《智能电子产品设计与制作》课件-4.3.1 NRF24L01无线模块

4.3.1NRF24L01无线模块项目四11一月2026智能电子产品设计与制作主要内容NRF24L01特性及应用NRF24L01概述NRF24L01功能描述寄存器指令格式NRF24L01寄存器地址NRF24L01模块接口1.NRF24L01特性及应用（1）特性

真正的GFSK单收发芯片

内置链路层

增强型ShockBurst

自动应答及自动重发功能

地址及CRC检验功能

数据传输率：1或2Mbps

SPI接口数据速率：0~8Mbps

125个可选工作频道

很短的频道切换时间，可用于跳频

与nRF24XX系列完全兼容

可接受5V电平的输入

20脚QFN4X4mm封装

极低的晶振要求+/-60ppm

低成本电感和双面PCB板

工作电压：1.9~3.6V1.NRF24L01特性及应用（2）应用领域无线鼠标、键盘、游戏机操纵杆、无线门禁、无线数据通讯、安防系统、遥控装置、玩具等等。2.NRF24L01概述NRF24L01是一款工作在2.4~2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型SchockBurst模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为-6dBm时电流消耗为9.0mA，接收模式时为12.3mA。掉电模式和待机模式下电流消耗更低。参数数值单位最低供电电压1.9V最大发射功率0dBm最大数据传输率2000kbps发射模式下电流消耗（0dBm）11.3mA接收模式下电流消耗（2000kbps）12.3mA温度范围-40~+85℃数据传输率为1000kbps下的灵敏度-85dBm掉电模式下电流消耗900nA2.NRF24L01概述（1）NRF24L01芯片的内部结构NRF24L01芯片的内部结构如图4-2所示。2.NRF24L01概述（2）NRF24L01封装NRF24L01封装如图4-3所示。引脚名称引脚功能描述1CE数字输入使能发射或者接收2CSN数字输入SPI片选信号3SCK数字输入SPI时钟4MOSI数字输入从SPI数据输入引脚5MISO数字输出从SPI数据输出引脚6IRQ数字输出发送完成、达到最大重发次数、接收完成中断管脚7VDD电源电源（+3V）8VSS地接地（0V）9XC2模拟输出晶体振荡器2脚10XC1模拟输入晶体振荡器1脚/外部时钟输入脚11VDD_PA电源输出给RF的功率放大器提供的+1.8V电源12ANT1天线天线接口113ANT2天线天线接口214VSS地接地（0V）15VDD电源电源（+3V）16IREF模拟输入参考电流17VSS地接地（0V）18VDD电源电源（+3V）19DVDD电源输出去耦电路电源正极端20VSS地接地（0V）3.NRF24L01功能描述（1）NRF24L01的工作模式NRF24L01可以设置为以下几种主要工作模式，如表4-3所示。模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态接收模式111-发送模式101数据在TXFIFO寄存器中发送模式101-->0停留在发送模式，直至数据发送完待机模式II101TXFIFO为空待机模式I1-0无数据传输掉电模式0---3.NRF24L01功能描述①待机模式：待机模式I在保证快速启动的同时减少系统平均消耗电流。在待机模式I下，晶振正常工作。在待机模式II下部分时钟缓冲器处于工作模式。当发送端TXFIFO寄存器为空并且CE为高电平时进入待机模式II。在待机模式期间，寄存器配置字内容保持不变。②掉电模式：在掉电模式下，NRF24L01各功能关闭，保持电流消耗最小。进入掉电模式后，NRF24L01停止工作，但寄存器内容保持不变。③发送和接收模式的数据包处理方式：ShockBurst模式和增强型ShockBurst模式。增强型ShockBurst模式比较常用。3.NRF24L01功能描述增强型ShockBurst模式：这种模式使得双向链路协议执行起来更为容易、有效。典型的双向链接为：发送方要求终端设备在接收到数据后有应答信号，以便于发送方检测有无数据丢失。一旦数据丢失，则通过重新发送功能将丢失的数据恢复。增强型ShockBurst模式可以同时控制应答及重发功能而无需增加MCU工作量。3.NRF24L01功能描述

