nRF24L01无线模块在单片机与FPGA上的应用

nRF24L01无线模块在单片机与FPGA上的应用

先简单的介绍下nRF24L01无线模块

　　(1) 2.4Ghz 全球开放ISM 频段免许可证使用

　　(2) 最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合

　　(3) 126 频道，满足多点通信和跳频通信需要

　　(4) 内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制

　　(5) 低功耗1.9 - 3.6V 工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA

　　(6) 内置2.4Ghz 天线，体积小巧15mm X29mm

　　(7) 模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便

　　通过SPI方式完成数据的交换，包括数据的发送，数据的接收。说明一下，单片机中如果没有SPI的硬件电路，我们可以使用单片机的普通IO口进行SPI的时序模拟，只要符合无线模块的时序逻辑，一样能控制无线模块的通信。FPGA是可编程逻辑，最大的特点就是灵活，用户可根据需求加入所需要的逻辑器件，当然它所包含的逻辑单元也是相当的丰富，有SPI硬件模块。这样用户就省去了SPI方式的时序逻辑，可以更好的专注于功能的开发。

下面将详细的介绍下nRF24L01无线模块在单片机与FPGA上的应用

单片机：这里我们使用的单片机型号为PIC16F877。

图3  NRF24L01接入PIC的原理图

　　说明：从图3中可以看出，主要是图1.1中的6个信号（还有2个是地与电源）接入单片机中。而那些引脚是普通的IO口，需要用户模仿SPI时序进行控制。

　　无线模块进行数据的交换就是数据的发送与数据的接收，下面将从这2个方面进行介绍。不管是数据的发送还是数据的接收，要想控制好NRF24L01无线模块，先要通过SPI方式对无线模块进行配置，只需要往它对应的寄存器里写入数值便可。

　　先定义一下PIC上的宏，下面我们就可以很方便的对PIC的引脚进行操作。

1 #define      MISO    RC2

2 #define      MOSI    RC3

3 #define      SCK     RD0

4 #define      CE      RD2

5 #define      CSN     RD1

6 #define      IRQ     RC1

7 #define      LED     RD3

8 #define      KEY0    RB0

9 #define      KEY1    RB1

10 #define      KEY2    RB2

11 #define      KEY3    RB3

12 #define      KEY4    RB4

13 #define      KEY5    RB5

14 #define      KEY6    RB6

15 #define      KEY7    RB7

　　NRF24L01无线模块的寄存器

1 //*******************NRF24L01寄存器指令

2 #define READ_REG          0x00      // 读寄存器指令

3 #define WRITE_REG         0x20      // 写寄存器指令

4 #define RD_RX_PLOAD       0x61      // 读取接收数据指令

5 #define WR_TX_PLOAD       0xA0      // 写待发数据指令

6 //*******************SPI(nRF24L01)寄存器地址

7 #define CONFIG            0x00  　　// 配置收发状态，

8 #define EN_AA             0x01  　　// 自动应答功能设置

9 #define EN_RXADDR         0x02  　　// 可用信道设置

10 #define SETUP_AW          0x03  　　// 收发地址宽度设置

11 #define SETUP_RETR        0x04  　　// 自动重发功能设置

12 #define RF_CH             0x05  　　// 工作频率设置

13 #define RF_SETUP          0x06  　　// 发射速率、功耗功能设置

14 #define STATUS            0x07  　　// 状态寄存器         

15 #define RX_ADDR_P0        0x0A  　　// 频道0接收数据地址

16 #define TX_ADDR           0x10  　　// 发送地址寄存器

17 #define RX_PW_P0          0x11  　　// 接收频道0接收数据长度

18 #define FIFO_STATUS       0x17  　　// FIFO栈入栈出状态寄存器设置

　　有2类寄存器是用户可以根据自己的需求所确定的，那就是地址的长度以及内容、发送与接收数据的长度，但无线模块一次最多可以发送32个字节，这两类寄存器一般设置为3~4个字节。

1 #define TX_PLOAD_WIDTH 4      

2 #define RX_PLOAD_WIDTH 4      

3 unsigned char  TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]= {0x34,0x43,0x10};    //本地地址

4 unsigned char  RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]= {0x34,0x43,0x10};    //接收地址

　　A  模拟SPI方式

1   /****************************************************************************************************

2 /*函数：uint SPI_RW(uint uchar)

3 /*功能：NRF24L01的SPI时序

4 /****************************************************************************************************/

5 unsigned char SPI_RW(unsigned char a)

6 {

7     unsigned char i;

8        for(i=0;i<8;i++)                     

9        {

10         if((a&0x80)==0x80)

11         MOSI=1;

12         else MOSI=0;                    // output 'uchar', MSB to MOSI

13         a=(a<<1);                       // shift next bit into MSB..

