如何去实现NRF24L01模块的通信呢

一、思维导图

3种主要工作模式、8个命令字、每包32字节有效数据，等等这些，直接思维导图更有效，不用文字啰嗦。
对主要点进行了组织，包括了工作模式、命令字等图例，认真过一遍，心里马上就能有个框框。
点击一下图片能变成清晰的大图。当然，右击保存就更方便查看了。






二、 引脚连接，解释

明确一个，NRF24L01和SI24R1的引脚、程序是通用的，无需任何修改，市面上大部份的NRF24L01模块，用的是SI24R1的芯片。两者间通信也互通，已测试确认！
下面是一个通用模块的引脚，以安信可的SI24R1模块为例：





共8个引脚：

• VCC：3.3V。1.9~3.6V都成，不要接5V，马上烧！
  
• GND：接地  
  
• CE:     模式控制。其高低电平，配合CONFIG寄存器PRIM_RX和PWR_UP两个位，可切换工作状态: 发送、接收 、待机 。
  
• IRQ:    中断信号引脚。发生以下三种中断时，引脚电平被NRF拉低：发送成功、接收到数据、已达最大重发次数。
  
• CSN:   SPI的CS片选引脚
  
• SCK:   SPI的时钟线引脚
  
• MOSI: SPI的主出从入数据引脚
  
• MISO: SPI的主入从出数据引脚
  
  

三、SPI初始化、函数封装

NRF的配置，就是把各种参数(数值)，如频道，速率，目标地址等，用SPI方式写到指定地址(芯片的寄存器).
这个写入配置的动作，拆分开来看，理解为两部分，是在操作两种通信，别混乱。
首先主机按NRF datasheet的要求，设置和通过SPI通信，向NRF芯片特定地址(寄存器)写入参数值；
而这些写入的数值，就是用于控制NRF与别一个NRF的通信参数。
这两个通信，理解一下~
1：主机和NRF间的通信：      

• 使用SPI，主机完成对NRF操控，所有操控其实就是4个操作：写参数、读参数、写要发送的数据，读出收到的数据;
  
• 上面的操控，分拆到SPI的操作上，就是常用的6个函数：SPI初始化、字节收发、写1字节，读1字节，写N字节，读N字节;
  
• 写入参数：是NRF与NRF间通信的参数值, 如频道 ，速率，CRC校检，自动回答，自动重发，目标地址....
  
• 读取参数，主要是STATUS状态寄存器的值，用于判断中断源；
  
• 写入发送数据，把待发送的数据写到TX_FIFO. NRF按包发送数据，包中有效数据最大32字节；要手动做分包处理；
  
• 读出收到数据，检测到RX_DR中断发生后（IRQ引脚被拉低)，用SPI把RX_FIFO缓冲区的值，读取存放到指自已的缓冲区；
  
• NRF的SPI通信速度可达10MHz,但为保证数据传输的完整不掉包，尽量不要超过8MHz;
  
• NRF要求SPI通信时，在上升沿采样数据，要注意时序。
  
  

2：NRF和NRF间的收发通信：

• NRF按主机刚才写到芯片的参数值开始工作(手动)，通过电波传输到另一个芯片中或接收别一芯片的数据(自动)。
  
• 这部份通信我们要做的，仅是控制CE引脚的高低电平，配合CONFIG寄存器，使NRF在接收、发送、待机三种状态切换。
  
• NRF间的无线通信，基本没我们什么事。
  
  

编程顺序：  GPIO配置  >  SPI配置  >  SPI(5个小函数)  >  写NRF配置  >  NRF中断处理(3种情况)  >  NRF收、发(2个主函数)
GPIO初始化代码：

/*** SPI通信引脚, 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控制引脚, 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引脚下拉能力很弱，注意外部上拉电阻大小，及MCU的上下拉
    GPIOSet是个自己封装的初始化函数，不用管，重点看其中的参数就好，注意各上下拉。

SPI 初始化代码：

/*** SPI通信部分 ***/       
CSN_HIGH;                      //失能NRF
NRF24L01_SPI_EN_CLOCK ;        // 时钟
NRF24L01_SPIX->CR1 = 0;        // 清0
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 0<<0;    // 采样沿数, NRF要求上升沿采样   CPHA:时钟相位,0x1=在第2个时钟边沿进行数据采样，
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 0<<1;    // 时钟线闲时极性,  CPOL:时钟极性,0x1=空闲状态时，SCK保持高电平
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 1<<2;    // 主从模式,       0=从，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;    // 内部从器件选择,根据9位设置(失能内部NSS)
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 1<<9;    // 软件从器件管理 :  0=禁止软件管理从设备， 1=使能软件从器件管理(软件NSS)
NRF24L01_SPIX->CR1 |= 0<<11;   // 数据帧格式,       0=8位,  1=16位       

