nRF24L01无线模块在单片机

1、nRF24L01无线模块在单片机与FPGA 上的应用 先简单的介绍下nRF24L01无线模块(1) 2.4Ghz 全球开放ISM 频段免许可证使用(2) 最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合(3) 126 频道，满足多点通信和跳频通信需要(4) 内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制(5) 低功耗1.9 - 3.6V 工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA(6) 内置2.4Ghz 天线，体积小巧15mm X29mm(7) 模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便 通过S

2、PI方式完成数据的交换，包括数据的发送，数据的接收。说明一下，单片机中如果没有SPI的硬件电路，我们可以使用单片机的普通IO口进行SPI的时序模拟，只要符合无线模块的时序逻辑，一样能控制无线模块的通信。FPGA是可编程逻辑，最大的特点就是灵活，用户可根据需求加入所需要的逻辑器件，当然它所包含的逻辑单元也是相当的丰富，有SPI硬件模块。这样用户就省去了SPI方式的时序逻辑，可以更好的专注于功能的开发。下面将详细的介绍下nRF24L01无线模块在单片机与FPGA上的应用单片机：这里我们使用的单片机型号为PIC16F877。 图1.3 NRF24L01接入PIC的原理图 说明：从图1.3中可以看出，

3、主要是图1.1中的6个信号（还有2个是地与电源）接入单片机中。而那些引脚是普通的IO口，需要用户模仿SPI时序进行控制。无线模块进行数据的交换就是数据的发送与数据的接收，下面将从这2个方面进行介绍。不管是数据的发送还是数据的接收，要想控制好NRF24L01无线模块，先要通过SPI方式对无线模块进行配置，只需要往它对应的寄存器里写入数值便可。先定义一下PIC上的宏，下面我们就可以很方便的对PIC的引脚进行操作。1#define MISO RC22#define MOSI RC33#define SCK RD04#define CE RD25#define CSN RD16#define IRQ

4、RC17#define LED RD38#define KEY0 RB09#define KEY1 RB110#define KEY2 RB211#define KEY3 RB312#define KEY4 RB413#define KEY5 RB514#define KEY6 RB615#define KEY7 RB7 NRF24L01无线模块的寄存器1/*NRF24L01寄存器指令2#define READ_REG 0x00/ 读寄存器指令3#define WRITE_REG 0x20/ 写寄存器指令4#define RD_RX_PLOAD 0x61/ 读取接收数据指令5#define W

5、R_TX_PLOAD 0xA0/ 写待发数据指令6/*SPI(nRF24L01)寄存器地址7#define CONFIG 0x00 / 配置收发状态，8#define EN_AA 0x01 / 自动应答功能设置9#define EN_RXADDR 0x02 / 可用信道设置10#define SETUP_AW 0x03 / 收发地址宽度设置11#define SETUP_RETR 0x04 / 自动重发功能设置12#define RF_CH 0x05 / 工作频率设置13#define RF_SETUP 0x06 / 发射速率、功耗功能设置14#define STATUS 0x07 / 状态寄

6、存器15#define RX_ADDR_P0 0x0A / 频道0接收数据地址16#define TX_ADDR 0x10 / 发送地址寄存器17#define RX_PW_P0 0x11 / 接收频道0接收数据长度18#define FIFO_STATUS 0x17 / FIFO栈入栈出状态寄存器设置 有2类寄存器是用户可以根据自己的需求所确定的，那就是地址的长度以及内容、发送与接收数据的长度，但无线模块一次最多可以发送32个字节，这两类寄存器一般设置为34个字节。1#define TX_PLOAD_WIDTH 42#define RX_PLOAD_WIDTH 43unsignedchar

7、TX_ADDRESSTX_ADR_WIDTH= 0x34,0x43,0x10;/本地地址4unsignedchar RX_ADDRESSRX_ADR_WIDTH= 0x34,0x43,0x10;/接收地址 A 模拟SPI方式1/*2/*函数：uint SPI_RW(uint uchar)3/*功能：NRF24L01的SPI时序4/*/5unsignedchar SPI_RW(unsignedchar a)67unsignedchar i;8for(i=0;i<8;i+)910if(a&0x80)=0x80)11MOSI=1;12else MOSI=0;/ output '

