nRF24L01无线通信模块使用手册

nRF24L01无线通信模块使用手册一、模块简介该射频模块集成了NORDIC公司生产的无线射频芯片nRF24L01：1．支持2.4GHz的全球开放ISM频段，最大发射功率为0dBm2．2Mbps，传输速率高3．功耗低，等待模式时电流消耗仅22uA4．多频点（125个），满足多点通信及跳频通信需求5．在空旷场地，有效通信距离：25m（外置天线）、10m（PCB天线）6．工作原理简介：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进入待机模式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，则进入待机模式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。

二、模块电气特性参数数值单位供电电压5V最大发射功率0dBm最大数据传输率2Mbps电流消耗（发射模式，0dBm）11.3mA电流消耗（接收模式，2Mbps）12.3mA电流消耗（掉电模式）900nA温度范围-40~+85℃三、模块引脚说明管脚符号功能方向1GND电源地2IRQ中断输出O3MISO SPI输出O4MOSI SPI输入I5SCK SPI时钟I6NC空7NC空8CSN芯片片选信号I9CE工作模式选择I10+5V电源四、模块与AT89S52单片机接口电路注：上图为示意连接，可根据自己实际需求进行更改；使用AT89S52MCU 模块时，请将Nrf24L01通讯模块每个端口（MOSI 、SCK 、CSN 和CE ）接4.7K 的排阻上拉到VCC 增强其驱动能力（如下图：）。

若使用其它单片机与Nrf24L01通讯模块相连时请串联2K 电阻。

五、工作模式控制工作模式由CE 和PWR_UP 、PRIM_RX 两寄存器共同控制：模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器状态 接收模式 1 1 1 -发射模式 1 0 11数据存储在FIFO 寄存器中，发射所有数据VCC P1.0 P1.1 CN CN P1.2 P1.3 P1.4 P3.2 GNDAT89S52MCU 模块+5V CE CSN CN CN SCK MOSI MISO IRQ GNDNrf24L01通讯模块发射模式100→12数据存储在FIFO寄存器中，发射一个数据待机模式II101TX FIFO为空待机模式I1-0无正在传输的数据掉电模式0---注1：进入此模式后，只要CSN置高，在FIFO中的数据就会立即发射出去，直到所有数据数据发射完毕，之后进入待机模式II。

注2：正常的发射模式，CE端的高电平应至少保持10us。

24L01将发射一个数据包，之后进入待机模式I。

六、数据和控制接口通过以下六个引脚，可实现模块的所有功能：①IRQ（低电平有效，中断输出）②CE（高电平有效，发射或接收模式控制）③CSN（SPI信号）④SCK（SPI信号）⑤MOSI（SPI信号）⑥MISO（SPI信号）通过SPI接口，可激活在数据寄存器FIFO中的数据；或者通过SPI命令（1个字节长度）访问寄存器。

在待机或掉电模式下，单片机通过SPI接口配置模块；在发射或接收模式下，单片机通过SPI接口接收或发射数据。

1．SPI指令所有的SPI指令均在当CSN由低到高开始跳变时执行；从MOSI写命令的同时，MISO实时返回24L01的状态值；SPI指令由命令字节和数据字节两部分组成。

SPI命令字节表2．SPI时序SPI读写时序见下面两图。

在写寄存器之前，一定要进入待机模式或掉电模式。

其中，Cn——SPI 指令位；Sn——状态寄存器位；Dn——数据位（低字节在前，高字节在后；每个字节中高位在前）SPI读时序SPI写时序七、寄存器内容及说明地址（十六进制）寄存器位复位值类型说明00CONFIG配置寄存器Reserved70R/W默认为0MASK_RX_DR60R/W 可屏蔽中断RX_RD1：中断产生时对IRQ没影响0：RX_RD中断产生时，IRQ引脚为低MASK_TX_DS50R/W 可屏蔽中断TX_RD1：中断产生时对IRQ没影响0：TX_RD中断产生时，IRQ引脚为低MASK_MAX_RT40R/W 可屏蔽中断MAX_RT1：中断产生时对IRQ没影响0：MAX_RT中断产生时，IRQ 引脚为低EN_CRC31R/W CRC使能。

