如何去实现NRF24L01模块的2.4G无线通信呢

2.4G无线通信实验

  2.4G无线通信一般是通过两个设备进行通信，最高速率可达到2Mbps，抗干扰能力强。一般的可以进行1对6的通信，一般是1个接收，6个发送。
    一、模块简介

  本次2.4G通信使用的是NRF24L01，如图所示

  

  

CE：模式控制线。在 CSN为低的
情况下，CE 协同CONFIG 寄存器
共同决定NRF24L01 的状态（参照
NRF24L01 的状态机）
CSN：SPI片选线
SCK：SPI时钟线
MOSI：SPI数据线(主机输出，从机输入)
MISO：SPI数据线(主机输入，从机输出)
IRQ：中断信号线。中断时变为低电平，在以下三种情况变低：Tx FIFO 发完并且收到ACK（使能ACK情况下）、Rx FIFO 收到数据、达到最大重发次数。

  

  

空闲状态SCK为0，CPOL=0；数据在时钟第一个时间边沿采集，CPHA=0；
Cn：SPI命令位
Sn：STATUS寄存器位
Dn：数据位（ MSB，多字节传输时，低字节在前）
  
  

  

其中，收发模式又有： Enhanced ShockBurstTM收发模式和ShockBurstTM收发模式，只有Enhanced ShockBurstTM收发模式支持自动ACK和自动重发。开启自动ACK，则默认选择Enhanced模式。一般的都是用的 Enhanced ShockBurstTM收发模式。
PS：在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，在发送模式下，置CE为高，至少10us，将使能发送过程。也就是发送模式时，PWR_UP由高变低时，需要有个至少10us的延时。
  二、Enhanced ShockBurstTM模式介绍

  Enhanced ShockBurst TM 模式：发送方要求终端设备在接收到数据后有应答信号，以便发送方检测有无数据丢失，一旦丢失则重发数据。重发数据设置在地址为 0X04 的数据重发设置寄存器 用于设置其重发次数及设置在未收到应答信号后等待重发的时间。
在接收模式下，最多可以接收6路不通的数据。每一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(由通道1设置)。所有的数据通道都可以设置为Enhanced ShockBurst 模式。

  

  

在接收端，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，通道0被用作接收应答信号，因此通道0的接收地址要与发送地址端地址相等，以确保接收到正确的应答信号。
PS:通道0的地址不能更改，通道1-5的地址只有最后两位能进行更改。
  三. 编程

  1.初始化IO口


//初始化24L01的IO口


void NRF24L01_Init(void)
{  
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
       
        RCC_APB2PeriphClockCmd(        RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE );       
       
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
       
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
        GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_4);
       
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU  ;   //上拉输入
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);


        GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4);
        SPI1_Init();                    //初始化SPI
               
        SPI_Cmd(SPI1, DISABLE); //
       
        SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
        SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                //设置SPI工作模式:设置为主SPI
        SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
        SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                //选择了串行时钟的稳态:时钟悬空低电平
        SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;        //数据捕获于第一个时钟沿
        SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
        SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;                //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
        SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;        //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
        SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;        //CRC值计算的多项式
        SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器


       
        NRF24L01_CE=0;         //使能24L01
        NRF24L01_CSN=1;        //SPI片选取消                
}
注意：NRF24L01与W25Q64和SD卡共用SPI1，注意要分时复用！！
  2.Enhanced ShockBurstTM发送流程

  

• 把地址和要发送的数据按时序送入NRF24L01；
  
• 配置CONFIG寄存器，使之进入发送模式；
  
• 微控制器把CE置高（至少10us），激发Enhanced ShockBurstTM发射；
  
• Enhanced ShockBurstTM发射：① 给射频前端供电；②射频数据打包(加字头、CRC校验码)； ③ 高速发射数据包； ④发射完成，NRF24L01进入空闲状态。
  
  

//启动NRF24L01发送一次数据
//txbuf:待发送数据首地址
//返回值:发送完成状况
u8 NRF24L01_TxPacket(u8 *txbuf)
{
        u8 sta;
        SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8);//spi速度为9Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz）   
        NRF24L01_CE=0;
          NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,txbuf,TX_PLOAD_WIDTH);//写数据到TX BUF  32个字节
        NRF24L01_CE=1;//启动发送          
        while(NRF24L01_IRQ!=0);//等待发送完成
        sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS);  //读取状态寄存器的值          
        NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS,sta); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
        if(sta&MAX_TX)//达到最大重发次数
        {
                NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff);//清除TX FIFO寄存器
                return MAX_TX;
        }
        if(sta&TX_OK)//发送完成
        {
                return TX_OK;
        }
        return 0xff;//其他原因发送失败
}
3.Enhanced ShockBurstTM发送模式初始化

1）写Tx 节点的地址 TX_ADDR
2）写Rx 节点的地址（主要是为了使能Auto Ack） RX_ADDR_P0
3）使能AUTO ACK EN_AA
4）使能PIPE 0 EN_RXADDR
5）配置自动重发次数 SETUP_RETR
6）选择通信频率 RF_CH
7）配置发射参数（低噪放大器增益、发射功率、无线速率） RF_SETUP
8）配置24L01 的基本参数以及切换工作模式 CONFIG。

