無線收發(fā)模塊-nrf24l01中文

2.4G數(shù)據(jù)傳輸率1SPI接口數(shù)據(jù)速率很短的頻道切換時間可用于跳頻nRF24XX20腳QFN 4mm封 工作電壓無線鼠標鍵盤機概述nRF24L01是一款工作在2.4~2.5GHz世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)器 率發(fā)生器增強型SchockBurstTM模式控制器 功率放大器晶體振蕩器調(diào)制器解調(diào)器輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設置可以通過SPI接口進行設置V0發(fā)射模式下電流消耗接收模式下電流消耗- -表 nRF24L01快速參考數(shù)片D20腳QFN DnRF24L01-表 nRF24L01分類信1nRF24L011RXTX23456 7電源8接地9RF的功率放大器提供的+1.8V接地電源接地電源接地表 nRF24L01引腳功圖 引腳封條件 到參數(shù)條件V高電平輸出電壓IOH=-VDD-V高電平輸出電壓V頻移頻移ShockBrust模式下數(shù)據(jù)頻道間距1頻道間距204 -第二鄰近通道-2000kbps1000kbps在-在-表 nRF24L01電氣特圖 nRF24L01外形封裝尺 確認信號應答信號確認信號應答信號工業(yè)科學醫(yī)學

表 術語nRF24L01可以設置為以下幾種FIFO寄存器111-10110 停留在發(fā)送模式直至數(shù)據(jù)發(fā)送完101TXFIFO1-00---表6 關于nRF24L01I/O腳更詳細的描述請參見下面的表7-SPI片選使能低電平使能中斷表 nRF24L01引腳功II下晶振正常工作在待機IITXFIFOCE 在待機模式期 寄存器配置字內(nèi)容保持不在掉電模式下,nRF24L01各功能關閉保持電流消耗最小 進入掉電模式后nRF24L01停止工作但寄存器內(nèi)容保持不變啟動時間見表格13掉電模式由寄存器中PWR_UP位來控制nRF24L01有如下幾種數(shù)據(jù)包 與 nRF24E2數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps時相增強型ShockBurstTM模ShockBurstTMShockBurst模式下nRF24L01可以與成本較低的低速MCU相連高速信號處理是由的射頻協(xié)議處理的nRF24L01SPI接口數(shù)據(jù)率取決于單片機本身接口速度ShockBurst模式通過允許與單片機低速通信而無線部分高速通信減小了通信的平均消耗電流ShockBurstTMIRQMCUMCU可將接收到的數(shù)據(jù)從RXFIFO寄存器中讀出ShockBurstTM發(fā)送模式下nRF24L01CRC校驗參見表格12數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后IRQ通知MCU減少了MCU的查詢時間也就意味著減少了MCU的工作量同時減少了的開發(fā)時間nRF24L01有三個不同的RXFIFO寄存器6個通道共享此寄存器和三個不同的TXFIFO寄存器在掉電模式下待機模式下和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中MCU可以隨時FIFO寄存器這就允許SPI接口可以以低速進行數(shù)據(jù)傳送并且可以應用于MCU硬件上沒有SPI接口的情況下增強型的ShockBurstTM增強型ShockBurstTM模式可以使得雙向協(xié)議執(zhí)行起來更為容易有效典型的雙向為發(fā)送方要求終端設備在接收到數(shù)據(jù)后有應答信號以便于發(fā)送方檢測有無數(shù)據(jù)丟失一旦數(shù)據(jù)丟失則通過重新發(fā)ShockBurstTM模式可以同時控制應答及重發(fā)功能而無需增加MCU工作4nRF24L01nRF24L0164每一個數(shù)據(jù)通道使用不同的地址但是共用相同的頻道也就是說6個不同的nRF24L01設置為發(fā)送模式后可以與同一個設置為接收模式的nRF24L01nRF24L0160是唯一40位自身地址的數(shù)據(jù)通道1~5832位公用地址所有的數(shù)據(jù)通道都可以設置為增強型ShockBurst模式nRF24L01在確認收到數(shù)據(jù)后記錄地址并以此地址為目標地址發(fā)送應答信號在發(fā)送端數(shù)據(jù)通道0被用做接收應答信號因此 