE:     模式控制。其高低電平，配合CONFIG寄存器PRIM_RX和PWR_UP兩個位，可切換工作狀態: 發送、接收 、待機 。
4. IRQ:    中斷信號引腳。發生以下三種中斷時，引腳電平被NRF拉低：發送成功、接收到數據、已達最大重發次數。
5. CSN:   SPI的CS片選引腳
6. SCK:   SPI的時鐘線引腳
7. MOSI: SPI的主出從入數據引腳
8. MISO: SPI的主入從出數據引腳

原代碼程序中，有個連接測試函數，可以作模塊的連接，沒有貼上來，留郵箱發最新版本代碼。

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第三部分：SPI初始化、函數封裝

NRF的配置，就是把各種參數(數值)，如頻道，速率，目標地址等，用SPI方式寫到指定地址(芯片的寄存器).

 這個寫入配置的動作，拆分開來看，理解爲兩部分，是在操作兩種通信，別混亂。

首先主機按NRF datasheet的要求，設置和通過SPI通信，向NRF芯片特定地址(寄存器)寫入參數值；

而這些寫入的數值，就是用於控制NRF與別一個NRF的通信參數。

這兩個通信，理解一下~

1：主機和NRF間的通信：       

• 使用SPI，主機完成對NRF操控，所有操控其實就是4個操作：寫參數、讀參數、寫要發送的數據，讀出收到的數據; 
• 上面的操控，分拆到SPI的操作上，就是常用的6個函數：SPI初始化、字節收發、寫1字節，讀1字節，寫N字節，讀N字節;
• 寫入參數：是NRF與NRF間通信的參數值, 如頻道 ，速率，CRC校檢，自動回答，自動重發，目標地址....
• 讀取參數，主要是STATUS狀態寄存器的值，用於判斷中斷源；
• 寫入發送數據，把待發送的數據寫到TX_FIFO. NRF按包發送數據，包中有效數據最大32字節；要手動做分包處理；
• 讀出收到數據，檢測到RX_DR中斷髮生後（IRQ引腳被拉低)，用SPI把RX_FIFO緩衝區的值，讀取存放到指自已的緩衝區；
• NRF的SPI通信速度可達10MHz,但爲保證數據傳輸的完整不掉包，儘量不要超過8MHz;
• NRF要求SPI通信時，在上升沿採樣數據，要注意時序。

2：NRF和NRF間的收發通信：

• NRF按主機剛纔寫到芯片的參數值開始工作(手動)，通過電波傳輸到另一個芯片中或接收別一芯片的數據(自動)。
• 這部份通信我們要做的，僅是控制CE引腳的高低電平，配合CONFIG寄存器，使NRF在接收、發送、待機三種狀態切換。
• NRF間的無線通信，基本沒我們什麼事。

 

開始碼代碼， 工作順序：  GPIO初始化  >  SPI初始化  >  SPI收發函數  >  寫入NRF通信用的參數  >  中斷函數  >  收發函數

GPIO初始化代碼：

/*** SPI通信引腳, CS, SCK, MOSI, MISO  ***/
GPIOSet (NRF24L01_SPI_CSN_GPIO,  NRF24L01_SPI_CSN_PIN,   G_MODE_OUT , G_OTYPE_PP,  G_OSPEED_25M,  G_PUPD_UP ,     0);            // cs
GPIOSet (NRF24L01_SPI_CLK_GPIO , NRF24L01_SPI_CLK_PIN ,  G_MODE_AF ,  G_OTYPE_PP , G_OSPEED_25M , G_PUPD_DOWN ,   G_AF_SPI2 );  // sck
GPIOSet (NRF24L01_SPI_MOSI_GPIO ,NRF24L01_SPI_MOSI_PIN , G_MODE_AF ,  G_OTYPE_PP , G_OSPEED_25M , G_PUPD_DOWN ,   G_AF_SPI2 );  // mosi
GPIOSet (NRF24L01_SPI_MISO_GPIO ,NRF24L01_SPI_MISO_PIN , G_MODE_AF ,  G_OTYPE_PP , G_OSPEED_25M , G_PUPD_DOWN ,   G_AF_SPI2 );  // miso	
    
