nRF24L01无线模块在单片机与FPGA上的应用

通信

本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 10:01 编辑

　　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SPI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，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。

#define MISO RC2
#define MOSI RC3
#define SCK RD0
#define CE RD2
#define CSN RD1
#define IRQ RC1
#define LED RD3
#define KEY0 RB0
#define KEY1 RB1
#define KEY2 RB2
#define KEY3 RB3
#define KEY4 RB4
#define KEY5 RB5
#define KEY6 RB6
#define KEY7 RB7

复制代码

NRF24L01无线模块的寄存器

//*******************NRF24L01寄存器指令
#define READ_REG 0x00 // 读寄存器指令
#define WRITE_REG 0x20 // 写寄存器指令
#define RD_RX_PLOAD 0x61 // 读取接收数据指令
#define WR_TX_PLOAD 0xA0 // 写待发数据指令
//*******************SPI(nRF24L01)寄存器地址
#define CONFIG 0x00 　　// 配置收发状态，
#define EN_AA 0x01 　　// 自动应答功能设置
#define EN_RXADDR 0x02 　　// 可用信道设置
#define SETUP_AW 0x03 　　// 收发地址宽度设置
#define SETUP_RETR 0x04 　　// 自动重发功能设置
#define RF_CH 0x05 　　// 工作频率设置
#define RF_SETUP 0x06 　　// 发射速率、功耗功能设置
#define STATUS 0x07 　　// 状态寄存器
#define RX_ADDR_P0 0x0A 　　// 频道0接收数据地址
#define TX_ADDR 0x10 　　// 发送地址寄存器
#define RX_PW_P0 0x11 　　// 接收频道0接收数据长度
#define FIFO_STATUS 0x17 　　// FIFO栈入栈出状态寄存器设置

复制代码

　　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3~4个字节。

#define TX_PLOAD_WIDTH 4
#define RX_PLOAD_WIDTH 4
unsigned char TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]= {0x34,0x43,0x10}; //本地地址
unsigned char RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]= {0x34,0x43,0x10}; //接收地址

复制代码

A 模拟SPI方式

/****************************************************************************************************
/*函数：uint SPI_RW(uint uchar)
/*功能：NRF24L01的SPI时序
/****************************************************************************************************/
unsigned char SPI_RW(unsigned char a)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
if((a&0x80)==0x80)
MOSI=1;
else MOSI=0; // output 'uchar', MSB to MOSI
a=(a<<1); // shift next bit into MSB..
SCK=1; // Set SCK high..
if(MISO==1)
a|=0x01;
else a&=0xfe; // capture current MISO bit
SCK=0; // ..then set SCK low again
}
return(a); // return read uchar
}

复制代码

B 以SPI方式对寄存器的操作

/****************************************************************************************************
/*函数：uchar SPI_Read(uchar reg)
/*功能：NRF24L01的SPI读操作
/****************************************************************************************************/
unsigned char SPI_Read(unsigned char reg)
{
unsigned char reg_val;
CSN=0; // CSN low, initialize SPI communication...
SPI_RW(reg); // Select register to read from..
reg_val=SPI_RW(0); // ..then read registervalue
CSN=1; // CSN high, terminate SPI communication
return(reg_val); // return register value
}
/****************************************************************************************************/
/*功能：NRF24L01读写寄存器函数
/****************************************************************************************************/
unsigned char SPI_RW_Reg(unsigned char reg, unsigned char value)
{
unsigned char status;
CSN = 0; // CSN low, init SPI transaction
status=SPI_RW(reg); // select register
SPI_RW(value); // ..and write value to it..
CSN = 1; // CSN high again
return(status); // return nRF24L01 status uchar
}
/****************************************************************************************************/
/*函数：uint SPI_Read_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)
/*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
/****************************************************************************************************/
unsigned char SPI_Read_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars)
{
unsigned char status,uchar_ctr;
CSN = 0; // Set CSN low, init SPI tranaction
status=SPI_RW(reg); // Select register to write to and read status uchar
for(uchar_ctr=0;uchar_ctr
{
pBuf[uchar_ctr]=SPI_RW(0);
}
CSN = 1;
return(status);
}
/*********************************************************************************************************
/*函数：uint SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)
/*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
/*********************************************************************************************************/
unsigned char SPI_Write_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars)
{
unsigned char status,uchar_ctr;
CSN = 0; //SPI使能
status=SPI_RW(reg);
for(uchar_ctr=0; uchar_ctr
{
SPI_RW(*pBuf++);
}
CSN = 1; //关闭SPI
return(status);
}

复制代码

　　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

void init_NRF24L01_send(void)
{
delay(30);
CE=0; // chip enable
CSN=1; // Spi disable
SCK=0; // Spi clock line init high
delay(30);
SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); // 写本地地址
SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); // 写接收端地址
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01); // 频道0自动 ACK应答允许
SPI_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Page21
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + SETUP_RETR, 0x1a); // 500us + 86us, 10 retrans...
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40); // 设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致
SPI_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
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); //设置发射速率为1MHZ，发射功率为最大值0dB
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e); // IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送
// CE=1; // chip enable
delay(30);
}
/***********************************************************************************************************
/*函数：void nRF24L01_TxPacket(unsigned char *tx_buf)
/*功能：发送 tx_buf中数据
/**********************************************************************************************************/
void nRF24L01_TxPacket(unsigned char *tx_buf)
{
CE=0; //StandBy I模式
SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); // 装载接收端地址
SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, tx_buf, TX_PLOAD_WIDTH); // 装载数据
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e); // IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送
CE=1; //置高CE，激发数据发送
delay(100);
CE=0;
}

