前面已经总结过STM32Fxx的特点和传输过程，下面以nRF24L01+ 2.4GHz无线收发器为例，来说明如何使用SPI。
一、nRF24L01+ 2.4GHz无线收发器的介绍
1. 主要特性
- 全球2.4GHz ISM频段操作
- 250Kbps, 1Mbps, 2Mbps三种空中传输速率
- 超低功耗
- 输出功率为 0dBm时发射功耗为11.3mA
- 空中传输速率为2Mbps时接收功耗为13.5mA
- Power down模式功耗低至900nA, Standby-I模式功耗低至26uA
- 1.9~3.6V的电压工作范围
- 支持6个接收通道（地址）
- IO口能承受5V电压
- ±60ppm 16MHz晶体振荡器
- 4×4mm QFN封装
2. SPI操作时序
2.1 读操作时序图
图1. nRF24L01+ 读操作时序
①：发送指令+寄存器地址，都是从CSN（片选线，下同）的下降沿开始
②：主机（即STM32F4xx，下同）发送8位指令代码（C7~C0，下同）
③：不管主机发送何指令，从机（即nRF24L01+，下同)第一字节都会返回状态寄存器的值(寄存器0x07）
④：从机数据在每一个SCK的上升沿输出，首先输出的是第一字节（最低字节）的最高位，...，最后输出的是最高字节的最低位
⑤：读取操作都是以CSN的上升沿结束
2.2 写操作时序
图2. nRF24L01+ 写操作时序
①：同读操作
②：同读操作
③：同读操作
④：主机数据在每一个SCK的上升沿写入从机，首先写入的是第1个字节的最高位，...，最后写入的是最后一个字节的最低位
⑤：同读操作
2.3 状态机
图3. nRF24L01+ 状态图
在该模式下，nRF24L01+的功耗最小，不能进行发送或者接收。但是所有寄存器的值保持不变，SPI处于有效状态，允许对寄存器，TX/RX FIFO进行操作，PWR_UP(此位在CONFIG寄存器中)清0即进入该状态。
将PWR_UP置1，即进入Standby-I模式，该模式既降低了nRF24L01+的平均功耗，同时又保持尽可能短的启动时间，将CE置1然后后清0，就可以进入TX/RX模式，然后又返回到Standby-I模式。
当nRF24L01+设置为接收机（PTX），并且CE=1，TX FIFO为空时即进入该模式。相比Standby-I模式，这种模式相对耗电，一旦发送FIFO有新数据，就会立即将数据打包发送出去。
进入该模式需要满足以下条件：
- PWR_UP=1
- PRIM_RX=0
- TX FIFO不为空
- CE=1脉冲宽度超过10us
- RX 模式
进入该模式需要满足以下条件
二、程序实现
根据上面nRF24L01+的时序，结合前面介绍的STM32F4xx SPI的操作小结，SPI设置成全双工收发模式，NSS（片选引脚）单独用一个IO口来控制，对nRF24L01+读写操作程序如下：
1. SPI发送/接收子函数
1 /* SPI 发送*/
2 void _SPIDataSet（SPI_TypeDef * SPIx， unsigned char *Buf， unsigned char Cnt）
3 {
4 for（; Cnt; Cnt--）
5 {
6 while（（SPIx -》 SR & SPI_SR_TXE） ！= SPI_SR_TXE）;
7 SPIx -》 DR = *Buf++;
8 }
9 while（SPIx -》 SR & SPI_SR_BSY）;
10 Cnt = SPIx -》 DR;
11 }
12
13 /* SPI 接收*/
14 void _SPIDataGet（SPI_TypeDef * SPIx， unsigned char *Buf， unsigned char Cnt）
15 {
16 for（; Cnt; Cnt--）
17 {
18 while（（SPIx -》 SR & SPI_SR_TXE） ！= SPI_SR_TXE）;
19 SPIx -》 DR = 0xFF;
20 while（（SPIx -》 SR & SPI_SR_RXNE） ！= SPI_SR_RXNE）;
21 *Buf++ = SPIx -》 DR;
22 }
23 24 }
L6：写入数据前必须保证TX缓存器为空
L9：确保最后一位数据发送完毕
L10：使RXNE位清0（对DR进行读操作，将使RXNE清0），若RXNE若置1，SPI不会接受新数据。
L19：由于SPI工作与全双工模式，即发送1位数据才会接收1位数据，此语句本质是让SPI输出SCK，使nRF24L01+输出数据
L20: 确保接收到完整的数据
2. 对nRF24L01+寄存器的读/写操作
1 /* 写nRF24L01+ 寄存器 */
2 void DataSet（unsigned char CMD， /* 寄存器地址 */