/*** NRF控制引腳, CE, IRQ ***/
GPIOSet (NRF24L01_CE_GPIO ,      NRF24L01_CE_PIN ,       G_MODE_OUT , G_OTYPE_PP , G_OSPEED_25M , G_PUPD_DOWN ,   0);           // CE
GPIOSet (NRF24L01_IRQ_GPIO ,     NRF24L01_IRQ_PIN ,      G_MODE_IN  , G_OTYPE_PP , G_OSPEED_25M , G_PUPD_UP   ,   0);           // IRQ   NRF24L01芯片的IRQ引腳下拉能力很弱，注意外部上拉電阻大小，及MCU的上下拉
    

GPIOSet是個自己封裝的初始化函數，不用管，重點看其中的參數就好，注意各上下拉。

 

SPI 初始化代碼：

/*** SPI通信部分 ***/	
CSN_HIGH;                      //失能NRF
NRF24L01_SPI_EN_CLOCK ;        // 時鐘
NRF24L01_SPIX->CR1 = 0;        // 清0
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 0<<0;    // 採樣沿數, NRF要求上升沿採樣   CPHA:時鐘相位,0x1=在第2個時鐘邊沿進行數據採樣， 
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 0<<1;    // 時鐘線閒時極性,  CPOL:時鐘極性,0x1=空閒狀態時，SCK保持高電平
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 1<<2;    // 主從模式,       0=從，1=主
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 2<<3;    // 波特率控制[5:3], 0=fPCLK/2,  1=/4倍  2=/8  3/16
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 0<<7;    // LSB先行，        0=MSB,  1=LSB
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 1<<8;    // 內部從器件選擇,根據9位設置(失能內部NSS)
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 1<<9;    // 軟件從器件管理 :  0=禁止軟件管理從設備， 1=使能軟件從器件管理(軟件NSS)
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 0<<11;   // 數據幀格式,       0=8位,  1=16位	

NRF24L01_SPIX->CR1 |= 1<<6;    // 使能

SPI 初始化重點：

• 一行一註釋，注意細看
• NRF要求在上升沿時採集數值。這就要閒時電平和採樣沿要配合好。
• NRF的SPI可達10MHz, 但實際使用時，不要超過8MHz。這個在SPI的波特率中可控制，因爲SPI通信速率受限低速一方。

插個話題，爲什麼使用寄存器操作編程？因爲：使用寄存器=簡單+清晰，你看，不是嗎？

 

SPI收發函數

/*****************************************************************************
*函  數： u8 SPI_RW(u8 Data)
*功  能： SPI寫入一個字節，並返回一個字節
*參  數： 要寫入的一字節
*返回值： 返回一字節數據
*****************************************************************************/
u8 SPI_SendByte(u8 Data)
{
    u8 retry =0;
    while((NRF24L01_SPIX ->SR & 2) == 0){   // 理解方式，應該把前式的結果理解爲一個寄存器位值，如果這個位值是等號後面的值，就等待
        retry++;
        if(retry>200) return 0;
    }
    NRF24L01_SPIX ->DR = Data;
	
    retry=0;
	while((NRF24L01_SPIX->SR & 1) == 0 ){
        retry++;
        if(retry>200) return 0;
    }
	return NRF24L01_SPIX->DR ;
}

/*****************************************************************************
*函  數：u8 Nrf24l01_WriteReg(u8 reg,u8 value)
*功  能：向指定寄存器地址，寫一個字節數據
*參  數：reg： 寄存器地址
*       val:  要寫入的值
*返回值：status
*****************************************************************************/
u8 Nrf24l01_WriteReg(u8 reg,u8 value)
{
	u8 status;    
	CSN_LOW;
	status = SPI_SendByte(reg) ;
	SPI_SendByte(value);
	CSN_HIGH;    
	return status;
}

/*****************************************************************************
*函  數：u8 NRF24l01_read_reg(u8 reg)
*功  能：向指定寄存器地址，讀出一字節數據
*參  數：reg： 寄存器地址
*返回值：reg_val(第二個讀取到的字節)
*****************************************************************************/
u8 Nrf24l01_ReadReg(u8 reg)
{
	u8 reg_val;    
	CSN_LOW;
	SPI_SendByte(reg);
	reg_val = SPI_SendByte(0xFF);
	CSN_HIGH;    
	return reg_val;
}