NRF24L01_SPIX->CR1 |= 1<<6;    // 使能
SPI 初始化重点：

• NRF要求在上升沿时采集数值。这就要闲时电平和采样沿要配合好。
  
• NRF的SPI可达10MHz, 但实际使用时，不要超过8MHz。这个在SPI的波特率中可控制，因为SPI通信速率受限低速一方。
  
• 重要：如果多个设备共用同一SPI，把各自的SPI配置封装成函数，每次使用SPI通信前各自调用一次，以使用自己的配置。
  
  

插个话题，为什么使用寄存器操作编程？因为：使用寄存器=简单+清晰，你看，不是吗？

SPI收发函数

/*****************************************************************************
*函  数： u8 SPI_RW(u8 Data)
*功  能： SPI写入一个字节，并返回一个字节
*参  数： 要写入的一字节
*返回值： 返回一字节数据
*****************************************************************************/
u8 SPI_SendByte(u8 Data)
{
    u8 retry =0;
    while((NRF24L01_SPIX ->SR & 2) == 0){   // 理解方式，应该把前式的结果理解为一个寄存器位值，如果这个位值是等号后面的值，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  数：u8 Nrf24l01_WriteReg(u8 reg,u8 value)
*功  能：向指定寄存器地址，写一个字节数据
*参  数：reg： 寄存器地址
*       val:  要写入的值
*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  数：u8 NRF24l01_read_reg(u8 reg)
*功  能：向指定寄存器地址，读出一字节数据
*参  数：reg： 寄存器地址
*返回值：reg_val(第二个读取到的字节)
*****************************************************************************/
u8 Nrf24l01_ReadReg(u8 reg)
{
        u8 reg_val;   
        CSN_LOW;
        SPI_SendByte(reg);
        reg_val = SPI_SendByte(0xFF);
        CSN_HIGH;   
        return reg_val;
}

/*****************************************************************************
*函  数：u8 Nrf24l01_WriteBuf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
*功  能：写一组数据到寄存器
*参  数：reg： 寄存器地址
*       pBuf： 要写入数据的地址
*        len:  要写入的数据长度
*返回值：status
*备  注：NRF2401代码移植只需把SPI驱动修改成自己的即可
*****************************************************************************/
u8 Nrf24l01_WriteBuf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
{
        u8 status;   
        CSN_LOW;
        status = SPI_SendByte(reg);
        for(u8 i=0; i                 SPI_SendByte(pBuf);               
        }
        CSN_HIGH;   
        return status;
}

/*****************************************************************************
*函  数： u8 vNrf24l01_ReadBuf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
*功  能： 向指定寄存器地址，读出指定长度的数据
*参  数： reg :    寄存器地址
*        pBuf :   数据存放缓冲区
*        len  :   读取的字节数量
*返回值： status : 设备状态字
*****************************************************************************/
u8 Nrf24l01_ReadBuf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
{
        u8 status;       
        CSN_LOW;
        status = SPI_SendByte(reg);
        for(u8 i = 0; i                 pBuf = SPI_SendByte(0xFF);               
        }
        CSN_HIGH;   
        return status;
}
注意：在进入下一步配置NRF24L01前，必须先测试一下SPI通信是否成功 。一般是往NRF的发送地址寄存器写入五个字节，再读出来，把读出的数据和原数据对比， 就能知道SPI是否配置正确、 NRF24L01是否连接成功。
代码程序中，有个连接测试函数，可以作模块的连接，没有贴上来，留邮箱吧。
四、NRF24L01参数写入

