nRF24L01无线通信模块使用手册.docx
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nRF24L01无线通信模块使用手册
nRF24L01无线通信模块使用手册
一、模块简介
该射频模块集成了NORDIC公司生产的无线射频芯片nRF24L01：
1．支持2.4GHz的全球开放ISM频段，最大发射功率为0dBm
2．2Mbps，传输速率高
3．功耗低，等待模式时电流消耗仅22uA
4．多频点〔125个〕，满足多点通信及跳频通信需求
5．在空旷场地，有效通信距离：
25m〔外置天线〕、10m〔PCB天线〕
6．工作原理简介：
发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式，接着把地址TX_ADDR和数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据；假设自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号。
如果收到应答，那么认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从发送堆栈中去除；假设未收到应答，那么自动重新发射该数据〔自动重发已开启〕，假设重发次数〔ARC_CNT〕到达上限，MAX_RT置高，TX_PLD不会被去除；MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，以便通知MCU。
最后发射成功时，假设CE为低，那么nRF24L01进入待机模式1；假设发送堆栈中有数据且CE为高，那么进入下一次发射；假设发送堆栈中无数据且CE为高，那么进入待机模式2。
接收数据时，首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。
当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在接收堆栈中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，以便通知MCU去取数据。
假设此时自动应答开启，接收方那么同时进入发射状态回传应答信号。
最后接收成功时，假设CE变低，那么nRF24L01进入空闲模式1。
二、模块电气特性
参数
数值
单位
供电电压
5
V
最大发射功率
0
dBm
最大数据传输率
2
Mbps
电流消耗〔发射模式，0dBm〕
mA
电流消耗〔接收模式，2Mbps〕
mA
电流消耗〔掉电模式〕
900
nA
温度范围
-40~+85
℃
三、模块引脚说明
管脚
符号
功能
方向
1
GND
电源地
2
IRQ
中断输出
O
3
MISO
SPI输出
O
4
MOSI
SPI输入
I
5
SCK
SPI时钟
I
6
NC
空
7
NC
空
8
CSN
芯片片选信号
I
9
CE
工作模式选择
I
10
+5V
电源
四、模块与AT89S52单片机接口电路
注：
上图为示意连接，可根据自己实际需求进行更改；使用AT89S52MCU模块时，请将Nrf24L01通讯模块每个端口〔MOSI、SCK、CSN和CE〕增强其驱动能力〔如下列图：
〕。
假设使用其它单片机与Nrf24L01通讯模块相连时请串联2K电阻。
五、工作模式控制
工作模式由CE和PWR_UP、PRIM_RX两存放器共同控制：
模式
PWR_UP
PRIM_RX
CE
FIFO存放器状态
接收模式
1
1
1
-
发射模式
1
0
11
数据存储在FIFO存放器中，发射所有数据
发射模式
1
0
0→12
数据存储在FIFO存放器中，发射一个数据
待机模式II
1
0
1
TXFIFO为空
待机模式I
1
-
0
无正在传输的数据
掉电模式
0
-
-
-
注1：
进入此模式后，只要CSN置高，在FIFO中的数据就会立即发射出去，直到所有数据数据发射完毕，之后进入待机模式II。
注2：
正常的发射模式，CE端的高电平应至少保持10us。
24L01将发射一个数据包，之后进入待机模式I。
六、数据和控制接口
通过以下六个引脚，可实现模块的所有功能：