8、uchar', MSB to MOSI13a=(a<<1);/ shift next bit into MSB.14SCK=1;/ Set SCK high.15if(MISO=1)16a|=0x01;17else a&=0xfe;/ capture current MISO bit18SCK=0;/ .then set SCK low again1920return(a);/ return read uchar21 B 以SPI方式对寄存器的操作1/*2/*函数：uchar SPI_Read(uchar reg)3/*功能：NRF24L01的SPI读操作4/*/5

9、unsignedchar SPI_Read(unsignedchar reg)67unsignedchar reg_val;8CSN=0;/ CSN low, initialize SPI communication.9SPI_RW(reg);/ Select register to read from.10reg_val=SPI_RW(0);/ .then read registervalue11CSN=1;/ CSN high, terminate SPI communication12return(reg_val);/ return register value1314/*/15/*功能

10、：NRF24L01读写寄存器函数16/*/17unsignedchar SPI_RW_Reg(unsignedchar reg, unsignedchar value)1819unsignedchar status;20CSN= 0;/ CSN low, init SPI transaction21status=SPI_RW(reg);/ select register22SPI_RW(value);/ .and write value to it.23CSN= 1;/ CSN high again24return(status);/ return nRF24L01 status uchar2

11、526/*/27/*函数：uint SPI_Read_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)28/*功能: 用于读数据，reg：为寄存器地址，pBuf：为待读出数据地址，uchars：读出数据的个数29/*/30unsignedchar SPI_Read_Buf(unsignedchar reg, unsignedchar *pBuf, unsignedchar uchars)3132unsignedchar status,uchar_ctr;33CSN= 0;/ Set CSN low, init SPI tranaction34status=SP

12、I_RW(reg);/ Select register to write to and read status uchar3536for(uchar_ctr=0;uchar_ctr<uchars;uchar_ctr+)3738pBufuchar_ctr=SPI_RW(0);3940CSN= 1;4142return(status);4344/*45/*函数：uint SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)46/*功能: 用于写数据：为寄存器地址，pBuf：为待写入数据地址，uchars：写入数据的个数47/*/48unsig

13、nedchar SPI_Write_Buf(unsignedchar reg, unsignedchar *pBuf, unsignedchar uchars)4950unsignedchar status,uchar_ctr;5152CSN= 0;/SPI使能53status=SPI_RW(reg);54for(uchar_ctr=0; uchar_ctr<uchars; uchar_ctr+)5556SPI_RW(*pBuf+);5758CSN= 1;/关闭SPI59return(status);60 这样就可以对NRF24L01无线模块进行初始化工作，以及数据发送、数据接收。让无线

14、模块是处于接收状态还是处于发送状态，初始化的工作有所不同，但区别不大，主要是CONFIG寄存器，可详细参考它的datesheet。 NRF24L01发送的初始化以及发送时序1void init_NRF24L01_send(void)23delay(30);4CE=0;/ chip enable5CSN=1;/ Spi disable6SCK=0;/ Spi clock line init high7delay(30);8SPI_Write_Buf(WRITE_REG+ TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);/ 写本地地址9SPI_Write_Buf(WRITE_

15、REG+ RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH);/ 写接收端地址10SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ EN_AA,0x01);/ 频道0自动 ACK应答允许11SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ EN_RXADDR,0x01);/ 允许接收地址只有频道0，如果需要多频道可以参考Page2112SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ SETUP_RETR,0x1a);/ 500us + 86us, 10 retrans.13SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ RF_CH,40);/ 设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致14S

16、PI_RW_Reg(WRITE_REG+ RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH);/设置接收数据长度，本次设置为4字节15SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ RF_SETUP,0x07);/设置发射速率为1MHZ，发射功率为最大值0dB16SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ CONFIG,0x0e);/ IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送17/ CE=1;/ chip enable18delay(30);192021/*22/*函数：void nRF24L01_TxPacket(unsigned char *tx_buf)23/*功能：发送 tx_buf中