复制代码

　　NRF24L01接收的初始化以及接收时序

void init_NRF24L01_receive(void)
{
delay(30);
CE=0; // chip enable
CSN=1; // Spi disable
SCK=0; // Spi clock line init high
delay(30);
SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); // 写本地地址
SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); // 写接收端地址
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01); // 频道0自动 ACK应答允许
SPI_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Page21
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40); // 设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致
SPI_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
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); //设置发射速率为1MHZ，发射功率为最大值0dB
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0f); // IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主接受
CE=1;
delay(40);
}
/******************************************************************************************************/
/*函数：unsigned char nRF24L01_RxPacket(unsigned char* rx_buf)
/*功能：数据读取后放如rx_buf接收缓冲区中
/******************************************************************************************************/
unsigned char nRF24L01_RxPacket(unsigned char* rx_buf)
{
unsigned char revale=0;
sta=SPI_Read(STATUS); // 读取状态寄存其来判断数据接收状况
if(RX_DR) // 判断是否接收到数据
{
CE = 0; //SPI使能
SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_buf,TX_PLOAD_WIDTH);// read receive payload from RX_FIFO buffer
revale =1; //读取数据完成标志
}
SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0xff);
return revale;
}

复制代码

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,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：

int alt_avalon_spi_command(alt_u32base,alt_u32slave,
alt_u32write_length,
constalt_u8*wdata,
alt_u32read_length,
alt_u8*read_data,
alt_u32flags)

复制代码

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_length 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，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，是不是很方便呢。:-DB 以SPI方式对寄存器的操作

/*********************************************************************
** 函数名称: void SPI_RW_Reg(unsigned char reg, unsigned char value)()
** 函数功能: 访问无线模块寄存器，并也对其写数值控制
** 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
*********************************************************************/
void SPI_RW_Reg ( unsigned char reg, unsigned char value )
{
alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,1,®,0,NULL,1 ); // select register
alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,1,&value,0,NULL,0 );
}
/*********************************************************************
** 函数名称: void SPI_Write_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char bytes)
** 函数功能: 访问寄存器，并向其写入bytes字节的数值
** 参数：3个，寄存器地址，数据、长度
*********************************************************************/
void SPI_Write_Buf ( unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char bytes )
{
alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,1,®,0,NULL,1 );
alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,bytes,pBuf,0,NULL,0 );
}
/********************************************************************
** 函数名称: unsigned char SPI_Read(unsigned char reg)
** 函数功能: 访问寄存器地址，并返回该寄存器的数值
** 参数：寄存器地址
*********************************************************************/
unsigned char SPI_Read ( unsigned char reg )
{
unsigned char reg_val;
alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,1,®,0,NULL,1 );
alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,0,NULL,1,®_val,0 );
return ( reg_val );
}
/*
*********************************************************************
** 函数名称: void SPI_Read_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars)
** 函数功能: 访问寄存器，并从其读出bytes字节的数值
** 参数：3个，寄存器地址，数据、长度
*********************************************************************
*/
void SPI_Read_Buf ( unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars )
{
alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,1,®,0,NULL,1 );
alt_avalon_spi_command ( SPI_BASE,0,0,NULL,uchars,pBuf,0 );
}

复制代码

　　跟单片机相比，是不是觉得看得清晰点呢。这就是这个函数的方便之处了。有一点要注意一下，这个函数的最后一个参数的作用，以前没注意，走过一段弯路，它的作用就是相当于上面单片机中的CSN信号，如果需要对SPI从器件进行连续访问，则不释放该信号可以提高访问速度。　　好了，差不多就总结到这里了。无线模块的应用很广泛，可以用作无线遥控器、数据的无线烧写等用途。有想法的可以一起讨论。

足球上篮 · 2012-3-8 16:01:50

这资源很难找的。谢谢分享。

暴躁的小码农 · 2012-3-8 16:02:56

足球上篮发表于 2012-3-8 16:01
这资源很难找的。谢谢分享。

一是整理一下万一以后还有用，二是希望对某些人有点用。呵呵

3^#

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

AOE · 2012-5-6 23:32:07

最近想用这个模块做小项目

陈伦 · 2012-5-17 11:59:33

谢谢分享

默默然丶 · 2012-6-19 21:27:14

谢谢啦

杀手座 · 2012-11-18 15:41:01

谢谢楼主分享

℡、回_憶い · 2012-12-25 21:50:31

谢谢楼主分享

2013-1-19 11:50:12

dddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd

甘培雄 · 2013-1-25 09:48:36

谢谢哈

沧海枯叶 · 2013-2-26 16:30:16

谢谢分享！

Xainvsta · 2013-4-22 17:43:31

如果程序用在MSP430F5529上，则需要改动那些地方？

孔会举 · 2013-4-28 19:04:46

恩不错想学习下准备入手做个玩玩

田建业 · 2013-4-29 08:41:26

学习！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

戴泓 · 2013-4-29 13:23:17

不错啊啊啊啊啊

戴泓 · 2013-4-29 13:28:09

不错啊啊啊啊啊啊啊啊啊

vbairbus · 2013-4-30 08:52:30

个人感觉很有用，学习中。谢谢！

f800380564 · 2013-4-30 17:06:53

多谢楼主分享支持支持

hellohiic · 2013-5-18 14:22:48

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