①IRQ〔低电平有效，中断输出〕
②CE〔高电平有效，发射或接收模式控制〕
③CSN〔SPI信号〕
④SCK〔SPI信号〕
⑤MOSI〔SPI信号〕
⑥MISO〔SPI信号〕
通过SPI接口，可激活在数据存放器FIFO中的数据；或者通过SPI命令〔1个字节长度〕访问存放器。
在待机或掉电模式下，单片机通过SPI接口配置模块；在发射或接收模式下，单片机通过SPI接口接收或发射数据。
1．SPI指令
所有的SPI指令均在当CSN由低到高开始跳变时执行；从MOSI写命令的同时，MISO实时返回24L01的状态值；SPI指令由命令字节和数据字节两局部组成。
SPI命令字节表
指令名称
指令格式〔二进制〕
字节数
操作说明
R_REGISTER
000AAAAA
1~5
读存放器。
AAAAA表示存放器地址。
W_REGISTER
001AAAAA
1~5
写存放器。
AAAAA表示存放器地址，只能在掉电或待机模式下操作。
R_RX_PAYLOAD
01100001
1~32
在接收模式下读1~32字节RX有效断气。
从字节0开始，数据读完后，FIFO存放器清空。
W_TX_PAYLOAD
10100000
1~32
在发射模式下写1~31字节TX有效数据。
从字节0开始。
FLUSH_TX
11100001
0
在发射模式下，清空TXFIFO存放器。
FLUSH_RX
11100010
0
在接收模式下，清空RXFIFO存放器。
在传输应答信号时不应执行此操作，否那么不能传输完整的应答信号。
REUSE_TX_PL
11100011
0
应用于发射端。
重新使用上一次发射的有效数据，当CE=1时，数据将不断重新发射。
在发射数据包过程中，应禁止数据包重用功能。
NOP
11111111
0
空操作。
可用于读状态存放器。
2．SPI时序
SPI读写时序见下面两图。
在写存放器之前，一定要进入待机模式或掉电模式。
其中，Cn——SPI指令位；Sn——状态存放器位；Dn——数据位〔低字节在前，高字节在后；每个字节中高位在前〕
SPI读时序
SPI写时序
七、存放器内容及说明
地址
〔十六进制〕
存放器
位
复位值
类型
说明
00
CONFIG
配置存放器
Reserved
7
0
R/W
默认为0
MASK_RX_DR
6
0
R/W
可屏蔽中断RX_RD
1：
中断产生时对IRQ没影响
0：
RX_RD中断产生时，IRQ引脚为低
MASK_TX_DS
5
0
R/W
可屏蔽中断TX_RD
1：
中断产生时对IRQ没影响
0：
TX_RD中断产生时，IRQ引脚为低
MASK_MAX_RT
4
0
R/W
可屏蔽中断MAX_RT
1：
中断产生时对IRQ没影响
0：
MAX_RT中断产生时，IRQ引脚为低
EN_CRC
3
1
R/W
CRC使能。
如果EN_AA中任意一位为高，那么EN_CRC为高。
CRCO
2
0
R/W
CRC校验值：
0：
1字节
1：
2字节
PWR_UP
1
0
R/W
0：
掉电1：
上电
PRIM_RX
0
0
R/W
0：
发射模式1：
接收模式
01
EN_AAEnhancedShockBurst™
使能“自动应答〞功能
Reserved
7:
6
00
R/W
默认为00
ENAA_P5
5
1
R/W
数据通道5自动应答使能位
ENAA_P4
4
1
R/W
数据通道4自动应答使能位
ENAA_P3
3
1
R/W
数据通道3自动应答使能位
ENAA_P2
2
1
R/W
数据通道2自动应答使能位
ENAA_P1
1
1
R/W
数据通道1自动应答使能位
ENAA_P0
0
1
R/W
数据通道0自动应答使能位
02
EN_RXADDR
接收地址允许
Reserved
7:
6
00
R/W
默认为00
ERX_P5
5
0
R/W
数据通道5接收数据使能位
ERX_P4
4
0
R/W
数据通道4接收数据使能位
ERX_P3
3
0
R/W
数据通道3接收数据使能位
ERX_P2
2
0
R/W
数据通道2接收数据使能位
ERX_P1
1
1
R/W
数据通道1接收数据使能位
ERX_P0
0
1
R/W
数据通道0接收数据使能位
03
SETUP_AW
设置地址宽度〔所有数据通道〕
Reserved
