nrf2401電路原理

nRF2401電路原理圖

nrf2401引腳定義

nRF2401引腳定義

nrf2401接線圖

nRF2401與5V單片機(jī)的連接（只適用于高阻口）

nRF2401是nRF2401A的早期型號(hào)，nRF2401AG是無鉛工藝型號(hào)。它們完全兼容，硬件可直接替換，代碼也可相互使用。

◆小體積，QFN24 5x5mm封裝

◆寬電壓工作范圍，1.9V~3.6V

◆工作溫度范圍，-40℃～ 80℃

◆工作頻率范圍，2.400GHz～2.524GHz

◆數(shù)據(jù)傳輸速率，250Kbps、1Mbps

◆低功耗設(shè)計(jì)，接收時(shí)工作電流18mA，0dBm功率發(fā)射時(shí)13mA，掉電模式時(shí)僅為400uA

◆多通道工作模式，125個(gè)數(shù)據(jù)通道，通道切換時(shí)間≤200us，滿足多點(diǎn)通訊和調(diào)頻需要

◆硬件的CRC校驗(yàn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的地址控制

◆SPI通訊端口，適合與各種MCU連接，編程簡(jiǎn)單

◆可通過軟件設(shè)置工作頻率、通訊地址、傳輸速率和數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度

◆MCU可通過接收完成引腳快判斷是否完成數(shù)據(jù)接收

nRF2401 （最新版本為nRF2401A，nRF2401AG為無鉛工藝版本）是由Nordic公司出品的單芯片無線收發(fā)芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz的全球免申請(qǐng)（ISM）頻率。芯片包括一個(gè)完全集成的頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器和調(diào)制器。發(fā)射功率和工作頻率等工作參數(shù)可以很容易的通過3線SPI端口完成。極低的電流消耗，在-5dBm的輸出功率時(shí)僅為10.5mA，在接收模式時(shí)僅為18mA。掉電模式可以很容易的實(shí)現(xiàn)低功耗需求。

nRF2401內(nèi)置地址解碼器、先入后出堆棧區(qū)、解調(diào)處理器、時(shí)鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。QFN24引腳封裝，外形尺寸只有5×5mm。

nRF2401有工作模式有四種：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)機(jī)模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、CS三個(gè)引腳決定。

nRF2401的收發(fā)模式有ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式兩種，收發(fā)模式由器件配置字決定，具體配置將在器件配置部分詳細(xì)介紹。

ShockBurstTM收發(fā)模式

ShockBurstTM收發(fā)模式下，使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速從微控制器送入，但高速(1Mbps)發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。與射頻協(xié)議相關(guān)的所有高速信號(hào)處理都在片內(nèi)進(jìn)行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費(fèi)用(低速微處理器也能進(jìn)行高速射頻發(fā)射)；數(shù)據(jù)在空中停留時(shí)間短，抗干擾性高。nRF2401的ShockBurstTM技術(shù)同時(shí)也減小了整個(gè)系統(tǒng)的平均工作電流。

在ShockBurstTM收發(fā)模式下，nRF2401自動(dòng)處理字頭和CRC校驗(yàn)碼。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)把字頭和CRC校驗(yàn)碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)加上字頭和CRC校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。

ShockBurstTM發(fā)射流程

接口引腳為CE，CLK1，DATA

A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，其把CE置高，使nRF2401工作；

B. 把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時(shí)序送入nRF2401；

C. 微控制器把CE置低，激發(fā)nRF2401進(jìn)行ShockBurstTM發(fā)射；

D. nRF2401的ShockBurstTM發(fā)射

給射頻前端供電；

射頻數(shù)據(jù)打包(加字頭、CRC校驗(yàn)碼)；

高速發(fā)射數(shù)據(jù)包；

發(fā)射完成，nRF2401進(jìn)入空閑狀態(tài)。

ShockBurstTM接收流程

接口引腳CE、DR1、CLK1和DATA(接收通道1)