/*****************************************************************************
*函  數：u8 Nrf24l01_WriteBuf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
*功  能：寫一組數據到寄存器
*參  數：reg： 寄存器地址
*       pBuf： 要寫入數據的地址
*        len:  要寫入的數據長度
*返回值：status
*備  注：NRF2401代碼移植只需把SPI驅動修改成自己的即可
*****************************************************************************/
u8 Nrf24l01_WriteBuf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
{
	u8 status;    
	CSN_LOW;
	status = SPI_SendByte(reg);
	for(u8 i=0; i<len; i++)	{
		SPI_SendByte(pBuf[i]);		
	}
	CSN_HIGH;    
	return status;
}

/*****************************************************************************
*函  數： u8 vNrf24l01_ReadBuf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
*功  能： 向指定寄存器地址，讀出指定長度的數據
*參  數： reg :    寄存器地址
*        pBuf :   數據存放緩衝區
*        len  :   讀取的字節數量
*返回值： status : 設備狀態字
*****************************************************************************/
u8 Nrf24l01_ReadBuf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
{
	u8 status;	
	CSN_LOW;
	status = SPI_SendByte(reg);
	for(u8 i = 0; i<len ;i++){
		pBuf[i] = SPI_SendByte(0xFF);		
	}
	CSN_HIGH;    
	return status;
}

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第四部分：NRF24L01參數寫入

使用上面初始化的SPI，和剛封裝好的幾個函數，就可以把需要的參數，寫到NRF特定的地址(寄存器), 完成對其配置。

NRF24L01 參數配置代碼：

/*** NRF24L01通信配置 30,2M,***/    
CE_LOW;                                                          // 熱待機模式， 只有在ce置低時，才能配置寄存器
//delayUs(2000);                                                 // PowerDown 切換爲 PowerUp需要1.5ms 
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + RF_CH,        30);                // 射頻通道，即頻率(0-125)
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + RF_SETUP,   0x0F);                // 設置TX發射參數,0db增益,2Mbps,低噪聲增益關閉 （注意：低噪聲增益關閉/開啓直接影響通信,要開啓都開啓，要關閉都關閉0x0f）0x07
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + SETUP_AW,   0x03);                // 地址長度，默認值時0x03,即5字節
Nrf24l01_WriteBuf(W_REGISTER + TX_ADDR,    (u8*)TX_ADDRESS, 5);  // 寫TX節點地址， 地址寬度：5字節，40位 
Nrf24l01_WriteBuf(W_REGISTER + RX_ADDR_P0, (u8*)TX_ADDRESS, 5);  // 設置TX節點地址,主要爲了使能ACK，， 地址寬度：5字節，40位
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + SETUP_RETR, 0x0A);                // 設置自動重發間隔時間:500us + 86us;最大自動重發次數:10次 0x1A	
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + EN_RXADDR,  0x01);                // 使能通道0的接收地址  
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + EN_AA,      0x01);                // 使能通道0自動應答
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + RX_PW_P0,     32);                // 選擇通道0的有效數據寬度  
Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_TX,                0xff);                // 清除TX_FIFO
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS,       0X7E);                // 清除所有中斷,防止一進去接收模式就觸發中斷    
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+CONFIG,       0x0F);                // 配置爲接收模式    
CE_HIGH;   	                                                 // CE置高，進入狀態