7:
2
000000
R/W
默认为00000
AW
1:
0
11
R/W
接收/发射地址宽度：
00：
无效
01：
3字节
10：
4字节
11：
5字节
04
SETUP_RETR
自动重发
ARD
7:
4
0000
R/W
自动重发延时时间：
0000：
250us
0001：
500us
……
1111：
4000us
ARC
3:
0
0011
R/W
自动重发计数：
0000：
禁止自动重发
0001：
自动重发1次
……
1111：
自动重发15次
05
RF_CH
射频通道
Reserved
7
0
R/W
默认为0
RF_CH
6:
0
0000010
R/W
设置工作通道频率
06
RF_SETUP
射频存放器
Reserved
7:
5
000
R/W
默认为000
PLL_LOCK
4
0
R/W
锁相环使能，测试下使用
RF_DR
3
1
R/W
数据传输率：
0：
1Mbps
1：
2Mbps
RF_PWR
2:
1
11
R/W
发射功率：
00：
-18dBm
01：
-12dBm
10：
-6dBm
11：
0dBm
LNA_HCURR
0
1
R/W
低噪声放大器增益
07
STATUS
状态存放器
Reserved
7
0
R/W
默认值为0
RX_DR
6
0
R/W
接收数据中断位。
当收到有效数据包后置1。
写‘1’去除中断
TX_DS
5
0
R/W
发送数据中断。
如果工作在自动应答模式下，只有当接收到应答信号后置1。
写‘1’去除中断
MAX_RT
4
0
R/W
重发次数溢出中断。
写‘1’去除中断。
如果MAX_RT中断产生，那么必须去除后才能继续通讯
RX_P_NO
3:
1
111
R
接收数据通道号：
000-101：
数据通道号
110：
未使用
111：
RXFIFO存放器为空
TX_FULL
0
0
R
TXFIFO存放器满标志位
08
OBSERVE_TX
发送检测存放器
PLOS_CNT
7:
4
0
R
数据包丧失计数器。
当写RF_CH存放器时，此存放器复位。
当丧失15个数据包后，此存放器重启。
ARC_CNT
3:
0
0
R
重发计数器。
当发送新数据包时，此存放器复位。
09
CD
载波检测
Reserved
7:
1
000000
R
CD
0
0
R
0A
RX_ADDR_P0
39:
0
E7E7E7E7E7
R/W
数据通道0接收地址。
最大长度为5个字节。
0B
RX_ADDR_P1
39:
0
C2C2C2C2C2
R/W
数据通道1接收地址。
最大长度为5个字节。
0C
RX_ADDR_P2
7:
0
C3
R/W
数据通道2接收地址。
最低字节可设置，高字节必须与RX_ADDR_P1[39:
8]相等
0D
RX_ADDR_P3
7:
0
C4
R/W
数据通道3接收地址。
最低字节可设置，高字节必须与RX_ADDR_P1[39:
8]相等
0E
RX_ADDR_P4
7:
0
C5
R/W
数据通道4接收地址。
最低字节可设置，高字节必须与RX_ADDR_P1[39:
8]相等
0F
RX_ADDR_P5
7:
0
C6
R/W
数据通道5接收地址。
最低字节可设置，高字节必须与RX_ADDR_P1[39:
8]相等
10
TX_ADDR
39:
0
E7E7E7E7E7
R/W
发送地址。
在ShockBurstTM模式，设置RX_ADDR_P0与此地址相等来接收应答信号
11
RX_PW_P0
Reserved
7:
6
00
R/W
默认为00
RX_PW_P0
5:
0
0
R/W
数据通道0接收数据有效宽度：
0：
无效
1：
1个字节
……
32：
32个字节
12
RX_PW_P1
Reserved
7:
6
00
R/W
默认为00
RX_PW_P1
5:
0
0
R/W
数据通道1接收数据有效宽度：
0：
无效
1：
1个字节
……
32：
32个字节
13
RX_PW_P2
Reserved
7:
6
00
R/W
默认为00
RX_PW_P2
5:
0
0
R/W
数据通道2接收数据有效宽度：
0：
无效
1：
1个字节
……
32：
32个字节
14
RX_PW_P3
Reserved
7:
6
00
R/W