數(shù)據(jù)通道0的接收地址要與發(fā)送端地址相等以確保接收到正確的應答信號見圖5選擇地址舉例5nRF24L01ShockBurstTMMCU有數(shù)據(jù)要發(fā)送nRF24L01就會啟ShockBurstTMnRF24L01轉到接收模式并等待終端的應答信號如果沒有收到應答信號nRF24L01將重發(fā)相同的數(shù)據(jù)包直到收到應答信號或重發(fā)次數(shù)超過SETUP_RETR_ARC寄存器中設置的值為止如果重發(fā)次數(shù)超過了設定值則產(chǎn)生MAX_RT中斷只要收到確認信號nRF24L01就認為最后一包數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送成功接收方已經(jīng)收到數(shù)據(jù)把TXTX_DS中斷IRQ引腳置高ShockBurstTM模式下nRF24L01低成本nRF24L01機硬件上一定有SPI口與其相連SPI接口可以利用單片機通用I/O口進行模擬由于鏈路層完全集成在上非常便于軟硬件的開增強型ShockBurstTM發(fā)送模當MCU有數(shù)據(jù)要發(fā)送時接收節(jié)點地址TX_ADDR 和有效數(shù)據(jù)(TX_PLD)通過SPI接口寫入nRF24L01發(fā)送數(shù)據(jù)的長度以字節(jié)計數(shù)從MCU寫入TXFIFO當CSN為低時數(shù)據(jù)被不斷的寫入發(fā)送端發(fā)送完數(shù)據(jù)后將通道0設置為接收模式來接收應答信號其接收地址(RX_ADDR_P0)與接收端地址(TX_ADDR)相同例 在圖5中數(shù)據(jù)通道5的發(fā)送端(TX5)及接收端(RX)地址設置如下 CE為高啟動發(fā)射CE10 啟動16MHz時無線發(fā)送數(shù)據(jù)打包高速發(fā)送數(shù)據(jù)由MCU1Mbps如果啟動了自動應答模式自動重發(fā)計數(shù)器不等于0ENAA_P0=1無線立即進入接收模式如果在有效應答時間范圍內(nèi)收到應答信號則認為數(shù)據(jù)成功發(fā)送到了接收端此時狀態(tài)寄存器的TX_DSTXFIFO中清除掉如果在設定時間范圍內(nèi)沒有接收到應答信號則重新發(fā)送數(shù)據(jù)如果自動重發(fā)計數(shù)器T溢出超過了編程設定的值則狀態(tài)寄存器的MAX_RTTXFIFO中的數(shù)據(jù)當MAX_RTTX_DS為高電平時IRQ引腳產(chǎn)生中斷IRQ中斷通過寫狀態(tài)寄存器來復位見中斷章節(jié)如果重發(fā)次數(shù)在達到設定的最大重發(fā)次數(shù)時還沒有收到應答信號的話在MAX_RX中斷清除之前不會重發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包丟失計數(shù)器 T)MAX_RT中斷后加一也就是說重發(fā)計數(shù)器T計算重發(fā)數(shù)據(jù)包次數(shù)T計算在達到最大允許重發(fā)次數(shù)時仍沒有發(fā)送成功的數(shù)據(jù)包個數(shù)CEICE為低則系統(tǒng)會發(fā)送TXFIFO寄存器中下一包數(shù)據(jù)如果TXFIFOCEII.IICE增強型ShockBurstTM接收模ShockBurstTMPRIM_RX被使能EN_RXADDR寄存器所有工作在增強型ShockBurstTM模式下的數(shù)據(jù)通道的自動應答功能是由(EN_AA寄存器)來使能的有效數(shù)據(jù)寬度是由RX_PW_Px寄存器來設置的地址的建立過程見增強型ShockBurstTM發(fā)送章節(jié)接收到有效的數(shù)據(jù)包后地址匹配 CRC檢驗正確數(shù)據(jù)在RX_FIFO中同時RX_DR置高并產(chǎn)生中斷 狀態(tài)寄存器中RX_P_NO位顯示數(shù)據(jù)是由哪個通道接收到的MCU設置CE腳為低進入待機模式 低功耗模 準備好進入發(fā)送模式接收模式或掉電模如果想要數(shù)據(jù)在雙方向上通訊,PRIM_RX寄存器必須緊隨 工作模式的變化而變化處理器必須保證PTX和PRX端的同步性在RX_FIFO和TX_FIFO寄存器中可能同時存有數(shù)據(jù)自動應答RX自動應答功能減少了外部MCU的工作量并且在鼠標/鍵盤等應用中也可以不要求硬件一定有SPI接口因此降低成本減少電流消耗 自動重應答功能可以通過SPI口對不同的數(shù)據(jù)通道分別進行配置在自動應答模式使能的情況下收到有效的數(shù)據(jù)包后系統(tǒng)將進入發(fā)送模式并發(fā)送確認信號發(fā)送完確認信號后系統(tǒng)進入正常工作模式工作模式由PRIM_RX位和CE引腳決定自動重發(fā)功能ART自動重發(fā)功能是針對自動應答系統(tǒng)的發(fā)送方SETUP_RETR寄存器設置 