A. 配置本機(jī)地址和要接收的數(shù)據(jù)包大小；

B. 進(jìn)入接收狀態(tài)，把CE置高；

C. 200us后，nRF2401進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來；

D. 當(dāng)接收到正確的數(shù)據(jù)包(正確的地址和CRC校驗(yàn)碼)，nRF2401自動(dòng)把字頭、地址和CRC校驗(yàn)位移去；

E. nRF2401通過把DR1(這個(gè)引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器；

F. 微控制器把數(shù)據(jù)從nRF2401移出；

G. 所有數(shù)據(jù)移完，nRF2401把DR1置低，此時(shí)，如果CE為高，則等待下一個(gè)數(shù)據(jù)包，如果CE為低，開始其它工作流程。

直接收發(fā)模式

在直接收發(fā)模式下，nRF2401如傳統(tǒng)的射頻收發(fā)器一樣工作。

直接發(fā)送模式

接口引腳為CE、DATA

A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，把CE置高；

B. nRF2401射頻前端被激活；

C. 所有的射頻協(xié)議必須在微控制器程序中進(jìn)行處理(包括字頭、地址和CRC校驗(yàn)碼)。

直接接收模式

接口引腳為CE、CLK1和DATA

A. 一旦nRF2401被配置為直接接收模式，DATA引腳將根據(jù)天線接收到的信號(hào)開始高低變化(由于噪聲的存在)；

B. CLK1引腳也開始工作；

C. 一旦接收到有效的字頭，CLK1引腳和DATA引腳將協(xié)調(diào)工作，把射頻數(shù)據(jù)包以其被發(fā)射時(shí)的數(shù)據(jù)從DATA引腳送給微控制器；

D. 這頭必須是8位；

E. DR引腳沒用上，所有的地址和CRC校驗(yàn)必須在微控制器內(nèi)部進(jìn)行。

配置模式

在配置模式，15字節(jié)的配置字被送到nRF2401，這通過CS、CLK1和DATA三個(gè)引腳完成，具體的配置方法請(qǐng)參考本文的器件配置部分。

空閑模式

nRF2401的空閑模式是為了減小平均工作電流而設(shè)計(jì)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)，縮短芯片的起動(dòng)時(shí)間。在空閑模式下，部分片內(nèi)晶振仍在工作，此時(shí)的工作電流跟外部晶振的頻率有關(guān)，如外部晶振為4MHz時(shí)工作電流為12uA，外部晶振為16MHz時(shí)工作電流為32uA。在空閑模式下，配置字的內(nèi)容保持在nRF2401片內(nèi)。

關(guān)機(jī)模式

在關(guān)機(jī)模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時(shí)的工作電流小于1uA。關(guān)機(jī)模式下，配置字的內(nèi)容也會(huì)被保持在nRF2401片內(nèi)，這是該模式與斷電狀態(tài)最大的區(qū)別。

nRF2401的所有配置工作都是通過CS、CLK1和DATA三個(gè)引腳完成，把其配置為ShockBurstTM收發(fā)模式需要15字節(jié)的配置字，而如把其配置為直接收發(fā)模式只需要2字節(jié)的配置字。由上文對(duì)nRF2401工作模式的介紹，我們可以知道，nRF2401一般工作于ShockBurstTM收發(fā)模式，這樣，系統(tǒng)的程序編制會(huì)更加簡(jiǎn)單，并且穩(wěn)定性也會(huì)更高，因此，下文著重介紹把nRF2401配置為ShockBurstTM收發(fā)模式的器件配置方法。

ShockBurstTM的配置字使nRF2401能夠處理射頻協(xié)議，在配置完成后，在nRF2401工作的過程中，只需改變其最低一個(gè)字節(jié)中的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間切換。ShockBurstTM的配置字可以分為以下四個(gè)部分：

數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得nRF2401能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)碼；

地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得nRF2401能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)；

地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道1的地址和通道2的地址；

CRC：使nRF2401能夠生成CRC校驗(yàn)碼和解碼。

當(dāng)使用nRF2401片內(nèi)的CRC技術(shù)時(shí)，要確保在配置字中CRC校驗(yàn)被使能，并且發(fā)送和接收使用相同的協(xié)議。

在配置模式下，注意保證PWR_UP引腳為高電平，CE引腳為低電平。配置字從最高位開始，依次送入nRF2401。在CS引腳的下降沿，新送入的配置字開始工作。

PCB設(shè)計(jì)

PCB設(shè)計(jì)對(duì)nRF2401的整體性能影響很大，所以PCB設(shè)計(jì)在nRF2401收發(fā)系統(tǒng)的開發(fā)過程中主要的工作之一，在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到各種電磁干擾，注意調(diào)整電阻、電容和電感的位置，特別要注意電容的位置。

nRF2401的PCB一般都是雙層板，底層一般不放置元件，為地層，頂層的空余地方一般都敷上銅，這些敷銅通過過孔與底層的地相連。直流電源及電源濾波電容盡量靠近VDD引腳。nRF2401的供電電源應(yīng)通過電容隔開，這樣有利于給nRF2401提供穩(wěn)定的電源。在PCB中，盡量多打一些通孔，使頂層和底層的地能夠充分接觸。

nRF2401通過ShockBurstTM收發(fā)模式進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，收發(fā)可靠，其外形尺寸小，需要的外圍元器件也少，因此，使用方便，在工業(yè)控制、消費(fèi)電子等各個(gè)領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。

