第十七章 宝马1768——NRF24L01 2.4G无线通信开发环境：集成开发环境μVision4 IDE版本4.60.0.0
主机系统：Microsoft Windows XP
开发平台：旺宝NXP LPC1768开发板
17.1 2.4G无线模块
17.2 硬件描述
17.3 程序说明
17.4 实验现象
本章我们主要介绍的是宝马开发板的预留接口2.4G无线模块，学习本章可以了解到2.4G通信原理，及使用两板进行通信。我们到目前为止，使用SPI接口的器件有字库(W25Q16)、SD卡、2.4G、还有我们后面会接触到的XPT2046触摸芯片。都是使用SPI接口与MCU通信，看来掌握SPI的操作是很重要的。
1、2.4G无线模块：nRF24L01是一款新型单片射频收发器件无线模块，工作全球免申请2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段，最大发射功率0dBm（1mW）。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-6dBm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。
主要特性：
1）支持六路通道的数据接收
2）低工作电压：1.9-3.6V低电压工作
3）高速率：2Mbps（软件设置1Mbps或2Mbps）
4）多点频：125频点，满足多点通信和调频通信需要（2400+RF_CH）
5）nRF24L01集成了所有与RF协议相关的高速信号处理部分
6）SPI接口可以方便和单片机进行通信
如上图，nRF24L01与单片机的接口，具体功能如下表描述
工作模式：
1) nRF24L01有四种工作模式：
2) 收发模式
3) 配置模式
4) 空闲模式
5) 关机模式
数据发射：发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据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（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO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)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便再次重发；MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，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。
数据接收：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RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，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。
NRF24L01的读写时序：
LPC1768通过SSP0接口对nRF24L01进行配置，具体指令及寄存器请参考手册，其指令格式如下
命令字：由高位到低位（每字节）
数据字节：低字节到高字节，每一字节高位在前
任何一条新指令均由CSN 的由高到低的转换开始，下图为SPI操作及时序。 在写寄存器之前一定要进入待机模式或掉电模式。
读操作
写操作
2、硬件描述： 了解了NRF24L01的基本工作模式和读写时序，我们再来看看它是如何与1768连接的。
3、程序说明： 本次实验使用两块宝马开发板（带nRF24L01无线模块）进行通信，板A为主动发射端，板B为被动接收端。
板A：初始化完成后，进入主循环通过无线模块发送数据
板B：初始化完成后进入循环查询NRF24L01是否有数据接收到，当接收到板A发送过来的数据后，将数据通过串口打印出来。
如下图是LPC1768与nRF24L01的接口描述，其中P1.20、P1.23和P1.24分别为SSP0的SCK、MISO和MOSI引脚，P1.21接CSN，P2.0接CE，P2.1接可屏蔽中断引脚。
LPC1768对nRF24L01的配置及读写代码如下：
uchar SPI1_NRF_SendByte(unsigned char byte)
{
LPC_SSP0->DR = byte;
while (LPC_SSP0->SR & 0x10); //等待发送完成
return (LPC_SSP0->DR); //返回接收到的值
}
/*写数据到寄存器,并返回寄存器读回的数据*/
uchar SPI_RW_Reg(uchar reg, uchar value)
{
unsigned int Data = 0;
Select_NRF(); //选择NRF24L01片选
Data=SPI1_NRF_SendByte(reg); //指定NRF24L01寄存器
SPI_NRF_SendByte(value); //写入数据
NotSelect_NRF(); //禁止NRF24L01片选
return(Data); //返回NRF24L01 写寄存器的状态信息
}
/*读取寄存器中的数据*/
unsigned char SPI_Read(unsigned char reg)
{
unsigned char Data;
Select_NRF(); //选择NRF24L01片选
SPI1_NRF_SendByte(reg); //指定NRF24L01寄存器
Data=SPI1_NRF_SendByte(0); //读出数据
NotSelect_NRF(); //禁止NRF24L01片选
return (Data);
}
/*读取批量数据并存在pBuf缓冲区*/
uchar SPI_Read_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar bytes)
{
unsigned char status,i;
Select_NRF(); //选择NRF24L01片选
status=SPI_NRF_SendByte(reg); //读出指定NRF24L01寄存器的状态信息
for(i=0; i读出指定长度的数据
{
pBuf=SPI1_NRF_SendByte(0);
}
NotSelect_NRF(); //禁止NRF24L01片选
return(status); //返回指定NRF24L01寄存器的状态信息
}
/*写缓冲*/
uchar SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar bytes)
{
unsigned char status,byte_ctr;
Select_NRF(); //选择NRF24L01片选
status=SPI1_NRF_SendByte(reg); //指定NRF24L01寄存器
for(byte_ctr=0; byte_ctr写入指定长度的数据
{
SPI1_NRF_SendByte(*pBuf++);
}
NotSelect_NRF(); //禁止NRF24L01片选
return(status); //返回NRF24L01 写寄存器的状态信息
}
/*ssp0初始化*/
void ssp0_init(void)
{
LPC_SC->PCONP |= (1 << 21); //Enable power to SSPI0 block