如果EN_AA中任意一位为高，则EN_CRC为高。

CRCO20R/W CRC校验值：0：1字节1：2字节PWR_UP10R/W0：掉电 1：上电PRIM_RX00R/W0：发射模式 1：接收模式八、模块编程控制1．ShockBurst TM发射模式①设置PRIM_RX为低。

②通过SPI接口，将接收节点地址（TX_ADDR）和有效数据（TX_PLD）写入模块，写TX_PLD时，CSN 必须一直置低。

③置CE为高，启动发射。

CE高电平持续时间至少为10us。

④ShockBurst TM发射模式：系统上电启动内部16MHz时钟数据打包数据发射⑤若启动了自动应答模式（ENAA_P0=1），则模块立即进入接收模式（NO_ACK已设置）。

如果接收到应答信号，则表示发射成功，TX_DS置高且TX FIFO中的有效数据被移出；如果没有接收到应答信号，则自动重发（自动重发已设置）；如果自动重发次数超过最大值（ARC），MAX_RT置高，在TX FIFO中的数据不被移出。

当MAX_RT和TX_DS置高时，IRQ激活。

只有重新写状态寄存器（STATUS）才能关闭IRQ。

如果重发次数达到最大后，仍没有接收到应答信号，在MAX_RT中断清除之前，不会再发射数据。

PLOS_CNT 计数器会增加，每当有一个MAX_RT中断产生。

⑥如果CE置低，则系统进行待机模式I，否则发送TX FIFO寄存器中的下一个数据包。

当TX FIFO 中的数据发射完，CE仍为高时，系统进入待机模式II。

⑦在待机模式II下，CE置低，则进入待机模式I。

2．ShockBurst TM接收模式①设置PRIM_RX为高，配置接收数据通道（EN_RXADDR）、自动应答寄存器（EN_AA）和有效数据宽度寄存器（RX_PW_PX）。

