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1 nRF24L01概述 nRF24.L01是一款新型單片射頻收發器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊,并融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發射時，工作電流也只有9 mA；接收時，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節能設計更方便。 nRF24L01主要特性如下： GFSK調制： 硬件集成OSI鏈路層； 具有自動應答和自動再發射功能; 片內自動生成報頭和CRC校驗碼； 數據傳輸率為l Mb/s或2Mb/s； SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s； 125個頻道； 與其他nRF24系列射頻器件相兼容； QFN20引腳4 mm×4 mm封裝； 供電電壓為1.9 V～3.6 V。 2 引腳功能及描述 nRF24L01的封裝及引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下： CE：使能發射或接收； CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01： IRQ：中斷標志位； VDD：電源輸入端； VSS：電源地： XC2，XC1：晶體振蕩器引腳； VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8 V； ANT1,ANT2：天線接口; IREF：參考電流輸入。 3 工作模式 通過配置寄存器可將nRF241L01配置為發射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表1所示。 [/table] 空閑模式1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的；空閑模式2則是在當發射堆棧為空且CE=1時發生(用在PTX設備)；在空閑模式下，配置字仍然保留。 在掉電模式下電流損耗最小，同時nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 4 工作原理 發射數據時，首先將nRF24L01配置為發射模式：接著把地址TX_ADDR和數據TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區，TX_PLD必須在CSN為低時連續寫入，而TX_ADDR在發射時寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發射數據；若自動應答開啟，那么nRF24L01在發射數據后立即進入接收模式，接收應答信號。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從發送堆棧中清除；若未收到應答，則自動重新發射該數據(自動重發已開啟)，若重發次數(ARC_CNT)達到上限，MAX_RT置高，TX_PLD不會被清除；MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，以便通知MCU。最后發射成功時,若CE為低則nRF24L01進入空閑模式1；若發送堆棧中有數據且CE為高，則進入下一次發射；若發送堆棧中無數據且CE為高，則進入空閑模式2。 接收數據時,首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進入接收狀態等待數據的到來。當接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數據包存儲在接收堆棧中，同時中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，以便通知MCU去取數據。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發射狀態回傳應答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閑模式1。 5 配置字 SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸時先傳送低位字節，再傳送高位字節。但針對單個字節而言，要先送高位再送低位。與SPI相關的指令共有8個，使用時這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應的狀態和數據信息是從MISO輸出給MCU。 nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。nRF24L01的配置寄存器共有25個，常用的配置寄存器如表2所示。 [table] 6 應用電路設計 筆者用單片機和nRF24L01設計了一個無線數據傳輸電路，并通過串口將數據傳輸至計算機。硬件電路設計如圖2所示。 圖2中發射和接收電路相同。使用時需在接收端加一個RS232接口，使其與計算機串口連接，將接收到的數據傳送至計算機。該電路的工作原理：首先使接收電路上電，接著便處于接收狀態等待數據的到來；然后運行VB程序，點擊接收按鈕；最后發射電路上電，并將單片機RAM內預先存放的數據"20H"發射出去，在1 ms內接收電路收到數據，同時VB界面顯示出接收到的數據。該電路實現了PC機與單片機系統之間的無線通信。 系統軟件控制流程如圖3所示。 7 結束語 詳細介紹了nRF24L01的引腳結構、工作模式、收發原理以及配置字，并以nRF24L01為核心設計了無線數據傳輸電路，結合RS232接口，實現了計算機與單片機系統之問的無線通信，為以后傳輸大量數據奠定了基礎。另外，還應該考慮到速率和誤碼等其他因素。 |
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