//该函数初始化NRF24L01到TX模式
//设置TX地址,写TX数据宽度,设置RX自动应答的地址,填充TX发送数据,选择RF频道,波特率和LNA HCURR
//PWR_UP,CRC使能
//当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了                  
//CE为高大于10us,则启动发送.         
void NRF24L01_TX_Mode(void)
{                                                                                                                 
        NRF24L01_CE=0;            
          NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR,(u8*)TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//写TX节点地址
          NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH); //设置TX节点地址,主要为了使能ACK          


          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01);     //使能通道0的自动应答   
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01); //使能通道0的接收地址  
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+SETUP_RETR,0x1a);//设置自动重发间隔时间:500us + 86us;最大自动重发次数:10次
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH,40);       //设置RF通道为40
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);  //设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启   
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+CONFIG,0x0e);    //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式,开启所有中断
        NRF24L01_CE=1;//CE为高,10us后启动发送
}  
4.Enhanced ShockBurstTM接收流程

  

• 配置接收地址和要接收的数据包大小；
  
• 配置CONFIG寄存器，使之进入接收模式，把CE置高。
  
• 130us后，NRF24L01进入监视状态，等待数据包的到来；
  
• 当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，NRF2401自动把字头、地址和CRC校验位移去；
  
• NRF24L01通过把STATUS寄存器的RX_DR置位(STATUS一般引起微控制器中断)通知微控制器；
  
• 微控制器把数据从FIFO读出(0X61指令)；
  
• 所有数据读取完毕后，可以清除STATUS寄存器。NRF2401可以进入
  四种主要的模式之一；
  
  

//启动NRF24L01发送一次数据
//txbuf:待发送数据首地址
//返回值:0，接收完成；其他，错误代码
u8 NRF24L01_RxPacket(u8 *rxbuf)
{
        u8 sta;                                                                              
        SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); //spi速度为9Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz）   
        sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS);  //读取状态寄存器的值             
        NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS,sta); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
        if(sta&RX_OK)//接收到数据
        {
                NRF24L01_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rxbuf,RX_PLOAD_WIDTH);//读取数据
                NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff);//清除RX FIFO寄存器
                return 0;
        }          
        return 1;//没收到任何数据
}                                                                                      
5.Enhanced ShockBurstTM接收模式初始化

  1）写Rx 节点的地址 RX_ADDR_P0
2）使能AUTO ACK EN_AA
3）使能PIPE 0 EN_RXADDR
4）选择通信频率 RF_CH
5）选择通道0 有效数据宽度 RX_PW_P0
6）配置发射参数（低噪放大器增益、发射功率、无线速率） RF_SETUP
7）配置24L01 的基本参数以及切换工作模式 CONFIG。

//该函数初始化NRF24L01到RX模式
//设置RX地址,写RX数据宽度,选择RF频道,波特率和LNA HCURR
//当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了                  
void NRF24L01_RX_Mode(void)
{
        NRF24L01_CE=0;          
          NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH);//写RX节点地址
          
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01);            //使能通道0的自动应答   
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);        //使能通道0的接收地址           
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH,40);                    //设置RF通信频率                  
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);//选择通道0的有效数据宽度             
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);        //设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启   
          NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+CONFIG, 0x0f);                //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式
          NRF24L01_CE = 1; //CE为高,进入接收模式
}                                                                                              
6.读函数

//读取SPI寄存器值
//reg:要读的寄存器
u8 NRF24L01_Read_Reg(u8 reg)
{
        u8 reg_val;            
        NRF24L01_CSN = 0;          //使能SPI传输               
          SPI1_ReadWriteByte(reg);   //发送寄存器号
          reg_val=SPI1_ReadWriteByte(0XFF);//读取寄存器内容
          NRF24L01_CSN = 1;          //禁止SPI传输                    
          return(reg_val);           //返回状态值
}       
//在指定位置读出指定长度的数据
//reg:寄存器(位置)
//*pBuf:数据指针
//len:数据长度
//返回值,此次读到的状态寄存器值
u8 NRF24L01_Read_Buf(u8 reg,u8 *pBuf,u8 len)
{
        u8 status,u8_ctr;               
          NRF24L01_CSN = 0;           //使能SPI传输
          status=SPI1_ReadWriteByte(reg);//发送寄存器值(位置),并读取状态值             
        for(u8_ctr=0;u8_ctr           NRF24L01_CSN=1;       //关闭SPI传输
          return status;        //返回读到的状态值
}
7.写函数

