🎀 文章作者：二土电子
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文章目录
- 一、NRF24L01简介
- 1.1 什么是NRF24L01
- 1.2 NRF24L01引脚介绍
- 1.3 NRF24L01工作模式
- 1.4 NRF24L01的SPI时序
- 1.5 Enhanced ShockBurstTM收发模式介绍
- 1.5.1 Enhanced ShockBurstTM发送流程
- 1.5.2 Enhanced ShockBurstTM接收流程
- 1.6 NRF24L01用途
- 二、程序设计
- 2.1 NRF24L01初始化
- 2.2 NRF24L01连接检测
- 2.3 设置为发送模式
- 2.4 设置为接收模式
- 2.5 发送一次数据
- 2.6 接收一次数据
- 三、无线摇杆测试
- 3.1 NRF24L01发送端初始化程序
- 3.2 NRF24L01接收端初始化程序
- 3.3 效果展示
一、NRF24L01简介
1.1 什么是NRF24L01
NRF24L01是NORDIC公司生产的一款工作在2.4GHz的无线收发模块，采用FSK调制，通常由频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体放大器、调制器、解调器等组成，可以实现点对点或者1对6的无线通信，无线通信速度最高可达2Mbps，在空旷地带通信距离可达180~240m（未实测）。
NRF24L01采用SPI通信，关于SPI通信的知识，这里就不再详细介绍了，具体可查看STM32速成笔记专栏中关于SPI的介绍。
1.2 NRF24L01引脚介绍
不太友好的是，买来的NRF24L01后发现实物上没有对应的引脚标注，这里贴一下引脚图
我们简单地介绍一下它各个引脚的功能
| NRF24L01引脚 | 功能描述 |
|---|---|
| CE | 模式控制线，在CSN为低电平时，CE协同Config寄存器共同决定NRF24L01的状态（关于NRF24L01的状态后续会有介绍） |
| CSN | SPI片选线 |
| SCK | SPI时钟线 |
| MOSI | 主机输出从机输入 |
| MISO | 主机输入从机输出 |
| IRQ | 中断信号线，中断时变为低电平，有三种中断，分别是TxFIFO发送完并收到ACK（使能ACK的情况）、RxFIFO收到数据、达到最大重发次数 |
1.3 NRF24L01工作模式
NRF24L01的工作模式由CE引脚电平和Config寄存器的PWR_UP和PRIM_RX为共同控制。
| NRF24L01工作状态 | PWR_UP | PRIM_RX | CE | FIFO寄存器状态 |
|---|---|---|---|---|
| 接收模式 | 1 | 1 | 高 | - |
| 发送模式 | 1 | 0 | 高 | 数据在TxFIFO中 |
| 发送模式 | 1 | 0 | 高—>低 | 停留在发送模式，直至发送完成 |
| 待机模式II | 1 | 0 | 高 | TxFIFO为空 |
| 待机模式I | 1 | - | 低 | 无数据传输 |
其中收发模式有Enhanced ShockBurstTM收发模式和ShockBurstTM收发模式，只有前者支持自动ACK和自动重发。开启了自动ACK，实际也就默认选择了Enhanced ShockBurstTM收发模式。
Enhanced ShockBurstTM收发模式使用片内先入先出堆栈区，数据可以低速从微控制器送入，然后以高速发射。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校验码去掉。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。
1.4 NRF24L01的SPI时序
NRF24L01需要设置时钟极性为0，也就是空闲状态时SCK时钟线为低电平；时钟相位设置为0，也就是在时钟线SCK的第一个跳变沿采样数据。
1.5 Enhanced ShockBurstTM收发模式介绍
Enhanced ShockBurstTM收发模式的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，一旦检测到丢失则重发数据。在接收模式下，最多可以接收6路不同的数据，每一个数据通道使用不同的地址。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，接收端的NRF24L01可以对这6个发射端进行识别。
上面说了，可以1收6发，接收端可以识别6个不同的发送端，这是怎么做到的呢？其实上面也说了，通过不同的地址。我们举个简单的例子来说明一下。
在开始介绍例子之前我们要知道一个前提条件，无论是接收端还是发送端，他们的寄存器都是一样的，无非就是一个是接收模式一个是发送模式，知道了这个前提之后我们开始介绍。
假设NRF24L01的6个接收数据的地址分别为0x0、0x1、0x2、0x3、0x4、0x5。当第一个NRF24L01发送数据时，通过数据通道0x0发送数据，接收端的0x0寄存器收到数据之后就知道是第一个NRF24L01发送的，在给0x0地址返回一个应答信号，其他5个也是相同的原理。
简单总结一下
- 在接收端，确认收到数据后记录地址，并一次地址为目的地址返回应答信号。
- 在发送端，发送地址和接收地址要保持一致，以确保接收到正确的应答信号。
1.5.1 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NRF24L01进入发送模式；
- 微控制器将CE置高（至少10us），触发Enhanced ShockBurstTM发射；
1.5.2 Enhanced ShockBurstTM接收流程
- 配置接收地址和要接收的数据包大小（接收地址要确保和发送时配置的地址是一致的）；
- 配置Config寄存器，使NRF24L01进入接收模式，把CE置高；
- 130us后，NRF24L01进入监听状态，等待数据包的到来；
- 但接收到正确的数据包（正确的地址和CRC校验码）后，NRF24L01自动把字头、地址和CRC校验码去掉；
- NRF24L01通过把STATUS寄存器的RX_DR置位，通知控制器接收完成；
- 微控制器利用指令把数据从FIFO中读出；
- 所有数据读取完毕后，清除STATUS寄存器；
关于NRF24L01的指令，在后续的程序设计中会有详细介绍。
1.6 NRF24L01用途
简单了解了之后，我们用NRF24L01可以做什么呢？这里博主打算是拿NRF2401来做一辆遥控的麦克纳姆轮小车，NRF24L01充当无线遥控的功能。当然，除了做遥控手柄外，它也可以做其他的远距离无线控制，比如无线开关等。
二、程序设计
下面我们开始设计一下NRF24L01的程序，我们使用的是两个STM32F103C8T6核心板和两个NRF24L01，一个作为发送端，一个作为接收端，在开始程序设计之前我们先确定一下引脚分配。
| NRF24L01引脚 | 主控GPIO |
|---|---|
| GND | GND |
| VCC | 3.3V |
| CE | PB11 |
| CSN | PB12 |
| IRQ | PB10 |
| SCK | PB13 |
| MISO | PB14 |
| MOSI | PB15 |
我们使用的是SPI2来与NRF24L01进行通信，关于SPI2的程序这就就不再展示了，可以到STM32速成笔记专栏中查看，这里着重介绍一下NRF24L01的程序。
2.1 NRF24L01初始化
初始化包括两部分，一部分是初始化GPIO，另一部分是初始化SPI，程序设计如下
/**==============================================================================*函数名称：Drv_Nrf24l01_Gpio_Init*函数功能：NRF24L01引脚初始化*输入参数：无*返回值：无*备 注：用来初始化NRF24L01的CS、IRQ和CE的引脚*==============================================================================