增强型ShockBurst发送模式步骤：步骤1：配置寄存器位PRIM_RX为低；步骤2：当MCU有数据要发送时，接收点地址(TX_ADDR)和有效数据(TX_PLD)通过SPI接口写入NRF24L01。发送数据的长度以字节计数从MCU写入TXFIFO。当CSN为低时数据被不断的写入。发送端发送完数据后，自动将通道0设置为接收模式来接收应答信号，其接收地址(RX_ADDR_P0)与接收地址(TX_ADDR)相同。步骤3：设置CE为高，启动发射。CE为高电平持续时间最小为10us。3.NRF24L01功能描述步骤4：如果启动了自动应答模式，无线芯片立即进入接收模式。如果在有效应答时间范围内收到应答信号，则认为数据成功发送到了接收端，此时状态寄存器（STATUS，地址0x07）的TX_DS位置高并把数据从TXFIFO中清除掉。如果在设定的时间范围内没有接收到应答信号，则重新发送数据。如果自动重发计数器(ARC_CNT)溢出(超过了编程设定的值)，则状态寄存器的MAX_RT位置高，不清除TXFIFO中的数据。当MAX_RT或TX_DS为高电平时IRQ引脚产生中断。IRQ中断通过写状态寄存器来复位。如果重发次数在达到设定的最大重发次数时还没收到应答信号的话，在MAX_RX中断清除之前不会重发数据包。数据包丢失计数器(PLOS_CNT)在每次产生MAX_RT中断后加一。也就是说，重发计数器ARC_CNT计算重发数据包次数，PLOS_CNT计算在达到最大允许重发次数时仍没有发送成功的数据包个数。步骤5：如果CE置低，则系统进入待机模式I。如果不设置CE为低，则系统会发送TXFIFO寄存器中下一包数据。如果TXFIFO寄存器为空并且CE为高则系统进入待机模式II。步骤6：如果系统在待机模式II，当CE置低后系统立即进入待机模式I。3.NRF24L01功能描述

增强型ShockBurst接收模式步骤：步骤1：ShockBurst接收模式是通过设置寄存器中PRIM_RX位为高来选择的。准备接收数据的通道必须被使能(EN_RXADDR寄存器)，所有工作在增强型ShockBurst模式下的数据通道的自动应答功能是由(EN_AA)来使能的，有效数据宽度是由RX_PW_Px寄存器来设置的。步骤2：接收模式由设置CE为高来启动。步骤3：130us后NRF24L01开始检测空中信息。步骤4：接收到有效的数据包后，数据存储在RX_FIFO中，同时RX_DRe)位置高，并产生中断。状态寄存器中RX_P_NO位显示数据是由哪个通道接收到的。步骤5：如果使能自动确认信号，则发送确认信号。步骤6：MCU设置CE脚为低，进入待机模式I(低功耗模式)。步骤7：MCU将数据以合适的速率通过SPI口将数据读出。步骤8：芯片准备好进入发送模式、接收模式或掉电模式。3.NRF24L01功能描述（2）NRF24L01的通道地址NRF24L01配置为接收模式时可以接收6路不同地址相同频率的数据。每个数据通道使用不同的地址，但是共用相同的频道。也就是说6个不同的NRF24L01设置为发送模式后可以与同一个设置为接收模式的NRF24L01进行通讯，而设置为接收模式的NRF24L01可以对这6个发射端进行识别。数据通道0是唯一的一个可以配置为40位自身地址的数据通道。1~5数据通道都为8位自身地址和32位公用地址。所有的数据通道都可以设置为增强型ShockBurst模式。3.NRF24L01功能描述NRF24L01在确认收到数据后记录地址，并以此地址为目标地址发送应答信号。在发送端数据通道0被用作接收应答信号，因此数据通道0的接收地址要与发送端地址相等以确保接收到正确的应答信号。图4-4所示是数据通道0~5的地址设置方法举例。通道0的5个字节的地址可以任意设置，只要保证发送端和接收端的地址相同即可。对于通道1至通道5的最低字节Byte0必须各不相同，但Byte4~Byte1这4个字节的地址必须相同，这四个地址也可以任意设置。还需要注意的是写入地址字节时是从低字节先写。4.寄存器指令格式NRF24L01所有配置都在寄存器中，所有寄存器都是通过SPI口进行配置的。NRF24L01配置寄存器主要有以下几个指令，如表4-4所示。指令名称指令格式操作R_REGISTER000AAAAA读配置寄存器。AAAAA指出读操作的寄存器地址W_REGISTER001AAAAA写配置寄存器。AAAAA指出写操作的寄存器地址只有在掉电模式和待机模式下可操作R_RX_PAYLOAD01100001读RX有效数据：1-32字节，读操作全部从字节0开始，当读RX有效数据完成后，FIFO寄存器中有效数据被清除。应用于接收模式下。W_RX_PAYLOAD10100000写TX有效数据：1-32字节，写操作从字节0开始。应用于发射模式下。FLUSH_TX11100001清除TXFIFO寄存器，应用于发射模式下。FLUSH_RX11100010清除RXFIFO寄存器，应用于接收模式下。REUSE_TX_PL11100011重新使用上一包有效数据，当CE为高过程中，数据包被不断的重新发射。在发射数据包过程中必须禁止数据包重利用功能。NOP11111111空操作，可以用来读状态寄存器。5.NRF24L01寄存器地址对NRF24L01的配置其实就是对其各个寄存器进行设置，实现不同的功能。对于NRF24L01寄存器一共有20多个，在使用时只需要按照需要配置对应的部分寄存器即可，下面表4-5给出了NRF24L01