②置CE为高，启动接收模式。

③130us后，模块检测空中信号，④接收到有效的数据包后（地址匹配、CRC检验正确），数据储存在RX FIFO中，RX_DR置高。

⑤如果启动了自动应答功能，则发送应答信号。

⑥MCU置CE为低，进入先机模式I。

⑦MCU可通过SPI接口将数据读出⑧模块准备好进入发射模式或接收模式或待机模式。

RF通道频率指的是nRF24L01所使用的中心频率，该频率范围从2.400GHz到2.525GHz，以1MHz区分一个频点，故有125个频点可使用。

由参数RF_CH确定，公式为：F0 = 2400 + RF_CH（MHz）十、示例程序接收模块与发射模块大部分程序代码相同，如下：1．SPI命令和寄存器配置头文件API.h（根据第六、七两点编写）#ifndef _BYTE_DEF_#define _BYTE_DEF_typedef unsigned char BYTE;#endif// SPI命令#define READ_REG 0x00 //读第0个寄存器#define WRITE_REG 0x20 //写第0个寄存器#define RD_RX_PLOAD 0x61 //在接收模式下使用,读有效数据#define WR_TX_PLOAD 0xA0 //在发送模式下使用,写有效数据#define FLUSH_TX 0xE1 //在发送模式下使用,清TX FIFO寄存器#define FLUSH_RX 0xE2 //在接收模式下使用,清RX FIFO寄存器#define REUSE_TX_PL 0xE3 //发送方使用,重复发送最后的数据#define NOP 0xFF //空操作,用于读状态寄存器STATUS的值// nRF24L01寄存器地址#define CONFIG 0x00 //配置寄存器,8bit#define EN_AA 0x01 //自动应答设置寄存器,8bit#define EN_RXADDR 0x02 //接收地址设置寄存器,8bit#define SETUP_AW 0x03 //地址宽度设置寄存器,8bit#define SETUP_RETR 0x04 //自动重复发送设置寄存器,8bit#define RF_CH 0x05 //RF通道寄存器,8bit#define RF_SETUP 0x06 //RF设置寄存器,8bit#define STATUS 0x07 //状态寄存器,8bit#define OBSERVE_TX 0x08 //发送观测寄存器,8bit#define CD 0x09 //载波检测寄存器,8bit,#define RX_ADDR_P0 0x0A //接收地址数据通道0,40bit#define RX_ADDR_P1 0x0B#define RX_ADDR_P2 0x0C#define RX_ADDR_P3 0x0D#define RX_ADDR_P4 0x0E#define RX_ADDR_P5 0x0F#define TX_ADDR 0x10 //发送地址.发送方使用,40bit#define RX_PW_P0 0x11 //通道0接收的有效数据字节长度(1-32字节),8bit#define RX_PW_P1 0x12#define RX_PW_P2 0x13#define RX_PW_P3 0x14#define RX_PW_P4 0x15#define FIFO_STATUS 0x17 //FIFO状态寄存器,8bit2．SPI操作头文件（与单片机的接口设置在此头文件中）#define uchar unsigned char#define TX_ADR_WIDTH 5 //地址长度为5个字节#define TX_PLOAD_WIDTH 20 //数据长度为20个字节uchar const TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH] = {0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7};char rx_buf[TX_PLOAD_WIDTH]; //接收缓冲区uchar flag; //标志位int test[12];#define CE P0_0 //芯片使能:Chip Enable#define CSN P0_1 //片选信号:Chip Select Not#define SCK P1_2 //串行时钟信号:Serial Clock#define MOSI P0_3 //主发从收:Master In Slave Out#define MISO P0_4 //主收从发:Master Out Slave In#define IRQ P3_2 //中断查询:Interrupt Requestuchar bdata sta;sbit RX_DR = sta^6;sbit TX_DS = sta^5;sbit MAX_RT = sta^4;uchar SPI_RW(uchar byte)//写一个字节到nRF24L01,并返回此时nRF24L01的状态及数据{uchar bit_ctr;for(bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++) //先写字节的高位,再写低位{MOSI = (byte & 0x80); //MOSI取byte最高位byte = (byte << 1); //byte左移一位SCK = 1; //SCK从高到低时开始写入byte |= MISO;//获取MISO位.从MOSI写命令的同时,MISO返回nRF24L01的状态及数据SCK = 0;}return(byte);}uchar SPI_RW_Reg(BYTE reg, BYTE value)//将字节value写入寄存器reg{uchar status;CSN = 0; //CSN为0时,才能进行SPI读写status = SPI_RW(reg); //选择寄存器regSPI_RW(value); //写字节value到该寄存器CSN = 1; //终止SPI读写return(status);}{BYTE reg_val;CSN = 0; //CSN为0时,才能进行SPI读写SPI_RW(reg); //选择寄存器regreg_val = SPI_RW(0); //写0,什么操作也不进行,仅仅为了读寄存器状态CSN = 1; //终止SPI读写return(reg_val);}uchar SPI_Read_Buf(BYTE reg, BYTE *pBuf, BYTE bytes)//从寄存器reg读出数据,典型应用是读RX数据或RX/TXF地址{uchar status,byte_ctr;CSN = 0; //CSN为0时,才能进行SPI读写status = SPI_RW(reg); //选择寄存器reg并返回其状态字for(byte_ctr=0;byte_ctr<bytes;byte_ctr++)pBuf[byte_ctr] = SPI_RW(0); //从寄存器读数据CSN = 1; //终止SPI读写return(status); //返回状态值}uchar SPI_Write_Buf(BYTE reg, BYTE *pBuf, BYTE bytes)//将数据写入寄存器,如TX数据,RX/TX地址等. {uchar status,byte_ctr;CSN = 0; //CSN为0时,才能进行SPI读写status = SPI_RW(reg); //选择寄存器reg并返回其状态字for(byte_ctr=0; byte_ctr<bytes; byte_ctr++)SPI_RW(*pBuf++); //写数据到寄存器CSN = 1; //终止SPI读写return(status); //返回状态值}//接收模式初始化:设置RX地址,RX数据宽度,RF通道,速率,低噪声放大器增益//设置完之后,将CE置高,准备好接收数据void