*/
void Drv_Nrf24l01_Gpio_Init (void)
{// 结构体定义GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);// 配置结构体 CSN CEGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; // 下拉输入GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12); // 上拉
}
/**==============================================================================*函数名称：Med_Nrf24l01_Init*函数功能：初始化NRF24L01*输入参数：无*返回值：无*备 注：无*==============================================================================
*/
void Med_Nrf24l01_Init (void)
{// 结构体定义SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;Drv_Nrf24l01_Gpio_Init(); // 初始化NRF24L01引脚SPI2_Init(); // 初始化SPI2SPI_Cmd(SPI2, DISABLE); // 不使能SPI2，因为要针对NRF24L01重新配置结构体// 配置SPI结构体SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // SPI设置为双线双向全双工SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; // SPI主机SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // 发送接收8位帧结构SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; // 时钟悬空低SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; // 数据捕获于第1个时钟沿SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; // NSS信号由软件控制SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16; // 定义波特率预分频的值:波特率预分频值为16SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // 数据传输从MSB位开始SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; // CRC值计算的多项式SPI_Init(SPI2,&SPI_InitStructure); // 根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); // 使能SPI外设NRF24L01_CE = 0; // 使能24L01NRF24L01_CSN = 1; // SPI片选取消
}
2.2 NRF24L01连接检测
连接检测的原理比较简单，我们往NRF24L01的特定寄存器写入特定值之后再读取，如果读取到的值和写入的相同，那么认为NRF24L01连接正常，程序设计如下
/**==============================================================================*函数名称：Med_Nrf24l01_Connect_Check*函数功能：检查NRF24L01的连接状态*输入参数：无*返回值：0：连接正常；1：连接异常*备 注：无*==============================================================================
*/
u8 Med_Nrf24l01_Connect_Check (void)
{u8 buf[5] = {0XA5,0XA5,0XA5,0XA5,0XA5};u8 i;SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_4); // spi速度为9Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz） Med_Nrf24l01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + TX_ADDR,buf,5); // 写入5个字节的地址. Med_Nrf24l01_Write_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
}
在初始化时可以进行连接检测，但是最好是加入一个超时检测，防止在NRF24L01连接异常时程序卡死。
2.3 设置为发送模式
设置NRF24L01为发送模式程序设计如下
/**==============================================================================*函数名称：Med_Nrf24l01_TX_Mode*函数功能：初始化NRF24L01到TX模式*输入参数：无*返回值：无*备 注：无*==============================================================================
*/
void Med_Nrf24l01_TX_Mode (void)
{ NRF24L01_CE = 0; Med_Nrf24l01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR,(u8*)TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH); // 写TX节点地址 Med_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 Med_Nrf24l01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01); // 使能通道0的自动应答 Med_Nrf24l01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01); // 使能通道0的接收地址 Med_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Med_Nrf24l01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH,40); // 设置RF通道为40Med_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 Med_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
}
2.4 设置为接收模式
设置NRF24L01为接收模式程序设计如下
/**==============================================================================*函数名称：Med_Nrf24l01_RX_Mode*函数功能：初始化NRF24L01到RX模式*输入参数：无*返回值：无*备 注：无*==============================================================================
*/
void Med_Nrf24l01_RX_Mode (void)