在每次發(fā)送結束后系統(tǒng)都會進入接收模式并在設定的時間范圍內(nèi)等待應答信號接收到應答信號后系統(tǒng)轉入正常發(fā)送模式如果TXFIFO中沒有待發(fā)送的數(shù)據(jù)且CE腳電平為低則系統(tǒng)將進入待機模式I 果沒有收到確認信號則系統(tǒng)返回到發(fā)送模式并重發(fā)數(shù)據(jù)直到收到確認信號或重發(fā)次數(shù)超過設定值達到最大的重發(fā)次數(shù)有新的數(shù)據(jù)發(fā)送或PRIM_RX寄存器配置改變時丟包計數(shù)器復位數(shù)據(jù)包識別和CRC校驗應用于增強型ShockBurstTM模式每一包數(shù)據(jù)都包括兩位的PID數(shù)據(jù)包識別來識別接收的數(shù)據(jù)是新數(shù)據(jù)包還是重發(fā)的數(shù)據(jù)包PIDMCUMCUPID值加一PID和CRC校驗應用在接收方識別接收的數(shù)據(jù)是重發(fā)的數(shù)據(jù)包還是新數(shù)據(jù)包如果在中有一些數(shù)據(jù)丟失PIDPIDPID值nRF24L01將對兩包數(shù)據(jù)的CRC值進行比較如果CRC值也相同的話就認為后面一包是前一包的重發(fā)數(shù)據(jù)包而被舍棄PIDPID數(shù)據(jù)包如果PIDCRC值是否相等如果CRC值與前一包數(shù)據(jù)的CRC值相等則認為是同一包數(shù)據(jù)并將其舍棄圖 CRCSPICRC計算范圍包括整個數(shù)據(jù)包地址和有效數(shù)據(jù)等若CRC載波檢測當接收端檢測到射頻范圍內(nèi)的信號時將CD置高否則CD為低的CD信號在寫入寄存器之前是經(jīng)過濾波的CD高電平狀態(tài)至少保持128us以上在增強型ShockBurstTM模式中只有當發(fā)送模塊沒有成功發(fā)送數(shù)據(jù)時使用CD檢測功能如果發(fā)送端T顯示數(shù)據(jù)包丟失率太高時可將其設置位接收模式檢測CD值如果CD為高說明通道出現(xiàn)了擁擠現(xiàn)象需要更改通信頻道如果CD為低電平狀態(tài)距離超出通信范圍可保持原有通信頻道但需nRF24L016路不同地址相同頻率的數(shù)據(jù)每個數(shù)據(jù)通道擁有自己的地址數(shù)據(jù)通道0有40位可配址數(shù)據(jù)通道1~5的地址為32位共用地址+各自的地址最低字節(jié)71~5401~5數(shù)據(jù)通圖 通道0~5的地址設當從一個數(shù)據(jù)通道中接收到數(shù)據(jù)并且此數(shù)據(jù)通道設置為應答方式的話 產(chǎn)生應答信號此應答信號的目標地址為接收通道地址CRC使能/CRC接收地址寬度頻道設置LNA射頻輸出功率nRF24L01所有配置都在配置寄存器 所有寄存器都是通過SPI口進行配置SPISPI接口是標準的SPI接口其最大的數(shù)據(jù)傳輸率為 SPI接口可能用到的指令在下面有所說明CSNSPI接口等待執(zhí)行指令每一條指令的執(zhí)行都必須通過一次CSN由高到低的變化<命令字由到低位每字節(jié)<數(shù)據(jù)字節(jié)低字節(jié)到高字節(jié)每一字節(jié)>參看圖8及圖讀配置寄存器 寫配置寄存器AAAAA寫操作的寄存器地址RX有效數(shù)據(jù)1-320開始當讀有效數(shù)據(jù)完成后FIFOTX有效數(shù)據(jù)1-32字節(jié)寫操作從字節(jié)0開始TXFIFO寄存器應用于發(fā)射模式下RXFIFO寄存器應用于接收模式下在傳輸應答信號過程中不應執(zhí)行此指令也就是說CE圖 nRF24L01SPI串行口指令設R_REGISTER和W_REGISTER寄存器可能操作單字節(jié)或多字節(jié)寄存器當多字節(jié)寄存器時首先要讀/寫的是最低字節(jié)的在所有多字節(jié)寄存器被寫完之前可以結束寫SPI操作在這種情況下沒有寫完的高字節(jié)保持原有內(nèi)容不變例如RX_ADDR_P0寄存器的最低字節(jié)可以通過寫一個字節(jié)給寄存器RX_ADDR_P0來改變在CSN狀態(tài)由高變低后可以通過MISO來狀態(tài)寄存器的內(nèi)容nRF24L01的中斷引腳IRQ為低電平觸發(fā)當狀態(tài)寄存器中TX_DSRX_DRMAX_RT為高時觸發(fā)中斷當MCU給中斷源寫1時中斷引腳被可中斷可以被IRQ中斷通過設置可中斷位為高則中斷響應被默認狀態(tài)下所有的中斷源是被的SPI圖8 