使用上面初始化的SPI，和刚封装好的几个函数，就可以把需要的参数，写到NRF特定的地址(寄存器), 完成对其配置。
NRF24L01 参数配置代码：

/*** NRF24L01通信配置 30,2M,***/   
CE_LOW;                                                          // 热待机模式， 只有在ce置低时，才能配置寄存器
//delayUs(2000);                                                 // PowerDown 切换为 PowerUp需要1.5ms
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + RF_CH,        30);                // 射频通道，即频率(0-125)
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + RF_SETUP,   0x0F);                // 设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益关闭 （注意：低噪声增益关闭/开启直接影响通信,要开启都开启，要关闭都关闭0x0f）0x07
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + SETUP_AW,   0x03);                // 地址长度，默认值时0x03,即5字节
Nrf24l01_WriteBuf(W_REGISTER + TX_ADDR,    (u8*)TX_ADDRESS, 5);  // 写TX节点地址， 地址宽度：5字节，40位
Nrf24l01_WriteBuf(W_REGISTER + RX_ADDR_P0, (u8*)TX_ADDRESS, 5);  // 设置TX节点地址,主要为了使能ACK，， 地址宽度：5字节，40位
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + SETUP_RETR, 0x0A);                // 设置自动重发间隔时间:500us + 86us;最大自动重发次数: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自动应答
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER + RX_PW_P0,     32);                // 选择通道0的有效数据宽度  
Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_TX,                0xff);                // 清除TX_FIFO
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS,       0X7E);                // 清除所有中断,防止一进去接收模式就触发中断   
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+CONFIG,       0x0F);                // 配置为接收模式   
CE_HIGH;                                                            // CE置高，进入状态
重点：

• CE引脚置低，方可配置NRF寄存器！  各教程都这教的，但测试过不置低也可正常配置。
  
• RF_CH,：频道，2.4G为基址，1M为间隔值，如上面的30，代表使用2.430G的频率进行芯片间通信。可设值0~125。
  
• RF_SETUP: 发射功率可配置，说白了就是的耗电程度。接收状态的功率是不能设置的，所以接收才是耗电的大头。数据传输率，常说的空中速率，一般设置2M
  
• 地址长度，5字节，这个很独特
  
• TX_ADDR：数据要发送到的目标地址
  
• RX_ADDR_P0: 接收通道0的接收地址，接收这个地址设备发来的数据，这里设为和TX_ADDR一致，是为了自动应答。
  
• NRF共有6个接收通道，p0~p5, 可同时监听6个不同地址的信号，p0通道也用于作自动应答作用。
  
• TX_FIFO, 发送数据缓冲区，96字节，32字节为一组，共3组，可理解为缓冲区可存放3组发送数据。
  
• RX_FIFO, 同上，两个FIFO相互独立。 虽然是FIFO,虽然有3组，但最好还是一包一包收发，状态切换时间难把握。
  
• 倒数第二行，配置为接收模式，注意，这个时候还没开始工作的，还处于PownDown状态，状态和模式是两回事。
  
• 最后一行，CE置高10us后，才进入工作状态，因之前配置的是接收模式，所以将进入接收状态
  
  

五、中断处理函数

为什么要先说中断？感觉先了解了中断，那么发送、接收就更好理解。
其实不应该叫中断的，但这样好理解，还是遵从约定俗成吧。
中断时, IRQ电平被拉低，是由NRF控制产生的，三种情况可触发：发送成功、达到重发最大次数、接收到数据。
发送成功：

• 1：PTX发送数据后，马上开始计时，130us后切换到接收模式，此时计时还在继续
  
• 2：PRX在收到数据后，经CRC校检，数据完整后发回ACK信号
  
• 3：PTX在规定时间内收到ACK信号，则置位TX_DS标志，IRQ引脚被拉低
  
  

达到重发最大次数：

• 1：PTX发送数据后，马上开始计时，130us后切换到接收模式，此时计时还在继续
  
• 2：PTX在规定时间内，没收到ACK信号，原因很多：如PRX没收到数据，CRC校验错误....
  
• 3：PTX再次发送一次数据，重复步骤1
  
• 4：SETUP_RETR寄存器可设置重发的次数，达到最大次数后，MAX_RT位被置位，IRQ引脚被拉低。
  
  

接收到数据：

• PRX收到数据，经CRC校检，数据完整，有效数据存放到RX_FIFO，RX_DR位置高，IRQ引脚被拉低。
  
  

说说清理中断，要清理的中断有两处:

• NRF的中断位，上面的三种标志中断位，都在寄存器STATUS中，各位置1可清0，IRQ引脚即回到高电平。
  
• 单片机mcu的中断位，清理外部中断线标志位，否则会在中断函数里死循环。
  
  

中断处理函数代码：

void NRF24L01_IRQ_IRQHANDLER(void)
{                    
    u8  status=0 ;

    CE_LOW;                                               // 拉低CE，以便读取NRF中STATUS中的数据       
    status = Nrf24l01_ReadReg(R_REGISTER + STATUS);       // 读取STATUS中的数据，以便判断是由什么中断源触发的IRQ中断

    /*** 发送完成中断 ***/
    if(status & STATUS_TX){                                             
        Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS, STATUS_TX);  // 清NRF中断：发送完成
        Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_TX, 0xff);                // 清发送缓冲区：TX_FIFO
        printf("rn发送成功!!!!rn");
        vNrf24l01_RxMode ();                              // 切换为接收状态
    }