3 unsigned char *Val， /* 发送数据指针 */
4 unsigned char Cnt /* 数据数量 */）
5 {
6 nRF24L01_CSN = 0;
7 _SPIDataSet（SPI1， &CMD， 1）;
8 _SPIDataSet（SPI1， Val， Cnt）;
9 nRF24L01_CSN = 1;
10 }
11
12
13 /* 读nRF24L01+ 寄存器 */
14 void DataGet（unsigned char CMD， /* 寄存器地址 */
15 unsigned char *Buf， /* 接收数据指针 */
16 unsigned char Cnt /* 数据大小 */）
17 {
18 nRF24L01_CSN = 0;
19 _SPIDataSet（SPI1， &CMD， 1）;
20 _SPIDataGet（SPI1， Buf， Cnt）;
21 nRF24L01_CSN = 1;
22 }
L6, L18: CSN的下降沿开始读/写操作
L9, L21: CSN的上升沿结束读/写操作
下图所示为通过逻辑分析仪抓取的设置nRF24L01+ pipe0接收地址（寄存器0xA)的波形：
图4. 设置Pipe0（寄存器0xA)接收地址波形
下图所示为通过逻辑分析仪抓取的读取nRF24L01+ pipe0接收地址（寄存器0xA)的波形：
图5. 读取Pipe0（寄存器0xA)接收地址波形
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1. 假如使用 Auto Acknowledgment 功能，发送端（PTX）Pipe0接收地址必须和发送地址 相同，这是用于接收接收端（PRX）的相应
2. 接收数据数量（最大32字节）必须写入RX_PW_Px寄存器(x为通道编号）
3. 调试失败，排查以下几点：
- 硬件连接是否正确
- 寄存器读写操作是否正确
- 确保Standby-I/II 模式变换到TX 模式时，CE高电平时间足够（大于130us）
- 发送端（PTX）和接收端（PRX）数据的大小要一致，比如接收端（PRX）接收数据大小设置为8字节，那么主机就要给发送端（PTX）的TX FIFO传输8个字节
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前面已经总结过STM32Fxx的特点和传输过程，下面以nRF24L01+ 2.4GHz无线收发器为例，来说明如何使用SPI。
一、nRF24L01+ 2.4GHz无线收发器的介绍
1. 主要特性
- 全球2.4GHz ISM频段操作
- 250Kbps, 1Mbps, 2Mbps三种空中传输速率
- 超低功耗
- 输出功率为 0dBm时发射功耗为11.3mA
- 空中传输速率为2Mbps时接收功耗为13.5mA
- Power down模式功耗低至900nA, Standby-I模式功耗低至26uA
- 1.9~3.6V的电压工作范围
- 支持6个接收通道（地址）
- IO口能承受5V电压
- ±60ppm 16MHz晶体振荡器
- 4×4mm QFN封装
2. SPI操作时序
2.1 读操作时序图
图1. nRF24L01+ 读操作时序
①：发送指令+寄存器地址，都是从CSN（片选线，下同）的下降沿开始
②：主机（即STM32F4xx，下同）发送8位指令代码（C7~C0，下同）
③：不管主机发送何指令，从机（即nRF24L01+，下同)第一字节都会返回状态寄存器的值(寄存器0x07）
④：从机数据在每一个SCK的上升沿输出，首先输出的是第一字节（最低字节）的最高位，...，最后输出的是最高字节的最低位
⑤：读取操作都是以CSN的上升沿结束
2.2 写操作时序
图2. nRF24L01+ 写操作时序
①：同读操作
②：同读操作
③：同读操作
④：主机数据在每一个SCK的上升沿写入从机，首先写入的是第1个字节的最高位，...，最后写入的是最后一个字节的最低位
⑤：同读操作
2.3 状态机
图3. nRF24L01+ 状态图
在该模式下，nRF24L01+的功耗最小，不能进行发送或者接收。但是所有寄存器的值保持不变，SPI处于有效状态，允许对寄存器，TX/RX FIFO进行操作，PWR_UP(此位在CONFIG寄存器中)清0即进入该状态。
将PWR_UP置1，即进入Standby-I模式，该模式既降低了nRF24L01+的平均功耗，同时又保持尽可能短的启动时间，将CE置1然后后清0，就可以进入TX/RX模式，然后又返回到Standby-I模式。
当nRF24L01+设置为接收机（PTX），并且CE=1，TX FIFO为空时即进入该模式。相比Standby-I模式，这种模式相对耗电，一旦发送FIFO有新数据，就会立即将数据打包发送出去。