默认为00
RX_PW_P3
5:
0
0
R/W
数据通道3接收数据有效宽度：
0：
无效
1：
1个字节
……
32：
32个字节
15
RX_PW_P4
Reserved
7:
6
00
R/W
默认为00
RX_PW_P4
5:
0
0
R/W
数据通道4接收数据有效宽度：
0：
无效
1：
1个字节
……
32：
32个字节
16
RX_PW_P5
Reserved
7:
6
00
R/W
默认为00
RX_PW_P5
5:
0
0
R/W
数据通道5接收数据有效宽度：
0：
无效
1：
1个字节
……
32：
32个字节
17
FIFO_STATUS
FIFO状态存放器
Reserved
7
0
R/W
默认为0
TX_REUSE
6
0
R
假设TX_REUSE=1，那么当CE置高时，不断发送上一数据包。
TX_REUSE通过SPI指令REUSE_TX_PL设置；通过W_TX_PALOAD或FLUSH_TX复位
TX_FULL
5
0
R
TX_FIFO存放器满标志
1：
存放器满
0：
存放器未满，有可用空间
TX_EMPTY
4
1
R
TX_FIFO存放器空标志
1：
存放器空
0：
存放器非空
Reserved
3:
2
00
R/W
默认为00
RX_FULL
1
0
R
RXFIFO存放器满标志
1：
存放器满
0：
存放器未满，有可用空间
RX_EMPTY
0
1
R
RXFIFO存放器空标志
1：
存放器空
0：
存放器非空
N/A
TX_PLD
255:
0
X
W
N/A
RX_PLD
255:
0
X
R
八、模块编程控制
1．ShockBurstTM发射模式
①设置PRIM_RX为低。
②通过SPI接口，将接收节点地址〔TX_ADDR〕和有效数据〔TX_PLD〕写入模块，写TX_PLD时，CSN必须一直置低。
③置CE为高，启动发射。
CE高电平持续时间至少为10us。
④ShockBurstTM发射模式：
系统上电
启动内部16MHz时钟
数据打包
数据发射
⑤假设启动了自动应答模式〔ENAA_P0=1〕，那么模块立即进入接收模式〔NO_ACK已设置〕。
如果接收到应答信号，那么表示发射成功，TX_DS置高且TXFIFO中的有效数据被移出；如果没有接收到应答信号，那么自动重发〔自动重发已设置〕；如果自动重发次数超过最大值〔ARC〕，MAX_RT置高，在TXFIFO中的数据不被移出。
当MAX_RT和TX_DS置高时，IRQ激活。
只有重新写状态存放器〔STATUS〕才能关闭IRQ。
如果重发次数到达最大后，仍没有接收到应答信号，在MAX_RT中断去除之前，不会再发射数据。
PLOS_CNT计数器会增加，每当有一个MAX_RT中断产生。
⑥如果CE置低，那么系统进行待机模式I，否那么发送TXFIFO存放器中的下一个数据包。
当TXFIFO中的数据发射完，CE仍为高时，系统进入待机模式II。
⑦在待机模式II下，CE置低，那么进入待机模式I。
2．ShockBurstTM接收模式
①设置PRIM_RX为高，配置接收数据通道〔EN_RXADDR〕、自动应答存放器〔EN_AA〕和有效数据宽度存放器〔RX_PW_PX〕。
②置CE为高，启动接收模式。
③130us后，模块检测空中信号，
④接收到有效的数据包后〔地址匹配、CRC检验正确〕，数据储存在RXFIFO中，RX_DR置高。
⑤如果启动了自动应答功能，那么发送应答信号。
⑥MCU置CE为低，进入先机模式I。
⑦MCU可通过SPI接口将数据读出
⑧模块准备好进入发射模式或接收模式或待机模式。
九、RF通道频率
RF通道频率指的是nRF24L01所使用的中心频率，该频率范围从2.400GHz到2.525GHz，以1MHz区分一个频点，故有125个频点可使用。
由参数RF_CH确定，公式为：
F0=2400+RF_CH〔MHz〕
十、例如程序
接收模块与发射模块大局部程序代码相同，如下：
1．SPI命令和存放器配置头文件〔根据第六、七两点编写〕
#ifndef_BYTE_DEF_
#define_BYTE_DEF_
typedefunsignedcharBYTE;
#endif
//SPI命令
#defineREAD_REG0x00//读第0个存放器
