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（38）STM32——NRF24L01无线通信-创新互联

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学习目标

成果展示 

介绍

引脚

时序

模式

Enhanced ShockBurstTM收发模式

发送流程 

接收流程 

SPI指令

寄存器

配置寄存器 

自动使能寄存器

RX地址使能寄存器

自动重发寄存器

射频频率设置寄存器

射频设置寄存器 

状态寄存器

发送地址设置寄存器

硬件连接

代码 

总结 

学习目标

本节我们要学习的是NRF24L01无线通信，NRF24L01无线通信采用的是SPI通信，SPI的内容我们之前学过，也算是一个加强的过程吧。然后我们会使用两个单片机来实现通信过程，最后的结果会通过串口打印到电脑上。

成果展示 

nrf24l01

介绍

NRF24L01 无线模块，采用的芯片是 NRF24L01，该芯片的主要特点如下：

  1. 2.4G 全球开放的 ISM 频段，免许可证使用。
  2. 最高工作速率 2Mbps，高校的 GFSK 调制，抗干扰能力强。
  3. 125 个可选的频道，满足多点通信和调频通信的需要。
  4. 内置 CRC 检错和点对多点的通信地址控制。
  5. 低工作电压（1.9~3.6V）。
  6. 可设置自动应答，确保数据可靠传输。 该芯片通过 SPI 与外部 MCU 通信，大的 SPI 速度可以达到 10Mhz。本章我们用到的模块是深圳云佳科技生产的 NRF24L01，该模块已经被很多公司大量使用，成熟度和稳定性都是相当不错的。
引脚

我们简单介绍一下这些引脚：

  • 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
  • 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: TxFIFO 发完并且收到ACK (使能ACK情况下)、Rx FIFO收到数据、达到大重发次数。
时序

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)

就是我们之前介绍的SPI通讯，在此不再赘述。 

模式

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

Enhanced ShockBurstTM收发模式

增强型ShockBurstTM模式可以使得双向链接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王失的数据恢复、增强型的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。Enhanced ShockBurstTM收发模式有六路通道，1号通道地址固定，其他地址可以自行设定。如下图所示，后面只能设置后两位。

在Enhanced ShockBurstTM收发模式下，NRF24L01 自动处理字头和CRC校验码。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。

  1. 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。
  2. 在发送端，通道0被用作接收应答信号，A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。

发送流程 

在Enhanced ShockBurstTM收发模式下，NRF24L01 自动处理字头和CRC校验码。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。 

  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AutoAck) RX _ADDR_PO
  3. 使能AUTOACKEN AA
  4. 使能PIPE 0 EN_ RXADDR
  5. 配置自动重发次数SETUPRETR
  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_ SETUP8)配置24L01的基本参数以及切换工作模式CONFIG.

接收流程 

1.配置接收地址和要接收的数据包大小;
2.配置CONFIG寄存器，使之进入接收模式，把CE置高。
3.130us后，NRF24L01进入监视状态，等待数据包的到来;
4.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;
5. NRF24L01通过把STATUS寄存器的RX_ DR置位(STATUS-般引起微控制器中断)通知微控制器;
6.微控制器把数据从FIFO读出(0X61指令);
7.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;

1)写Rx节点的地址RX_ ADDR PO
2)使能AUTO ACKEN_ AA
3)使能PIPEO 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_ PO
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。

SPI指令

寄存器 配置寄存器 

自动使能寄存器

RX地址使能寄存器

自动重发寄存器

射频频率设置寄存器

频率计算公式：2400+RF_CH(Mhz) 

射频设置寄存器 

状态寄存器

发送地址设置寄存器

硬件连接

代码 
// 24l01.h
#include "24l01.h"
#include "lcd.h"
#include "delay.h"
#include "spi.h"
    
const u8 TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //发送地址
const u8 RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //发送地址