进入该模式需要满足以下条件：
- PWR_UP=1
- PRIM_RX=0
- TX FIFO不为空
- CE=1脉冲宽度超过10us
- RX 模式
进入该模式需要满足以下条件
二、程序实现
根据上面nRF24L01+的时序，结合前面介绍的STM32F4xx SPI的操作小结，SPI设置成全双工收发模式，NSS（片选引脚）单独用一个IO口来控制，对nRF24L01+读写操作程序如下：
1. SPI发送/接收子函数
1 /* SPI 发送*/
2 void _SPIDataSet（SPI_TypeDef * SPIx， unsigned char *Buf， unsigned char Cnt）
3 {
4 for（; Cnt; Cnt--）
5 {
6 while（（SPIx -》 SR & SPI_SR_TXE） ！= SPI_SR_TXE）;
7 SPIx -》 DR = *Buf++;
8 }
9 while（SPIx -》 SR & SPI_SR_BSY）;
10 Cnt = SPIx -》 DR;
11 }
12
13 /* SPI 接收*/
14 void _SPIDataGet（SPI_TypeDef * SPIx， unsigned char *Buf， unsigned char Cnt）
15 {
16 for（; Cnt; Cnt--）
17 {
18 while（（SPIx -》 SR & SPI_SR_TXE） ！= SPI_SR_TXE）;
19 SPIx -》 DR = 0xFF;
20 while（（SPIx -》 SR & SPI_SR_RXNE） ！= SPI_SR_RXNE）;
21 *Buf++ = SPIx -》 DR;
22 }
23 24 }
L6：写入数据前必须保证TX缓存器为空
L9：确保最后一位数据发送完毕
L10：使RXNE位清0（对DR进行读操作，将使RXNE清0），若RXNE若置1，SPI不会接受新数据。
L19：由于SPI工作与全双工模式，即发送1位数据才会接收1位数据，此语句本质是让SPI输出SCK，使nRF24L01+输出数据
L20: 确保接收到完整的数据
2. 对nRF24L01+寄存器的读/写操作
1 /* 写nRF24L01+ 寄存器 */
2 void DataSet（unsigned char CMD， /* 寄存器地址 */
3 unsigned char *Val， /* 发送数据指针 */
4 unsigned char Cnt /* 数据数量 */）
5 {
6 nRF24L01_CSN = 0;
7 _SPIDataSet（SPI1， &CMD， 1）;
8 _SPIDataSet（SPI1， Val， Cnt）;
9 nRF24L01_CSN = 1;
10 }
11
12
13 /* 读nRF24L01+ 寄存器 */
14 void DataGet（unsigned char CMD， /* 寄存器地址 */
15 unsigned char *Buf， /* 接收数据指针 */
16 unsigned char Cnt /* 数据大小 */）
17 {
18 nRF24L01_CSN = 0;
19 _SPIDataSet（SPI1， &CMD， 1）;
20 _SPIDataGet（SPI1， Buf， Cnt）;
21 nRF24L01_CSN = 1;
22 }
L6, L18: CSN的下降沿开始读/写操作
L9, L21: CSN的上升沿结束读/写操作
下图所示为通过逻辑分析仪抓取的设置nRF24L01+ pipe0接收地址（寄存器0xA)的波形：
图4. 设置Pipe0（寄存器0xA)接收地址波形
下图所示为通过逻辑分析仪抓取的读取nRF24L01+ pipe0接收地址（寄存器0xA)的波形：
图5. 读取Pipe0（寄存器0xA)接收地址波形
More~
1. 假如使用 Auto Acknowledgment 功能，发送端（PTX）Pipe0接收地址必须和发送地址 相同，这是用于接收接收端（PRX）的相应
2. 接收数据数量（最大32字节）必须写入RX_PW_Px寄存器(x为通道编号）
3. 调试失败，排查以下几点：
- 硬件连接是否正确
- 寄存器读写操作是否正确
- 确保Standby-I/II 模式变换到TX 模式时，CE高电平时间足够（大于130us）
- 发送端（PTX）和接收端（PRX）数据的大小要一致，比如接收端（PRX）接收数据大小设置为8字节，那么主机就要给发送端（PTX）的TX FIFO传输8个字节
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