#defineWRITE_REG0x20//写第0个存放器
#defineRD_RX_PLOAD0x61//在接收模式下使用,读有效数据
#defineWR_TX_PLOAD0xA0//在发送模式下使用,写有效数据
#defineFLUSH_TX0xE1//在发送模式下使用,清TXFIFO存放器
#defineFLUSH_RX0xE2//在接收模式下使用,清RXFIFO存放器
#defineREUSE_TX_PL0xE3//发送方使用,重复发送最后的数据
#defineNOP0xFF//空操作,用于读状态存放器STATUS的值
//nRF24L01存放器地址
#defineCONFIG0x00//配置存放器,8bit
#defineEN_AA0x01//自动应答设置存放器,8bit
#defineEN_RXADDR0x02//接收地址设置存放器,8bit
#defineSETUP_AW0x03//地址宽度设置存放器,8bit
#defineSETUP_RETR0x04//自动重复发送设置存放器,8bit
#defineRF_CH0x05//RF通道存放器,8bit
#defineRF_SETUP0x06//RF设置存放器,8bit
#defineSTATUS0x07//状态存放器,8bit
#defineOBSERVE_TX0x08//发送观测存放器,8bit
#defineCD0x09//载波检测存放器,8bit,
#defineRX_ADDR_P00x0A//接收地址数据通道0,40bit
#defineRX_ADDR_P10x0B
#defineRX_ADDR_P20x0C
#defineRX_ADDR_P30x0D
#defineRX_ADDR_P40x0E
#defineRX_ADDR_P50x0F
#defineTX_ADDR0x10//发送地址.发送方使用,40bit
#defineRX_PW_P00x11//通道0接收的有效数据字节长度（1-32字节）,8bit
#defineRX_PW_P10x12
#defineRX_PW_P20x13
#defineRX_PW_P30x14
#defineRX_PW_P40x15
#defineRX_PW_P50x16
#defineFIFO_STATUS0x17//FIFO状态存放器,8bit
2．SPI操作头文件〔与单片机的接口设置在此头文件中〕
#defineucharunsignedchar
#defineTX_ADR_WIDTH5//地址长度为5个字节
#defineTX_PLOAD_WIDTH20//数据长度为20个字节
ucharconstTX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7};
charrx_buf[TX_PLOAD_WIDTH];//接收缓冲区
ucharflag;//标志位
inttest[12];
#defineCEP0_0//芯片使能:
ChipEnable
#defineCSNP0_1//片选信号:
ChipSelectNot
#defineSCKP1_2//串行时钟信号:
SerialClock
#defineMOSIP0_3//主发从收:
MasterInSlaveOut
#defineMISOP0_4//主收从发:
MasterOutSlaveIn
#defineIRQP3_2//中断查询:
InterruptRequest
ucharbdatasta;
sbitRX_DR=sta^6;
sbitTX_DS=sta^5;
sbitMAX_RT=sta^4;
ucharSPI_RW（ucharbyte）//写一个字节到nRF24L01,并返回此时nRF24L01的状态及数据
{
ucharbit_ctr;
for（bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++）//先写字节的高位,再写低位
{
MOSI=（byte&0x80）;//MOSI取byte最高位
byte=（byte<<1）;//byte左移一位
S
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