14         SCK=1;                          // Set SCK high..

15         if(MISO==1)

16         a|=0x01;

17         else a&=0xfe;                   // capture current MISO bit

18         SCK=0;                          // ..then set SCK low again

19        }   

20     return(a);                          // return read uchar

21 }

　　B  以SPI方式对寄存器的操作

1 /****************************************************************************************************

2 /*函数：uchar SPI_Read(uchar reg)

3 /*功能：NRF24L01的SPI读操作

4 /****************************************************************************************************/

5 unsigned char SPI_Read(unsigned char reg)

6 {

7     unsigned char reg_val;   

8     CSN=0;                    // CSN low, initialize SPI communication...

9     SPI_RW(reg);              // Select register to read from..

10     reg_val=SPI_RW(0);        // ..then read registervalue   

11     CSN=1;                    // CSN high, terminate SPI communication   

12     return(reg_val);          // return register value

13 }

14 /****************************************************************************************************/

15 /*功能：NRF24L01读写寄存器函数

16 /****************************************************************************************************/

17 unsigned char SPI_RW_Reg(unsigned char reg, unsigned char value)

18 {

19     unsigned char status;   

20     CSN = 0;                       // CSN low, init SPI transaction

21     status=SPI_RW(reg);          // select register

22     SPI_RW(value);                 // ..and write value to it..

23     CSN = 1;                       // CSN high again

24     return(status);                // return nRF24L01 status uchar

25 }

26 /****************************************************************************************************/

27 /*函数：uint SPI_Read_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)

28 /*功能: 用于读数据，reg：为寄存器地址，pBuf：为待读出数据地址，uchars：读出数据的个数

29 /****************************************************************************************************/

30 unsigned char SPI_Read_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars)

31 {

32     unsigned char status,uchar_ctr;   

33     CSN = 0;                              // Set CSN low, init SPI tranaction

34     status=SPI_RW(reg);                   // Select register to write to and read status uchar

35     

36     for(uchar_ctr=0;uchar_ctr

37     {

38         pBuf[uchar_ctr]=SPI_RW(0);  

39     }

40     CSN = 1;                           

41     

42     return(status);                    

43 }

44 /*********************************************************************************************************

45 /*函数：uint SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars)

46 /*功能: 用于写数据：为寄存器地址，pBuf：为待写入数据地址，uchars：写入数据的个数

47 /*********************************************************************************************************/

48 unsigned char SPI_Write_Buf(unsigned char reg, unsigned char *pBuf, unsigned char uchars)

49 {

50     unsigned char status,uchar_ctr;

51     

52     CSN = 0;                              //SPI使能      

53     status=SPI_RW(reg);   

54     for(uchar_ctr=0; uchar_ctr

55     {

56         SPI_RW(*pBuf++);

57     }

58     CSN = 1;                             //关闭SPI

59     return(status);     

60 }

　　这样就可以对NRF24L01无线模块进行初始化工作，以及数据发送、数据接收。让无线模块是处于接收状态还是处于发送状态，初始化的工作有所不同，但区别不大，主要是CONFIG寄存器，可详细参考它的datesheet。

　　NRF24L01发送的初始化以及发送时序

1 void init_NRF24L01_send(void)

2 {

3     delay(30);

4      CE=0;    // chip enable

5      CSN=1;   // Spi disable

6      SCK=0;   // Spi clock line init high

7     delay(30);

8     SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);    // 写本地地址   

9     SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); // 写接收端地址

10     SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01);      //  频道0自动    ACK应答允许   

11     SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01);  //  允许接收地址只有频道0，如果需要多频道可以参考Page21

12     SPI_RW_Reg(WRITE_REG + SETUP_RETR, 0x1a); // 500us + 86us, 10 retrans...  

13     SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40);        //   设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致

14     SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH);     //设置接收数据长度，本次设置为4字节

15     SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07);               //设置发射速率为1MHZ，发射功率为最大值0dB   

16     SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e);               // IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送

17 //    CE=1;    // chip enable

18     delay(30);

19 }

20

21 /***********************************************************************************************************

22 /*函数：void nRF24L01_TxPacket(unsigned char *tx_buf)

23 /*功能：发送 tx_buf中数据

24 /**********************************************************************************************************/

25 void nRF24L01_TxPacket(unsigned char *tx_buf)

26 {

27     CE=0;            //StandBy I模式   

28     SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); // 装载接收端地址

29     SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, tx_buf, TX_PLOAD_WIDTH);              // 装载数据   

30     SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e);            // IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送

31     CE=1;         //置高CE，激发数据发送

32     delay(100);

33     CE=0;

34 }