10和表9 10給出了SPI操作及時序在寫寄存器之前一定要進入待機模式或掉電模式在圖8至圖10中用到了下面的符號Cn-SPI指令位Sn-狀態(tài)寄存器位Dn-數(shù)據(jù)位備注由低字節(jié)到高字 每個字節(jié)圖 SPI讀操圖 SPI寫操圖 NOP操作時序表表 SPI參考時間表 SPI參考時間所有未定義位可以被讀出其值為位70默認為60 50 40 31CRC使能如果EN_AAEN_CRC強迫20CRC‘0’-8CRC‘1’-16CRC10 00 使能自動應答功能514131211101504030201101 址寬度所有數(shù)據(jù)通‘00’-‘0000’-等待250+86us‘0001’-等待500+86us‘0010’-等待750+86us‘1111’-等待(延時時間是指一包數(shù)據(jù)發(fā)送完成到下一包數(shù)‘0000’-自動重發(fā)一次‘0000’-自動重發(fā)157040PLL_LOCK允許僅應用于測試模式31‘0’ 2 - - - 01706050數(shù)據(jù)發(fā)送完成中斷當數(shù)據(jù)發(fā)送完成后產(chǎn)生中斷如果工作在自動應答模式下只有當接收到40MAX_RTR111:RXFIFO00R 1:TXFIFO0:TXFIFO寄存器未滿,T0R15T0RR00R0接收地址最大長度:5個字節(jié)先寫低字節(jié)所寫字節(jié)數(shù)量由SETUP_AW設定1接收地址最大長度:5個字節(jié)先寫低字節(jié)所寫字節(jié)數(shù)量由SETUP_AW設定2接收地址最低字節(jié)可設置高字節(jié)部分必須與RX_ADDR_P1[39:8]相等3接收地址最低字節(jié)可設置高字節(jié)部分必須與RX_ADDR_P1[39:8]相等4接收地址最低字節(jié)可設置高字節(jié)部分必須與RX_ADDR_P1[39:8]相等5接收地址最低字節(jié)可設置高字節(jié)部分必須與RX_ADDR_P1[39:8]相等發(fā)送地 先寫低字節(jié)ShockBurstTM00: 00: 00: 00 00: RXPW00: FIFO7060R若TX_REUSE=1CE位高電平狀態(tài)時不斷發(fā)送上一數(shù)據(jù)包TX_REUSE通過SPI指令REUSE_TX_PL設置通過W_TX_PALOAD50RTXFIFO0:TXFIFO41RTXFIFO0:TXFIFO10RRXFIFO0:RXFIFO01RRXFIFO0:RXFIFOTXWR表 nRF24L01寄存器地/nRF24L01發(fā)射nRF2401/nRF2402/nRF24E1/nRF24E2nRF2401/nRF2402/nRF24E1/nRF24E2nRF2401/nRF2402/nRF24E1/nRF24E2增強型ShockBurstTM模式下的數(shù)359位標志位132CRC0/1/235132CRC0/1/20 4或5字節(jié)寬 nRF24L01nRF2401/nRF24E1 8CRC16CRC表 數(shù)據(jù)包描掉電模式待機模式待機模式發(fā)送/CSN為低電平CE表 nRF24L01工作時nRF24L011.5ms的待機模式注意當關掉電源VDD增強型增強型ShockBurstTM圖 增強型ShockBurstTM模式發(fā)送一包數(shù)據(jù)時序11塊轉入接收模式CE=1發(fā)射模塊配置為發(fā)射模式CE=1持續(xù)至少10us130us后啟動發(fā)射再過37usMCUIRQ(TX_DS)=>TX-datasent(數(shù)據(jù)發(fā)送完)接收模塊接收到數(shù)據(jù)包后產(chǎn)生中斷通MCUIRQ(RX_DR)=>RX-dataready(數(shù)據(jù)接收完畢)RF信息ANT1ANT2RFVDDRF扼流圈或者通過天線雙極的中心點在輸出功率最大時0dBm使用負載阻抗為15+j88通過簡單的網(wǎng)絡匹配可以獲得較低的阻抗例如50Ω0-69.0-127.5-187.0工作條件VDD=3.0V,VSS=0V,TA=27,負載 14nRF24L01輸出功率8-7.0表 nRF24L01的晶振規(guī)為了實現(xiàn)晶體振蕩器低功耗和快速啟動的目的建議使用表中容值較小的電容最好晶振的并聯(lián)等效CO=1.5pF但考慮成本因素通常以Co_max=7.0pF代替Co=1.5pFCL=C1’*C2’/(C1’+C2’),這里C1C2為貼片電容CPCB1CPCB2PCB布線的寄生電容CI1CI2XC1XC2引腳看進去的電容典型值為1pF當控制器驅動晶振給nRF24L01提