#include

//

//只需要把自己?jiǎn)纹瑱C(jī)的I/O 口接上對(duì)應(yīng)

sbit MISO = P1^3;

sbit MOSI = P1^4;

sbit CK = P1^5;

sbit CE = P1^6;

sbit CSN = P3^7;

sbit IRQ = P1^2;

sbit LED2 = P3^5;

sbit LED1 = P3^4;

sbit KEY1 = P3^0;

sbit KEY2 = P3^1;

//SPI(nRF24L01)commands

#define EAD_REG 0x00 //Definereadcommandtoregister

#define ITE_REG 0x20 //Definewritecommandtoregister

#define D_RX_PLOAD 0x61 //DefineRXpayloadregisteraddress

#define LOAD 0xA0 //DefineTXpayloadregisteraddress

#define FLUSH_TX 0xE1 //DefineflushTXregistercommand

#define FLUSH_RX 0xE2 //DefineflushRXregistercommand

#define EUSE_TX_PL 0xE3 //DefinereuseTXpayloadregistercommand

#define Nop0xFF //DefineNoOperation,mightbeusedtoreadstatusregister

//***************************************************//

//SPI(nRF24L01)registers(addresses)

#define CONFIG 0x00 //'Config' registeraddress

#define EN_AA 0x01 //'Enable AutoAcknowledgment'registeraddress

#define EN_RXADDR 0x02 //'Enabled RXaddresses'registeraddress

#define ETUP_AW 0x03 //'Setup addresswidth'registeraddress

#define ETUP_RETR 0x04 //'Setup Auto.Retrans'registeraddress

#define F_CH 0x05 //'RF channel'registeraddress

#define F_SETUP 0x06 //'RF setup'registeraddress

#define ATUS 0x07 //'Status' registeraddress

#define BSERVE_TX 0x08 //'Observe TX'registeraddress

#define CD 0x09 //'Carrier Detect'registeraddress

#define ADDR_P0 0x0A //'RX addresspipe0'registeraddress

#define ADDR_P1 0x0B //'RX addresspipe1'registeraddress

#define ADDR_P2 0x0C //'RX addresspipe2'registeraddress

#define ADDR_P3 0x0D //'RX addresspipe3'registeraddress

#define ADDR_P4 0x0E //'RX addresspipe4'registeraddress

#define ADDR_P5 0x0F //'RX addresspipe5'registeraddress

#define ADDR 0x10 //'TX address'registeraddress

#define 0x11 //'RX payloadwidth,pipe0'registeraddress

#define 1 0x12 //'RX payloadwidth,pipe1'registeraddress

#define 2 0x13 //'RX payloadwidth,pipe2'registeraddress

#define 3 0x14 //'RX payloadwidth,pipe3'registeraddress

#define 4 0x15 //'RX payloadwidth,pipe4'registeraddress

#define 5 0x16 //'RX payloadwidth,pipe5'registeraddress

#define FIFO_STATUS 0x17 //'FIFO StatusRegister'registeraddress

//------------------------------------------------------------// 寫一個(gè)字節(jié)到24L01，同時(shí)讀出一個(gè)字節(jié)

uchar SPI_RW(ucharbyte)

{

uchar ;

for (bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr ) //output8-bit

{

MOSI = (byte&0x80);//output'byte', MSBtoMOSI

byte = (byte<<1);//shiftnextbitintoMSB..

SCK = 1;//SetSCKhigh..

byte |= MISO;//capturecurrentMISObit

SCK = 0;//..then setSCKlowagain

}

return(byte);//returnreadbyte

}

// 向寄存器reg寫一個(gè)字節(jié)，同時(shí)返回狀態(tài)字節(jié)

uchar SPI_RW_Reg(BYTEreg,BYTEvalue)

{

uchar status;

CSN = 0;//CSNlow, initSPItransaction

status = SPI_RW(reg);//selectregister

SPI_RW(value);//..and writevaluetoit..

CSN = 1;//CSNhighagain

return(status);//returnnRF24L01statusbyte

}

// 讀出bytes字節(jié)的數(shù)據(jù)

uchar SPI_Read_Buf(BYTEreg,BYTE*pBuf,BYTEbytes)

{

uchar status,byte_ctr;

CSN = 0;//SetCSNlow,initSPItranaction

status = SPI_RW(reg);//Selectregistertowritetoandreadstatusbyte

for (byte_ctr=0;byte_ctr pBuf[byte_ctr] = SPI_RW(0);//

CSN = 1;

return(status);//returnnRF24L01statusbyte

}

// 寫入bytes字節(jié)的數(shù)據(jù)

uchar SPI_Write_Buf(BYTEreg,BYTE*pBuf,BYTEbytes)

{

uchar status,byte_ctr;

CSN = 0;

status = SPI_RW(reg);

for (byte_ctr=0;byte_ctr SPI_RW(*pBuf );

CSN = 1;//SetCSNhighagain

return(status);//

}

// 接收函數(shù)，返回1表示有數(shù)據(jù)收到，否則沒有數(shù)據(jù)接受到

unsigned char nRF24L01_RxPacket(unsignedchar*rx_buf)

{

unsigned char revale=0;

//setinRXmode

SPI_RW_Reg(WRITE_REG CONFIG,0x0f);//SetPWR_UPbit,enableCRC(2bytes)&

Prim:RX.RX_DRenabled..

