新型高速無(wú)線(xiàn)射頻器件nRF24L01及其應用

發(fā)布時(shí)間:2010-7-29 16:38    發(fā)布者:lavida
關(guān)鍵詞: nRF24L01 , 無(wú)線(xiàn)射頻
1 nRF24L01概述

nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)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(shù),其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發(fā)射時(shí),工作電流也只有9 mA;接收時(shí),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(dòng)應答和自動(dòng)再發(fā)射功能;
片內自動(dòng)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(gè)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(fā)射或接收;
CSN,SCK,MOSI,MISO:SPI引腳端,微處理器可通過(guò)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(xiàn)接口;
IREF:參考電流輸入。  

3 工作模式

通過(guò)配置寄存器可將nRF241L01配置為發(fā)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(fā)射堆棧為空且CE=1時(shí)發(fā)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(shí)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(fā)射數據時(shí),首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式:接著(zhù)把地址TX_ADDR和數據TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫(xiě)入nRF24L01緩存區,TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續寫(xiě)入,而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫(xiě)入一次即可,然后CE置為高電平并保持至少10μs,延遲130μs后發(fā)射數據;若自動(dòng)應答開(kāi)啟,那么nRF24L01在發(fā)射數據后立即進(jìn)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(shí)TX_PLD從發(fā)送堆棧中清除;若未收到應答,則自動(dòng)重新發(fā)射該數據(自動(dòng)重發(fā)已開(kāi)啟),若重發(fā)次數(ARC_CNT)達到上限,MAX_RT置高,TX_PLD不會(huì )被清除;MAX_RT或TX_DS置高時(shí),使IRQ變低,以便通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí),若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1;若發(fā)送堆棧中有數據且CE為高,則進(jìn)入下一次發(fā)射;若發(fā)送堆棧中無(wú)數據且CE為高,則進(jìn)入空閑模式2。

接收數據時(shí),首先將nRF24L01配置為接收模式,接著(zhù)延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數據的到來(lái)。當接收方檢測到有效的地址和CRC時(shí),就將數據包存儲在接收堆棧中,同時(shí)中斷標志位RX_DR置高,IRQ變低,以便通知MCU去取數據。若此時(shí)自動(dòng)應答開(kāi)啟,接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。最后接收成功時(shí),若CE變低,則nRF24L01進(jìn)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(shí)先傳送低位字節,再傳送高位字節。但針對單個(gè)字節而言,要先送高位再送低位。與SPI相關(guān)的指令共有8個(gè),使用時(shí)這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應的狀態(tài)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(guò)SPI口訪(fǎng)問(wèn)。nRF24L01的配置寄存器共有25個(gè),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(gè)無(wú)線(xiàn)數據傳輸電路,并通過(guò)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(fā)射和接收電路相同。使用時(shí)需在接收端加一個(gè)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(zhù)便處于接收狀態(tài)等待數據的到來(lái);然后運行VB程序,點(diǎn)擊接收按鈕;最后發(fā)射電路上電,并將單片機RAM內預先存放的數據"20H"發(fā)射出去,在1 ms內接收電路收到數據,同時(shí)VB界面顯示出接收到的數據。該電路實(shí)現了PC機與單片機系統之間的無(wú)線(xiàn)通信。
  




系統軟件控制流程如圖3所示。   





7 結束語(yǔ)


詳細介紹了nRF24L01的引腳結構、工作模式、收發(fā)原理以及配置字,并以nRF24L01為核心設計了無(wú)線(xiàn)數據傳輸電路,結合RS232接口,實(shí)現了計算機與單片機系統之問(wèn)的無(wú)線(xiàn)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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QQ42142951 發(fā)表于 2011-7-25 10:30:06
Nordic是專(zhuān)業(yè)的射頻品牌,公司絕對優(yōu)勢配合提供NRF24L01/NRF24L01+/NRF24LE1/NRF24LU1P/NRF905/NRF24AP2系列,在研發(fā)樣品階段需要樣品支持,試產(chǎn)階段需要少批量支持,大批量生產(chǎn)階段需要長(cháng)期穩定供應,甚至協(xié)助做產(chǎn)品優(yōu)化,請隨時(shí)聯(lián)系!13510620050
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