• (38)STM32——NRF24L01无线通信


    目录

    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,最大的 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、达到最大重发次数。

    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 

    1. // 24l01.h
    2. #include "24l01.h"
    3. #include "lcd.h"
    4. #include "delay.h"
    5. #include "spi.h"
    6. const u8 TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //发送地址
    7. const u8 RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //发送地址
    8. // 使能SPI
    9. void NRF24L01_SPI_Init(void)
    10. {
    11. SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    12. SPI_Cmd(SPI1, DISABLE); //失能SPI外设
    13. 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
    14. SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI
    15. 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
    16. SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //串行同步时钟的空闲状态为低电平
    17. 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
    18. 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
    19. 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
    20. 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
    21. SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
    22. SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
    23. SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设
    24. }
    25. //初始化24L01的IO口
    26. void NRF24L01_Init(void)
    27. {
    28. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    29. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB|RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);//使能GPIOB,G时钟
    30. //GPIOB14初始化设置:推挽输出
    31. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
    32. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
    33. GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
    34. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
    35. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
    36. GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化PB14
    37. //GPIOG6,7推挽输出
    38. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
    39. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
    40. GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
    41. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
    42. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
    43. GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化PG6,7
    44. //GPIOG.8上拉输入
    45. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    46. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//输入
    47. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
    48. GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化PG8
    49. GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14);//PB14输出1,防止SPI FLASH干扰NRF的通信
    50. SPI1_Init(); //初始化SPI1
    51. NRF24L01_SPI_Init();//针对NRF的特点修改SPI的设置
    52. NRF24L01_CE=0; //使能24L01
    53. NRF24L01_CSN=1; //SPI片选取消
    54. }
    55. //检测24L01是否存在
    56. //返回值:0,成功;1,失败
    57. u8 NRF24L01_Check(void)
    58. {
    59. u8 buf[5]={0XA5,0XA5,0XA5,0XA5,0XA5};
    60. u8 i;
    61. SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); //spi速度为10.5Mhz(24L01的最大SPI时钟为10Mhz)
    62. NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR,buf,5);//写入5个字节的地址.
    63. NRF24L01_Read_Buf(TX_ADDR,buf,5); //读出写入的地址
    64. for(i=0;i<5;i++)if(buf[i]!=0XA5)break;
    65. if(i!=5)return 1;//检测24L01错误
    66. return 0; //检测到24L01
    67. }
    68. //SPI写寄存器
    69. //reg:指定寄存器地址
    70. //value:写入的值
    71. u8 NRF24L01_Write_Reg(u8 reg,u8 value)
    72. {
    73. u8 status;
    74. NRF24L01_CSN=0; //使能SPI传输
    75. status =SPI1_ReadWriteByte(reg);//发送寄存器号
    76. SPI1_ReadWriteByte(value); //写入寄存器的值
    77. NRF24L01_CSN=1; //禁止SPI传输
    78. return(status); //返回状态值
    79. }
    80. //读取SPI寄存器值
    81. //reg:要读的寄存器
    82. u8 NRF24L01_Read_Reg(u8 reg)
    83. {
    84. u8 reg_val;
    85. NRF24L01_CSN = 0; //使能SPI传输
    86. SPI1_ReadWriteByte(reg); //发送寄存器号
    87. reg_val=SPI1_ReadWriteByte(0XFF);//读取寄存器内容
    88. NRF24L01_CSN = 1; //禁止SPI传输
    89. return(reg_val); //返回状态值
    90. }
    91. //在指定位置读出指定长度的数据
    92. //reg:寄存器(位置)
    93. //*pBuf:数据指针
    94. //len:数据长度
    95. //返回值,此次读到的状态寄存器值
    96. u8 NRF24L01_Read_Buf(u8 reg,u8 *pBuf,u8 len)
    97. {
    98. u8 status,u8_ctr;
    99. NRF24L01_CSN = 0; //使能SPI传输
    100. status=SPI1_ReadWriteByte(reg);//发送寄存器值(位置),并读取状态值
    101. for(u8_ctr=0;u8_ctrSPI1_ReadWriteByte(0XFF);//读出数据
    102. NRF24L01_CSN=1; //关闭SPI传输
    103. return status; //返回读到的状态值
    104. }
    105. //在指定位置写指定长度的数据
    106. //reg:寄存器(位置)
    107. //*pBuf:数据指针
    108. //len:数据长度
    109. //返回值,此次读到的状态寄存器值
    110. u8 NRF24L01_Write_Buf(u8 reg, u8 *pBuf, u8 len)
    111. {
    112. u8 status,u8_ctr;
    113. NRF24L01_CSN = 0; //使能SPI传输
    114. status = SPI1_ReadWriteByte(reg);//发送寄存器值(位置),并读取状态值
    115. for(u8_ctr=0; u8_ctrSPI1_ReadWriteByte(*pBuf++); //写入数据
    116. NRF24L01_CSN = 1; //关闭SPI传输
    117. return status; //返回读到的状态值
    118. }
    119. //启动NRF24L01发送一次数据
    120. //txbuf:待发送数据首地址
    121. //返回值:发送完成状况
    122. u8 NRF24L01_TxPacket(u8 *txbuf)
    123. {
    124. u8 sta;
    125. SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8);//spi速度为10.5Mhz(24L01的最大SPI时钟为10Mhz)
    126. NRF24L01_CE=0;
    127. NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,txbuf,TX_PLOAD_WIDTH);//写数据到TX BUF 32个字节
    128. NRF24L01_CE=1;//启动发送
    129. while(NRF24L01_IRQ!=0);//等待发送完成
    130. sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS); //读取状态寄存器的值
    131. NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS,sta); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
    132. if(sta&MAX_TX)//达到最大重发次数
    133. {
    134. NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff);//清除TX FIFO寄存器
    135. return MAX_TX;
    136. }
    137. if(sta&TX_OK)//发送完成
    138. {
    139. return TX_OK;
    140. }
    141. return 0xff;//其他原因发送失败
    142. }
    143. //启动NRF24L01发送一次数据
    144. //txbuf:待发送数据首地址
    145. //返回值:0,接收完成;其他,错误代码
    146. u8 NRF24L01_RxPacket(u8 *rxbuf)
    147. {
    148. u8 sta;
    149. SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); //spi速度为10.5Mhz(24L01的最大SPI时钟为10Mhz)
    150. sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS); //读取状态寄存器的值
    151. NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS,sta); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
    152. if(sta&RX_OK)//接收到数据
    153. {
    154. NRF24L01_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rxbuf,RX_PLOAD_WIDTH);//读取数据
    155. NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff);//清除RX FIFO寄存器
    156. return 0;
    157. }
    158. return 1;//没收到任何数据
    159. }
    160. //该函数初始化NRF24L01到RX模式
    161. //设置RX地址,写RX数据宽度,选择RF频道,波特率和LNA HCURR
    162. //当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了
    163. void NRF24L01_RX_Mode(void)
    164. {
    165. NRF24L01_CE=0;
    166. NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH);//写RX节点地址
    167. NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01); //使能通道0的自动应答
    168. NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);//使能通道0的接收地址
    169. NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH,40); //设置RF通信频率
    170. NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);//选择通道0的有效数据宽度
    171. 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
    172. 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
    173. NRF24L01_CE = 1; //CE为高,进入接收模式
    174. }
    175. //该函数初始化NRF24L01到TX模式
    176. //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
    177. //PWR_UP,CRC使能
    178. //当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了
    179. //CE为高大于10us,则启动发送.
    180. void NRF24L01_TX_Mode(void)
    181. {
    182. NRF24L01_CE=0;
    183. NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR,(u8*)TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//写TX节点地址
    184. 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
    185. NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA,0x01); //使能通道0的自动应答
    186. NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01); //使能通道0的接收地址
    187. 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
    188. NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH,40); //设置RF通道为40
    189. 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
    190. 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,发送模式,开启所有中断
    191. NRF24L01_CE=1;//CE为高,10us后启动发送
    192. }