    /*** 接收完成中断 ***/
    if(status & STATUS_RX){
        memset (NRF_RX_DATA , 0, 32);           
        Nrf24l01_ReadBuf(R_RX_PAYLOAD, NRF_RX_DATA , RX_PAYLO_WIDTH); // 读数据
        Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS, STATUS_RX);              // 清NRF中断：收到数据
        Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_RX,0xff);                             // 清除RX FIFO(注意：这句话很必要)          

        printf("rn接收到数据： %srn", NRF_RX_DATA);                
        vNrf24l01_RxMode ();                             // 切换为接收状态
    }

    /*** 最大重发次数中断 ***/
    if(status & STATUS_MAX){       
        Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS, 0x70);       // 清NRF中断：三个
        Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_TX, 0xff);                // 清除TX_FIFO      

        printf("rn发送失败，达到最大重发次数!!!rn");
        vNrf24l01_RxMode();                               // 切换为接收状态
    }

    EXTI->PR |= NRF24L01_IRQ_PIN ;                        // 清理外部中断线标志位
}   

六、发送数据

NRF的数据收发，是一包一包进行的，一包(帧)数据：包括了前导码、目标地址、包控制域、有效数据、CRC, 但我们只管有效数据，其它的不用我们负责，NRF发送时自动打包，接收到数据时自动拆包。
每一包的有效数据最大为32个字节。当然，也可以只发一个字节的数据。
要发送的数据大于32字节，就要分包进行，自行手动分包处理。
因为在配置部分时，已配置好了频道，速率，重发次数等各种参数，在需要发送数据时，只要往芯片写入要发送的数据和地址，然后切换为发送状态，芯片就会自动发送。
发送成功(收到ack)，会产生TX_DS中断。
发送失败了(达到最大重发次数), 也会产生MAR_RT中断。
在中断函数里，根据情况作处理就好。
发送数据代码：

void vNrf24l01_TxPacket(u8 *txbuf)
{
    CE_LOW;
    Nrf24l01_WriteBuf(W_TX_PAYLOAD,           txbuf,          32);   // 写数据到TX_BUFF   
    Nrf24l01_WriteBuf(W_REGISTER+TX_ADDR,    (u8*)TX_ADDRESS,  5);   // 写入要发送的目标地址
    Nrf24l01_WriteBuf(W_REGISTER+RX_ADDR_P0, (u8*)TX_ADDRESS,  5);   // 通道0的地址设为和目标地址一致，以接收自动回复auto_ack信号
    Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+CONFIG,      0x0E);                     // 设置为发送模式,开启所有中断            
    CE_HIGH;       
}


发送就这几句！
重点：RX_ADDR_P0的地址和TX_ARRD一样，目的是自动应答。有个前提，在配置中已使能自动应答。
把操作封装成一个函数，要发什么，就往函数里掉数据就好，每次不要大于32字节。
七、接收数据

当系统或程序运行时，大部分时间是运行在接收状态下的。如：

• 第四个部分配置步骤完成后，程序已处在接收状态。
  
• 第五个部分，在中断处理函数中，三种中断处理后，也切换为接收状态，当然，也可以切换为更省电的待机状态。
  
  

NRF有6个接收通道，指在可同时监听接收同一个频道，同一速率的6个不同设备的数据。
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中地址设备发来的数据。
可以使能全部6个通道，设置6个不同设备地址，就可以监听接收6个设备发来的数据(同一时间，只能接收其中1个设备的数据）;
注意，接收数据，指在接收中断发生后，我们从RX_FIFO中把数据读存到主机。而中断发生前的监听接收，NRF自动完成。
接收数据的代码：
接收本来就是最简单的，没啥特别代码，下面的代码，只是在中断处理函数里，再贴出来而已。



Nrf24l01_ReadBuf(R_RX_PAYLOAD, NRF_RX_DATA , RX_PAYLO_WIDTH); // 读数据到数组
Nrf24l01_WriteReg(W_REGISTER+STATUS, STATUS_RX);              // 清NRF中断：收到数据
Nrf24l01_WriteReg(FLUSH_RX,0xff);                             // 清除RX FIFO(注意：这句话很必要)  


把接收到的数据，先存放NRF_RX_DATA数组，再进行处理，不要在中断函数中处理。
读完后，记得要清理RX_FIFO，不然它一直占用NRF的缓冲区。RX_FIFO共96字节，分成32字节3组，NRF每次接收到数据就存放到最后面的一组中，当存满了3组，后面再接收到的数据，就会被NRF掉弃。