//SPI写寄存器
//reg:指定寄存器地址
//value:写入的值
u8 NRF24L01_Write_Reg(u8 reg,u8 value)
{
        u8 status;       
           NRF24L01_CSN=0;                 //使能SPI传输
          status =SPI1_ReadWriteByte(reg);//发送寄存器号
          SPI1_ReadWriteByte(value);      //写入寄存器的值
          NRF24L01_CSN=1;                 //禁止SPI传输          
          return(status);                               //返回状态值
}
//在指定位置写指定长度的数据
//reg:寄存器(位置)
//*pBuf:数据指针
//len:数据长度
//返回值,此次读到的状态寄存器值
u8 NRF24L01_Write_Buf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
{
        u8 status,u8_ctr;            
        NRF24L01_CSN = 0;          //使能SPI传输
          status = SPI1_ReadWriteByte(reg);//发送寄存器值(位置),并读取状态值
          for(u8_ctr=0; u8_ctr           NRF24L01_CSN = 1;       //关闭SPI传输
          return status;          //返回读到的状态值
}                                  

8.主函数


#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "spi.h"
#include "24l01.h"   
//ALIENTEK Mini STM32开发板范例代码24
//无线通信实验  
//技术支持：www.openedv.com
//广州市星翼电子科技有限公司  


int main(void)
{
        u8 key,mode;
        u16 t=0;                         
        u8 tmp_buf[33];
        delay_init();                     //延时函数初始化       
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);// 设置中断优先级分组2
        uart_init(9600);                 //串口初始化为9600
        LED_Init();                                  //初始化与LED连接的硬件接口
        LCD_Init();                                   //初始化LCD        
        KEY_Init();                                //按键初始化
        NRF24L01_Init();            //初始化NRF24L01  
        POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
        LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"Mini STM32");       
        LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"NRF24L01 TEST");       
        LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
        LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2014/3/12");                  
        while(NRF24L01_Check())        //检查NRF24L01是否在位.       
        {
                LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"NRF24L01 Error");
                delay_ms(200);
                LCD_Fill(60,130,239,130+16,WHITE);
                delay_ms(200);
        }                                                                  
        LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"NRF24L01 OK");
        while(1)//在该部分确定进入哪个模式!
        {
                key=KEY_Scan(0);
                if(key==KEY0_PRES)
                {
                        mode=0;   
                        break;
                }else if(key==KEY1_PRES)
                {
                        mode=1;
                        break;
                }
                t++;
                if(t==100)LCD_ShowString(10,150,230,16,16,"KEY0:RX_Mode  KEY1:TX_Mode"); //闪烁显示提示信息
                if(t==200)
                {       
                        LCD_Fill(10,150,230,150+16,WHITE);
                        t=0;
                }
                delay_ms(5);          
        }   
        LCD_Fill(10,150,240,166,WHITE);//清空上面的显示                  
        POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色          
        if(mode==0)//RX模式
        {
                LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"NRF24L01 RX_Mode");       
                LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Received DATA:");       
                NRF24L01_RX_Mode();                  
                while(1)
                {                                                                                   
                        if(NRF24L01_RxPacket(tmp_buf)==0)//一旦接收到信息,则显示出来.
                        {
                                tmp_buf[32]=0;//加入字符串结束符
                                LCD_ShowString(0,190,239,32,16,tmp_buf);   
                        }else delay_us(100);          
                        t++;
                        if(t==10000)//大约1s钟改变一次状态
                        {
                                t=0;
                                LED0=!LED0;
                        }                                     
                };       
        }else//TX模式
        {                                                            
                LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"NRF24L01 TX_Mode");       
                NRF24L01_TX_Mode();
                mode=' ';//从空格键开始  
                while(1)
                {                                                              
                        if(NRF24L01_TxPacket(tmp_buf)==TX_OK)
                        {
                                LCD_ShowString(60,170,239,32,16,"Sended DATA:");       
                                LCD_ShowString(0,190,239,32,16,tmp_buf);
                                key=mode;
                                for(t=0;t<32;t++)
                                {
                                        key++;
                                        if(key>('~'))key=' ';
                                        tmp_buf[t]=key;       
                                }
                                mode++;
                                if(mode>'~')mode=' ';            
                                tmp_buf[32]=0;//加入结束符                  
                        }else
                        {                                                                                          
                                LCD_ShowString(60,170,239,32,16,"Send Failed ");
                                LCD_Fill(0,188,240,218,WHITE);//清空上面的显示                          
                        };
                        LED0=!LED0;
                        delay_ms(1500);                                    
                };
        }
}
总结

  总的来说，2.4G无线通信的原理和其他通信原理大同小异，基本就是几大步骤：发信息，收信息，读信息，写信息。然后2.4G无线通信还加了一个模式选择，一般选择是Enhanced ShockBurstTM这个模式，这个模式可以支持自动ACK和自动重发。然后，博主的代码是对于stm32mini板的程序，1-7步骤主要是对2.4G通信的初始化，要注意的是NRF24L01与W25Q64和SD卡共用SPI1，注意要分时复用。然后8就是主函数，能实现的功能就是通过按键0和按键1，来控制是接受模式还是发送模式，然后就进行发送或者接受。如果为发送模式，发送的是32个ASCLL码，从空格开始，一直到~。对于2.4G通信博主也只是初了解，这个程序也是从别处白嫖过来的，如有错误，请指正。