新型高速无线射频器件nRF24L01及其应用 .doc

新型高速无线射频器件nRF24L01及其应用 作者： 时间： 2007-10-18 来源： 国外电子技术 阅读：28 　　1 nRF24L01概述 　　nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。 　　nRF24L01主要特性如下： 　　GFSK调制： 　　硬件集成OSI链路层; 　　具有自动应答和自动再发射功能; 　　片内自动生成报头和CRC校验码; 　　数据传输率为l Mb/s或2Mb/s; 　　SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s; 　　125个频道： 　　与其他nRF24系列射频器件相兼容; 　　QFN20引脚4 mm×4 mm封装; 　　供电电压为1.9 V～3.6 V。 　　2 引脚功能及描述 　　nRF24L01的封装及引脚排列如图1所示。各引脚功能如下： 　　 　　CE：使能发射或接收; 　　CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01： 　　IRQ：中断标志位; 　　VDD：电源输入端; 　　VSS：电源地： 　　XC2，XC1：晶体振荡器引脚; 　　VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V; 　　ANT1,ANT2：天线接口; 　　IREF：参考电流输入。 　　3 工作模式 　　通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表1所示。 　　 　　空闲模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的;空闲模式2则是在当发射堆栈为空且CE=1时发生(用在PTX设备);在空闲模式下，配置字仍然保留。 　　在掉电模式下电流损耗最小，同时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 　　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;若自动应答开启，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，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从发送堆栈中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC_CNT)达到上限，MAX_RT置高，TX_PLD不会被清除;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，以便通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式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。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。 　　5 配置字 　　SPI口为同步串行通信接口，最大传输速率为10 Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。但针对单个字节而言，要先送高位再送低位。与SPI相关的指令共有8个，使用时这些控制指令由nRF24L01的MOSI输入。相应的状态和数据信息是从MISO输出给MCU。 　　nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过SPI口访问。nRF24L01 　　的配置寄存器共有25个，常用的配置寄存器如表2所示。 　　 　　6 应用电路设计 　　笔者用单片机和nRF24L01设计了一个无线数据传输电路，并通过串口将数据传输至计算 　　机。硬件电路设计如图2所示。 　　图2中发射和接收电路相同。使用时需在接收端加一个RS232接口，使其与计算机串口 　　连接，将接收到的数据传送至计算机。该电路的工作原理：首先使接收电路上电，接着便处于接收状态等待数据的到来;然后运行VB程序，点击接收按钮;最后发射电路上电，并将单片机RAM内预先存放的数据20H发射出去，在1 ms内接收电路收到数据，同时VB界面显示出接收到的数据。该电路实现了PC机与单片机系统之间的无线通