重點：

• CE引腳置低，方可配置NRF寄存器！  各教程都這教的，但測試過不置低也可正常配置。
• RF_CH,：頻道，2.4G爲基址，1M爲間隔值，如上面的30，代表使用2.430G的頻率進行芯片間通信。可設值0~125。
• RF_SETUP: 發射功率可配置，說白了就是的耗電程度。接收狀態的功率是不能設置的，所以接收纔是耗電的大頭。數據傳輸率，常說的空中速率，一般設置2M
• 地址長度，5字節，這個很獨特
• TX_ADDR：數據要發送到的目標地址
• RX_ADDR_P0: 接收通道0的接收地址，接收這個地址設備發來的數據，這裏設爲和TX_ADDR一致，是爲了自動應答。
• NRF共有6個接收通道，p0~p5, 可同時監聽6個不同地址的信號，p0通道也用於作自動應答作用。
• TX_FIFO, 發送數據緩衝區，96字節，32字節爲一組，共3組，可理解爲緩衝區可存放3組發送數據。
• RX_FIFO, 同上，兩個FIFO相互獨立。 雖然是FIFO,雖然有3組，但最好還是一包一包收發，狀態切換時間難把握。
• 倒數第二行，配置爲接收模式，注意，這個時候還沒開始工作的，還處於PownDown狀態，狀態和模式是兩回事。
• 最後一行，CE置高10us後，才進入工作狀態，因之前配置的是接收模式，所以將進入接收狀態

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第五部分：中斷處理函數

爲什麼要先說中斷？感覺先了解了中斷，那麼發送、接收就更好理解。

其實不應該叫中斷的，但這樣好理解，還是遵從約定俗成吧。

中斷時, IRQ電平被拉低，是由NRF控制產生的，三種情況可觸發：發送成功、達到重發最大次數、接收到數據。

發送成功：

• 1：PTX發送數據後，馬上開始計時，130us後切換到接收模式，此時計時還在繼續
• 2：PRX在收到數據後，經CRC校檢，數據完整後發回ACK信號
• 3：PTX在規定時間內收到ACK信號，則置位TX_DS標誌，IRQ引腳被拉低

達到重發最大次數：

• 1：PTX發送數據後，馬上開始計時，130us後切換到接收模式，此時計時還在繼續
• 2：PTX在規定時間內，沒收到ACK信號，原因很多：如PRX沒收到數據，CRC校驗錯誤....
• 3：PTX再次發送一次數據，重複步驟1
• 4：SETUP_RETR寄存器可設置重發的次數，達到最大次數後，MAX_RT位被置位，IRQ引腳被拉低。

接收到數據：

• PRX收到數據，經CRC校檢，數據完整，有效數據存放到RX_FIFO，RX_DR位置高，IRQ引腳被拉低。

 

說說清理中斷，要清理的中斷有兩處:

• NRF的中斷位，上面的三種標誌中斷位，都在寄存器STATUS中，各位置1可清0，IRQ引腳即回到高電平。
• 單片機mcu的中斷位，清理外部中斷線標誌位，否則會在中斷函數裏死循環。

中斷處理函數代碼：

void NRF24L01_IRQ_IRQHANDLER(void)
{                    
    u8  status=0 ;

    CE_LOW;                                               // 拉低CE，以便讀取NRF中STATUS中的數據	
    status = Nrf24l01_ReadReg(R_REGISTER + STATUS);       // 讀取STATUS中的數據，以便判斷是由什麼中斷源觸發的IRQ中斷

    /*** 發送完成中斷 ***/
    if(status & STATUS_TX){	                                     
        Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS, STATUS_TX);  // 清NRF中斷：發送完成
        Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_TX, 0xff);                // 清發送緩衝區：TX_FIFO
        printf("\r\n發送成功!!!!\r\n");
        vNrf24l01_RxMode ();                              // 切換爲接收狀態
    }

    /*** 接收完成中斷 ***/
    if(status & STATUS_RX){ 
        memset (NRF_RX_DATA , 0, 32);           
        Nrf24l01_ReadBuf(R_RX_PAYLOAD, NRF_RX_DATA , RX_PAYLO_WIDTH); // 讀數據
        Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS, STATUS_RX);              // 清NRF中斷：收到數據
        Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_RX,0xff);                             // 清除RX FIFO(注意：這句話很必要)   	

        printf("\r\n接收到數據： %s\r\n", NRF_RX_DATA);	        
        vNrf24l01_RxMode ();                             // 切換爲接收狀態
    }