RX_Mode(void){SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, TX_PLOAD_WIDTH);SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);// 写 TX_Address 到 nRF24L01SPI_RW_Reg(WRITE_REG + SETUP_RETR, 0x1a); // 自动重发延时：500us + 86us；重发次数：10次SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);//将地址TX_ADDRESS写入寄存器0的数据通道0 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01); //ENAA_P0=1,数据通道0自动应答SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01); //ERX_P0=1,使能SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40); //40个通信频段SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, TX_PLOAD_WIDTH);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x0F);//速率为2Mbps,发送功率为0dBm,低噪声放大器增益为1 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0f);//PRIM_RX=1,接收方;PWR_UP=1;CRC检验字为2字节;}//发送模式初始化:设置发送地址,设置发送的数据,设置接收方地址,RF通道,速率等,与接收类似void TX_Mode(void){SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, TX_PLOAD_WIDTH);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e);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);SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, tx_buf, TX_PLOAD_WIDTH);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + SETUP_RETR, 0x1a);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x0f);}void show_status(void) //显示状态寄存器的值{test[0] = SPI_Read(EN_AA); //0x01test[1] = SPI_Read(EN_RXADDR); //0x01test[2] = SPI_Read(SETUP_AW); //0x03,5个字节test[3] = SPI_Read(SETUP_RETR); //0x1atest[4] = SPI_Read(RF_CH); //0x28test[5] = SPI_Read(RF_SETUP); //0x0ftest[6] = SPI_Read(RX_ADDR_P2);test[7] = SPI_Read(RX_ADDR_P3);test[8] = SPI_Read(RX_ADDR_P4);test[9] = SPI_Read(RX_ADDR_P5);test[10] = SPI_Read(RX_PW_P0); //0x14test[11] = SPI_Read(STATUS);}void init_io(void){CE = 0; //待机CSN = 1; //SPI禁止读写SCK = 0;}void Inituart(void)//设置串口工作模式TMOD |= 0x20; //定时器1工作在方式2,8位自动重装模式TL1 = 0xfd; //波特率为9600TH1 = 0xfd;SCON = 0x50; //模式1，8位数据TR1 = 1; //启动定时器1TI=1;}void init_int0(void)//外部中断设置{EA=1; //允许全局中断ES=1; //开串行口中断EX0=1; //允许外部中断0}void delay_ms(unsigned int x) //毫秒级延时{unsigned int i,j;i=0;for(i=0;i<x;i++){j=108;while(j--);}}3．发送模块主函数（向接收模块发射数据“abcdefg”,中断方式）void main(void){int i;init_io(); //IO端口设置Inituart(); //串口设置init_int0(); //外部中断0设置for(i=0;i<7;i++) //待发的数据tx_buf,发送的数据为”abcdefg”七个字母tx_buf[i] = 'a'+i;while(1){CE = 0; //Standby-1模式TX_Mode(); //发送设置CE = 1; //启动发送模式delay_ms(20);CE = 0; //Standby-1模式delay_ms(1000);}}//中断函数//如果RX_DR=1,则读取数据,之后清除标志位;//如果TX_DS或MAX_RT为1,则仅清除中断标志位void ISR_int0(void) interrupt 0{sta=SPI_Read(STATUS); //读状态寄存器STATUSif(RX_DR) //如接收到数据,则中断{SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_buf,TX_PLOAD_WIDTH);//读取接收的数据flag=1; //标志位置高}if(MAX_RT) //重发中断达到最大数SPI_RW_Reg(FLUSH_TX,0); //清除TX FIFO寄存器SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,sta); //清除RX_DR,TX_DS和MAX_RT中断标志位}4．接收模块主函数（接收并在串口输出，同时输出状态寄存器的值，使用查询方式）void main(void){int i;init_io(); //IO端口设置Inituart(); //串口设置init_int0(); //外部中断0设置CE=0; //Standby-1模式RX_Mode(); //设置接收模式CE = 1; //准备接收数据while(1){sta=SPI_Read(STATUS);if(RX_DR) //接收到数据{SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_buf,TX_PLOAD_WIDTH);//读取接收的数据for(i=0;i<7;i++)printf("%c ",rx_buf[i]); //通过串口发送接收到的数据printf("\n");show_status(); //输出状态寄存器的值,可不用此操作for(i=0;i<12;i++)printf("%x ",test[i]);printf("\n");delay_ms(10);}if(MAX_RT) //重发中断达到最大数SPI_RW_Reg(FLUSH_TX,0); //清除TX FIFO寄存器} }。