{NRF24L01_CE = 0; Med_Nrf24l01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH); // 写RX节点地址Med_Nrf24l01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01); // 使能通道0的自动应答 Med_Nrf24l01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01); // 使能通道0的接收地址 Med_Nrf24l01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH,40); // 设置RF通信频率 Med_Nrf24l01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH); // 选择通道0的有效数据宽度 Med_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 Med_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
}
2.5 发送一次数据
/**==============================================================================*函数名称：Med_Nrf24l01_TxPacket*函数功能：NRF24L01发送一次数据*输入参数：txbuf；要发送的数据首地址指针*返回值：发送完成情况*备 注：无*==============================================================================
*/
u8 Med_Nrf24l01_TxPacket (u8 *txbuf)
{u8 sta;SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); // spi速度为9Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz） NRF24L01_CE = 0;Med_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 = Med_Nrf24l01_Read_Reg(STATUS); // 读取状态寄存器的值 Med_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{Med_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
}
2.6 接收一次数据
/**==============================================================================*函数名称：Med_Nrf24l01_RxPacket*函数功能：NRF24L01接收一次数据*输入参数：rxbuf；存储接收数据的首地址指针*返回值：0：接收成功；1：接收失败*备 注：无*==============================================================================
*/
u8 Med_Nrf24l01_RxPacket (u8 *rxbuf)
{u8 sta; SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); // spi速度为9Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz） sta = Med_Nrf24l01_Read_Reg(STATUS); // 读取状态寄存器的值 Med_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{Med_Nrf24l01_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rxbuf,RX_PLOAD_WIDTH); // 读取数据Med_Nrf24l01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff); // 清除RX FIFO寄存器 return 0;} return 1; // 没收到任何数据
}
三、无线摇杆测试
下面我们结合之前我们介绍的外设双轴按键PS2来简单实现无线摇杆，关于双轴按键PS2摇杆的内容，可以移步至STM32外设系列专栏查看，这里就不再指路了。
3.1 NRF24L01发送端初始化程序
/**==============================================================================*函数名称：Med_Mcu_Iint*函数功能：初始化系统*输入参数：无*返回值：无*备 注：无*==============================================================================
*/
void Med_Mcu_Iint (void)
{u8 outTimeCheck = 0; // 超时检测变量delay_init(); //延时函数初始化uart_init(115200); // 初始化串口ADC1_Init(); // ADC初始化Drv_Ps2_Gpio_Init(); // 初始化PS2摇杆引脚Med_Nrf24l01_Init(); // 初始化NRF24L01// NRF24L01连接检测printf ("Ready to check NRF24L01 connect...\r\n");while(Med_Nrf24l01_Connect_Check()){outTimeCheck = outTimeCheck + 1;delay_ms(200);// 超时退出if (outTimeCheck >= 100){printf ("NRF24L01 connect error!\r\n");break;}}printf ("NRF24L01 connect ok!\r\n");Med_Nrf24l01_TX_Mode(); // 初始化为发送模式printf ("NRF24L01 set send mode ok!\r\n");
}
3.2 NRF24L01接收端初始化程序
/**==============================================================================*函数名称：Med_Mcu_Iint*函数功能：初始化系统*输入参数：无*返回值：无*备 注：无*==============================================================================
*/
void Med_Mcu_Iint (void)
{u8 outTimeCheck = 0; // 超时检测变量delay_init(); //延时函数初始化uart_init(115200); // 初始化串口ADC1_Init(); // ADC初始化Med_Nrf24l01_Init(); // 初始化NRF24L01// NRF24L01连接检测printf ("Ready to check NRF24L01 connect...\r\n");while(Med_Nrf24l01_Connect_Check()){outTimeCheck = outTimeCheck + 1;delay_ms(200);// 超时退出if (outTimeCheck >= 100){printf ("NRF24L01 connect error!\r\n");break;}}printf ("NRF24L01 connect ok!\r\n");Med_Nrf24l01_RX_Mode(); // 初始化为接收模式printf ("NRF24L01 set receive mode ok!\r\n");
}
3.3 效果展示
最后我们来看一下实现效果