17、数据24/*/25void nRF24L01_TxPacket(unsignedchar *tx_buf)2627CE=0;/StandBy I模式28SPI_Write_Buf(WRITE_REG+ RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);/ 装载接收端地址29SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, tx_buf, TX_PLOAD_WIDTH);/ 装载数据30SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ CONFIG,0x0e);/ IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送31CE=1;/置高CE，激发数据发送32delay(100);

18、33CE=0;34 NRF24L01接收的初始化以及接收时序1void init_NRF24L01_receive(void)23delay(30);4CE=0;/ chip enable5CSN=1;/ Spi disable6SCK=0;/ Spi clock line init high7delay(30);8SPI_Write_Buf(WRITE_REG+ TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);/ 写本地地址9SPI_Write_Buf(WRITE_REG+ RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH);/ 写接收端地址10

19、SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ EN_AA,0x01);/ 频道0自动 ACK应答允许11SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ EN_RXADDR,0x01);/ 允许接收地址只有频道0，如果需要多频道可以参考Page2112SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ RF_CH,40);/ 设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致13SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH);/设置接收数据长度，本次设置为32字节14SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ RF_SETUP,0x07);/设置发射速率为1MHZ，发射功

20、率为最大值0dB15SPI_RW_Reg(WRITE_REG+ CONFIG,0x0f);/ IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主接受16CE=1;17delay(40);18192021/*/22/*函数：unsigned char nRF24L01_RxPacket(unsigned char* rx_buf)23/*功能：数据读取后放如rx_buf接收缓冲区中24/*/25unsignedchar nRF24L01_RxPacket(unsignedchar* rx_buf)2627unsignedchar revale=0;28sta=SPI_Read(STATUS);/ 读取状态

21、寄存其来判断数据接收状况29if(RX_DR)/ 判断是否接收到数据3031CE= 0;/SPI使能32SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_buf,TX_PLOAD_WIDTH);/ read receive payload from RX_FIFO buffer33revale=1;/读取数据完成标志3435SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0xff);36return revale;37 下面总结一下NRF24L01在FPGA的应用。由于FPGA自带SPI硬件，只需要在SOPC Bulider中添加SPI模块即可，在顶层图中我们就可以看到图1.4,

22、另外，我们再添加两个IO口，这样我们就不必再模拟SPI方式，在FPGA中，有一个很好的API函数alt_avalon_spi_command();其函数原型为：1int alt_avalon_spi_command(alt_u32base,alt_u32slave,2alt_u32write_length,3constalt_u8*wdata,4alt_u32read_length,5alt_u8*read_data,6alt_u32flags) 该函数执行以下功能： 1、 SPI 从机片选信号有效（拉低） ； 2、 从 wdata 指针读取数据，通过 SPI 接口传输总共 write_len

23、gth 字节的数据，丢弃 MISO接口输入的数据； 3、 读 read_length 个字节的数据，存储到 read_data 指针指向的地址。读传输过程中 MOSI 被置为 0； 4、 撤销 SPI 从机片选信号（拉高）。 头文件<altera_avalon_spi.h>，该头文件定义了 SPI 核的寄存器映射和访问硬件可用的一些特征常量。这个函数的最大缺点就是不可以在中断中使用，但这并不影响对它的使用。NRF24L01在单片机和FPGA上的应用的本质是一样的，主要区别就是对上面的A、B SPI方式进行改写。A 就是用alt_avalon_spi_command();代替，是不是

24、很方便呢。:-DB 以SPI方式对寄存器的操作1/*2* 函数名称: void SPI_RW_Reg(unsigned char reg, unsigned char value)()3* 函数功能: 访问无线模块寄存器，并也对其写数值控制4* 参数：2个，第一个为寄存器地址，第二个为向寄存器写的数值5*/6void SPI_RW_Reg ( unsignedchar reg, unsignedchar value )78alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,1,&reg,0,NULL,1 );/ select register9alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,1,&value,0,NULL,0 );101112/*13* 函数名称: void SPI_Write_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char bytes)14* 函数功能: 访问寄存器，并向其写入bytes字节的数值15* 参数：3个，寄存器地址，数据、长度16*/17void SPI_Write_Buf ( unsignedchar reg, unsignedchar