// 使能SPI
void NRF24L01_SPI_Init(void)
{
	
 	SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
	
	SPI_Cmd(SPI1, DISABLE); //失能SPI外设
	
	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;		//串行同步时钟的空闲状态为低电平
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;	//串行同步时钟的第1个跳变沿（上升或下降）数据被采样
	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
 
	SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设
	
}
 
//初始化24L01的IO口
void NRF24L01_Init(void)
{  
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;


	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB|RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);//使能GPIOB,G时钟
	
  //GPIOB14初始化设置:推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化PB14
	
	//GPIOG6,7推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化PG6,7
	
	//GPIOG.8上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//输入
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化PG8

  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14);//PB14输出1,防止SPI FLASH干扰NRF的通信 
  
 	SPI1_Init();    		//初始化SPI1  
	
	NRF24L01_SPI_Init();//针对NRF的特点修改SPI的设置

	NRF24L01_CE=0; 			//使能24L01
	NRF24L01_CSN=1;			//SPI片选取消	 		 	 
}
//检测24L01是否存在
//返回值:0，成功;1，失败	
u8 NRF24L01_Check(void)
{
	u8 buf[5]={0XA5,0XA5,0XA5,0XA5,0XA5};
	u8 i;
	SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); //spi速度为10.5Mhz（24L01的大SPI时钟为10Mhz）   	 
	NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR,buf,5);//写入5个字节的地址.	
	NRF24L01_Read_Buf(TX_ADDR,buf,5); //读出写入的地址  
	for(i=0;i<5;i++)if(buf[i]!=0XA5)break;	 							   
	if(i!=5)return 1;//检测24L01错误	
	return 0;		 //检测到24L01
}	 	 
//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
}
//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
// main.c
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "spi.h"
#include "key.h" 
#include "24l01.h"	 
	
int main(void)
{ 
	u8 key,mode;
	u16 t=0;			 
	u8 tmp_buf[33];	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
	delay_init(168);  //初始化延时函数
	uart_init(115200);	//初始化串口波特率为115200
	LED_Init();					//初始化LED 
 	KEY_Init();					//按键初始化
 	NRF24L01_Init();    		//初始化NRF24L01 
	while(NRF24L01_Check())
	{
		printf ("NRF24L01 Error");
		printf ("\r\n\r\n");
		delay_ms(200);
	}
	printf ("NRF24L01 OK"); 
		printf ("\r\n\r\n");	
 	while(1)
	{	
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY0_PRES)
		{
			mode=0;   
			break;
		}else if(key==KEY1_PRES)
		{
			mode=1;
			break;
		}
		t++;
		if(t==100)
			{
				printf ("KEY0:RX_Mode  KEY1:TX_Mode"); //闪烁显示提示信息
				printf ("\r\n\r\n");
				t =0;
		}
		delay_ms(5);	  
	}      
	if(mode==0)//RX模式
	{
		printf ("NRF24L01 RX_Mode");
		printf ("\r\n\r\n");		
		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
				printf ("Received DATA:%s",tmp_buf); 
				printf ("\r\n\r\n");				
			}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
	{							    
		printf ("NRF24L01 TX_Mode");
		printf ("\r\n\r\n");		
		NRF24L01_TX_Mode();
		mode=' ';//从空格键开始  
		while(1)
		{	  		   				 
			if(NRF24L01_TxPacket(tmp_buf)==TX_OK)
			{	
				printf ("Sended DATA:%s",tmp_buf); 
				printf ("\r\n\r\n");
				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
			{										   			   
				printf ("Send Failed "); 
				printf ("\r\n\r\n");
			};
			LED0=!LED0;
			delay_ms(1500);				    
		};
	}     
		
}
总结 

总算是学到了如何在单片机之间进行通信了，而且对之前的SPI知识进行了一个加强巩固的作用。希望能对大家有所帮助，谢谢大家了。

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新闻名称：（38）STM32——NRF24L01无线通信-创新互联
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