LPC_GPIO1->FIODIR |= (1<<21); //P1.21初始化SSEL
LPC_GPIO1->FIOPIN |= (1<<21); //设置为高电平
LPC_PINCON->PINSEL3 &= ~(0<<10); //P1.21做普通IO
LPC_GPIO3->FIODIR |= (1<<26); //P3.26输出
LPC_GPIO3->FIOPIN &= ~(1<<26); //P3.26输出低电平 关闭SD卡
LPC_PINCON->PINSEL3 &= ~(3<<8);
LPC_PINCON->PINSEL3 |= (3<<8); // P1.20设置为SCK0
LPC_PINCON->PINSEL3 &= ~((3<<14) | (3<<16));
LPC_PINCON->PINSEL3 |= ((3<<14) | (3<<16)); // P1.23设置为MISO0, P1.24 设置为MOSI0
LPC_SC->PCLKSEL1 &= ~(3<<10); // PCLKSP0 = CCLK/4 ( 25MHz)
LPC_SC->PCLKSEL1 |= (1<<10); // PCLKSP0 = CCLK (100MHz)
LPC_SSP0->CPSR = 250; //72MHz / 250 = 400kBit
//maximum of 18MHz is possible
LPC_SSP0->CR0 = 0x0007; // 8Bit, CPOL=0, CPHA=0
LPC_SSP0->CR1 = 0x0002; // SSP0 enable, master
}
/*初始化RF24L01内部数据*/
void config_24L01()
{
RF24L01_Gpio_Init(); //IO初始化
NotSelect_NRF(); //禁止SPI2 NRF24L01+的片选。
ssp0_init(); //ssp0初始化
}
/*24L01初始化*/
void Init_24L01(void)
{
uchar Channel=2; //工作通道频率=2400+2=2.402G
config_24L01();
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + CONFIG,0x79); //屏蔽所有中断、接收模式
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + EN_AA,0x00); //禁止自动应答
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + EN_RXADDR,0x01); //接收数据通道0允许
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + SETUP_AW,0x03);//接收发射地址宽度5字节
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + SETUP_RETR,0x00); //禁止自动重发
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + RF_CH,Channel); //设置工作通道频率
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + RF_SETUP,0x07); //传输速率1Mbps、0dBm
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + STATUS,0x70); //清空中断标志
SPI_Write_Buf(WRITE_REGL+RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); //数据通道0接收地址
SPI_Write_Buf(WRITE_REGL + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); //发送地址
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + RX_PW_P0,0x04);
//接收数据通道0有效数据宽度4字节
CSN(0);
SPI_NRF_SendByte(0xE2); //清除RX FIFO寄存器
CSN(1);
CSN(0);
SPI_NRF_SendByte(0xE1); //清除TX FIFO寄存器
CSN(1);
}
/*发送数据*/
void send(uchar *Buffdata,uchar Length)
{
CE(0);
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + CONFIG,0x1e);//CRC16位校验 发送模式
SPI_RW_Reg(FLUSH_TX,0); //清除TX FIFO寄存器 用于发射模式下
SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, Buffdata ,Length);
//写TX有效数据Buffdata Length字节
CE(1);
Delay1ms(5);
CE(0);
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + STATUS,0x70); //清除中断标志
}
/*设置接收模式*/
void Set_RF_RX_Mode(uchar DataLength)
{
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + RX_PW_P0,DataLength); //设置接收数据通道0有效数据宽度DataLength
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + CONFIG,0x5f);//CRC 16位 接收模式
SPI_RW_Reg(WRITE_REGL + STATUS,0x70);//清除中断标志
SPI_RW_Reg(FLUSH_RX,0); //清除RX FIFO寄存器 用于接收模式下
CE(1);
}
其中具体的寄存器定义及其设置可以参考源程序中24L01头文件的定义和NRF24L01手册。本历程包含了发送和接收，通过宏定义来设置
当作为接收板时修改宏定义如下：
当作为发送板时修改宏定义如下：
当定义为接收板时条件编译选择运行红色框框内的程序，当定义为发送板时，条件编译选择运行蓝色框框内的程序。从下面的程序中可以看出当作为接收板时开始串口打印数据“NRF24L01
接收板”后初始化NRF
模块，循环查询是否有数据接收到。当作为发送板时从串口打印数据“NRF24L01发送板”后初始化NRF模块，每隔100ms通过NRF24L01发送四个字符“ab0d”
将开发板USB转串口(usb1)与电脑相连，插上nRF24L01，下载程序后，重新上电，打开串口调试助手（波特率9600），板A从串口打印出来“NRF24L01发送板”，板B从串口打印出来“NRF24L01接收板”，随后打印NRF24L01接收到的数据。
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