    1. // main.c
    2. #include "sys.h"
    3. #include "delay.h"
    4. #include "usart.h"
    5. #include "led.h"
    6. #include "spi.h"
    7. #include "key.h"
    8. #include "24l01.h"
    9. int main(void)
    10. {
    11. u8 key,mode;
    12. u16 t=0;
    13. u8 tmp_buf[33];
    14. NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
    15. delay_init(168); //初始化延时函数
    16. uart_init(115200); //初始化串口波特率为115200
    17. LED_Init(); //初始化LED
    18. KEY_Init(); //按键初始化
    19. NRF24L01_Init(); //初始化NRF24L01
    20. while(NRF24L01_Check())
    21. {
    22. printf ("NRF24L01 Error");
    23. printf ("\r\n\r\n");
    24. delay_ms(200);
    25. }
    26. printf ("NRF24L01 OK");
    27. printf ("\r\n\r\n");
    28. while(1)
    29. {
    30. key=KEY_Scan(0);
    31. if(key==KEY0_PRES)
    32. {
    33. mode=0;
    34. break;
    35. }else if(key==KEY1_PRES)
    36. {
    37. mode=1;
    38. break;
    39. }
    40. t++;
    41. if(t==100)
    42. {
    43. printf ("KEY0:RX_Mode KEY1:TX_Mode"); //闪烁显示提示信息
    44. printf ("\r\n\r\n");
    45. t =0;
    46. }
    47. delay_ms(5);
    48. }
    49. if(mode==0)//RX模式
    50. {
    51. printf ("NRF24L01 RX_Mode");
    52. printf ("\r\n\r\n");
    53. NRF24L01_RX_Mode();
    54. while(1)
    55. {
    56. if(NRF24L01_RxPacket(tmp_buf)==0)//一旦接收到信息,则显示出来.
    57. {
    58. tmp_buf[32]=0;//加入字符串结束符
    59. printf ("Received DATA:%s",tmp_buf);
    60. printf ("\r\n\r\n");
    61. }else delay_us(100);
    62. t++;
    63. if(t==10000)//大约1s钟改变一次状态
    64. {
    65. t=0;
    66. LED0=!LED0;
    67. }
    68. };
    69. }else//TX模式
    70. {
    71. printf ("NRF24L01 TX_Mode");
    72. printf ("\r\n\r\n");
    73. NRF24L01_TX_Mode();
    74. mode=' ';//从空格键开始
    75. while(1)
    76. {
    77. if(NRF24L01_TxPacket(tmp_buf)==TX_OK)
    78. {
    79. printf ("Sended DATA:%s",tmp_buf);
    80. printf ("\r\n\r\n");
    81. key=mode;
    82. for(t=0;t<32;t++)
    83. {
    84. key++;
    85. if(key>('~'))key=' ';
    86. tmp_buf[t]=key;
    87. }
    88. mode++;
    89. if(mode>'~')mode=' ';
    90. tmp_buf[32]=0;//加入结束符
    91. }else
    92. {
    93. printf ("Send Failed ");
    94. printf ("\r\n\r\n");
    95. };
    96. LED0=!LED0;
    97. delay_ms(1500);
    98. };
    99. }
    100. }

    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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