CE = 1;//SetCEpinhightoenableRXdevice

dalay130us();

sta = SPI_Read(STATUS);//readregisterSTATUS'svalue

if (RX_DR)//ifreceivedataready(RX_DR)interrupt

{

CE = 0;//standbymode

SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_buf,TX_PLOAD_WIDTH);//readreceivepayloadfrom

RX_FIFObuffer

revale = 1;

}

SPI_RW_Reg(WRITE_REG STATUS,sta);//clearRX_DRorTX_DSorMAX_RTinterrupt flag

return revale;

}

// 發(fā)送函數(shù)

voidn RF24L01_TxPacket(unsignedchar*tx_buf)

{

CE = 0;

//SPI_Write_Buf(WRITE_REG TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//Writes

TX_AddresstonRF24L01

//SPI_Write_Buf(WRITE_REG RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//

RX_Addr0sameasTX_AdrforAuto.Ack

SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,tx_buf,TX_PLOAD_WIDTH);//WritesdatatoTXpayload

SPI_RW_Reg(WRITE_REG CONFIG,0x0e);//SetPWR_UPbit,enableCRC(2bytes)&

Prim:TX.MAX_RT&TX_DSenabled..

CE = 1;

dalay10us();

CE = 0;

}

// 配置函數(shù)

void nRF24L01_Config(void)

{

//initialio

CE = 0;//chipenable

CSN = 1;//Spidisable

SCK = 0;//Spiclockline inithigh

CE = 0;

SPI_RW_Reg(WRITE_REG CONFIG,0x0f);//SetPWR_UPbit,enableCRC(2bytes)&

Prim:RX.RX_DRenabled..

SPI_RW_Reg(WRITE_REG EN_AA,0x01);

SPI_RW_Reg(WRITE_REG EN_RXADDR,0x01);//EnablePipe0

SPI_RW_Reg(WRITE_REG SETUP_AW,0x02);//Setupaddresswidth=5bytes

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

SPI_RW_Reg(WRITE_REG RF_CH,0);

SPI_RW_Reg(WRITE_REG RF_SETUP,0x07);//TX_PWR:0dBm,Datarate:1Mbps,

LNA:HCURR

SPI_RW_Reg(WRITE_REG RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);

SPI_Write_Buf(WRITE_REG TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);

SPI_Write_Buf(WRITE_REG RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);CE=1;//

}

//////////////////第三維編輯/////////////////////////////////////////////////////

nrf24l01 nRF2401A(nRF2401AG)

nRF2401A為nRF2401的改進(jìn)型號(hào)（nRF2401AG為無鉛工藝型號(hào)）。nRF2401A工作在2.4GHz的國際通用ISM免申請(qǐng)頻段GFSK調(diào)制的無線數(shù)傳芯片。最高發(fā)射功率0dBm，接收靈敏度-90dBm，支持124個(gè)接收頻率與126個(gè)發(fā)射頻率。使用ShockBurst?傳輸模式，具備兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)接收通道。支持250kbps和1Mbps的空中數(shù)據(jù)速率。使用SPI接口與MCU完成數(shù)據(jù)通訊與通訊控制等功能。

nrf24l01 nRF24L01

nRF24L01是工作在2.4GHz的國際通用ISM免申請(qǐng)頻段GFSK調(diào)制的無線數(shù)傳芯片。最高發(fā)射功率0dBm，接收靈敏度為-85dBm，支持125個(gè)通訊頻率。使用增強(qiáng)型的 Enhanced ShockBurst?傳輸模式，支持6個(gè)數(shù)據(jù)通道（共用FIFO）。支持1Mbps和2Mbps的空中數(shù)據(jù)傳輸速率。使用SPI接口與MCU完成數(shù)據(jù)通訊與通訊控制等功能。

nrf24l01 與前兩者的兼容

RF2401A、nRF24L01和nRF24L01 之間是可以完成相互通訊的。前提是，它們必須在配置的過程中使用相同的通訊頻率、空中傳輸速率、地址長(zhǎng)度、地址信息、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和CRC校驗(yàn)方式。