    /*** 最大重發次數中斷 ***/
    if(status & STATUS_MAX){	
        Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS, 0x70);       // 清NRF中斷：三個
        Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_TX, 0xff);                // 清除TX_FIFO      

        printf("\r\n發送失敗，達到最大重發次數!!!\r\n"); 
        vNrf24l01_RxMode();                               // 切換爲接收狀態
    }

    EXTI->PR |= NRF24L01_IRQ_PIN ;                        // 清理外部中斷線標誌位
}    

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第六部分：發送數據

NRF的數據收發，是一包一包進行的，一包(幀)數據：包括了前導碼、目標地址、包控制域、有效數據、CRC, 但我們只管有效數據，其它的不用我們負責，NRF發送時自動打包，接收到數據時自動拆包。

每一包的有效數據最大爲32個字節。當然，也可以只發一個字節的數據。

要發送的數據大於32字節，就要分包進行，自行手動分包處理。

因爲在配置部分時，已配置好了頻道，速率，重發次數等各種參數，在需要發送數據時，只要往芯片寫入要發送的數據和地址，然後切換爲發送狀態，芯片就會自動發送。

發送成功(收到ack)，會產生TX_DS中斷。

發送失敗了(達到最大重發次數), 也會產生MAR_RT中斷。

在中斷函數裏，根據情況作處理就好。

發送數據代碼：

void vNrf24l01_TxPacket(u8 *txbuf)
{
    CE_LOW; 
    Nrf24l01_WriteBuf(W_TX_PAYLOAD,           txbuf,          32);   // 寫數據到TX_BUFF    
    Nrf24l01_WriteBuf(W_REGISTER+TX_ADDR,    (u8*)TX_ADDRESS,  5);   // 寫入要發送的目標地址 
    Nrf24l01_WriteBuf(W_REGISTER+RX_ADDR_P0, (u8*)TX_ADDRESS,  5);   // 通道0的地址設爲和目標地址一致，以接收自動回覆auto_ack信號 
    Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+CONFIG,      0x0E);	             // 設置爲發送模式,開啓所有中斷	    
    CE_HIGH;	
}

發送就這幾句！

重點：RX_ADDR_P0的地址和TX_ARRD一樣，目的是自動應答。有個前提，在配置中已使能自動應答。

把操作封裝成一個函數，要發什麼，就往函數裏掉數據就好，每次不要大於32字節。

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第七部分：接收數據

當系統或程序運行時，大部分時間是運行在接收狀態下的。如：

• 第四個部分配置步驟完成後，程序已處在接收狀態。
• 第五個部分，在中斷處理函數中，三種中斷處理後，也切換爲接收狀態，當然，也可以切換爲更省電的待機狀態。

NRF有6個接收通道，指在可同時監聽接收同一個頻道，同一速率的6個不同設備的數據。

常用的只是通道P0, 如果只使能了通道P0，那就只能接收到P0中地址設備發來的數據。

可以使能全部6個通道，設置6個不同設備地址，就可以監聽接收6個設備發來的數據(同一時間，只能接收其中1個設備的數據）;

注意，接收數據，指在接收中斷髮生後，我們從RX_FIFO中把數據讀存到主機。而中斷髮生前的監聽接收，NRF自動完成。

接收數據的代碼：

接收本來就是最簡單的，沒啥特別代碼，下面的代碼，只是在中斷處理函數裏，再貼出來而已。

Nrf24l01_ReadBuf(R_RX_PAYLOAD, NRF_RX_DATA , RX_PAYLO_WIDTH); // 讀數據到數組
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS, STATUS_RX);              // 清NRF中斷：收到數據
Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_RX,0xff);                             // 清除RX FIFO(注意：這句話很必要)  

把接收到的數據，先存放NRF_RX_DATA數組，再進行處理，不要在中斷函數中處理。

讀完後，記得要清理RX_FIFO，不然它一直佔用NRF的緩衝區。RX_FIFO共96字節，分成32字節3組，NRF每次接收到數據就存放到最後面的一組中，當存滿了3組，後面再接收到的數據，就會被NRF掉棄。

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最後，原來想把原工程代碼上傳上來的，但下載時要消耗積分...

哪位朋友如果需要原代碼的，留個郵箱地址 ，給你發最新測試修改好的工程文件。

 

寫了三四個小時，累~~~