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0dBm
2．2Mbps，传输速率高
3．功耗低，等待模式时电流消耗仅22uA
4．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_T）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。

三、模块引脚说明
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7 NC 空 8 CSN 芯片片选信号 I 9 CE 工作模式选择
I 10
+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。

VCC P1.0 P1.1
P1.2 P1.3 P1.4 P3.2 GND
AT89S52MCU 模块 +5V CE CSN SCK MOSI MISO IRQ GND
Nrf24L01通讯模块
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五、工作模式控制
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
FLUSH_TX 1110 0001 0 在发射模式下，清空TX FIFO寄存器。

FLUSH_RX 1110 0010 0 在接收模式下，清空RX FIFO寄存器。

在
传输应答信号时不应执行此操作，否则不
能传输完整的应答信号。

REUSE_TX_PL 1110 0011 0 应用于发射端。

重新使用上一次发射的有
效数据，当CE=1时，数据将不断重新发
射。

在发射数据包过程中，应禁止数据包
重用功能。

NOP 1111 1111 0 空操作。

可用于读状态寄存器。

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，——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
地址
（十六进制）
寄存器位复位值类型说明
00 CONFIG 配置寄存器
Reserved 7 0 R/W 默认为0
MASK_RX_DR 6 0 R/W 可屏蔽中断RX_RD
1：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_DS 5 0 R/W 可屏蔽中断TX_RD
1：中断产生时对IRQ没影响0：TX_RD中断产生时，IRQ 引脚为低
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八、模块编程控制
1．ShockBurst TM发射模式
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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_T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XX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。

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九、RF通道频率
RF通道频率指的是nRF24L01所使用的中心频率，该频率X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
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#define RX_PW_P3 0x14
#define RX_PW_P4 0x15
#define RX_PW_P5 0x16
#define FIFO_STATUS 0x17 //FIFO状态寄存器,8bit
2．SPI操作头文件（与单片机的接口设置在此头文件中）
#defineuchar unsigned char
#define TX_ADR_WIDTH 5 //地址长度为5个字节
#defineTX_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
ucharflag; //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
#defineMOSI P0_3 //主发从收:Master In Slave Out
#define MISO P0_4 //主收从发:Master Out Slave In
#defineIRQ P3_2 //中断查询:Interrupt Request
uchar 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reg
SPI_RW(value); //写字节value到该寄存器
CSN = 1; //终止SPI读写
return(status);
}
BYTE SPI_Read(BYTE reg)//读寄存器reg状态字
{
BYTE reg_val;
CSN = 0; //CSN为0时,才能进行SPI读写
SPI_RW(reg); //选择寄存器reg
reg_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nRF24L01 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + SETUP_RETR, 0x1a); // 自动重发延时：500us + 86us；重发次数：10次
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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);
//数据通道0的RX数据长度为TX_PLOAD_WIDTH,要与发送的一致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); //0x01
test[1] = SPI_Read(EN_RXADDR); //0x01
test[2] = SPI_Read(SETUP_AW); //0x03,5个字节
test[3] = SPI_Read(SETUP_RETR); //0x1a
test[4] = SPI_Read(RF_CH); //0x28
test[5] = SPI_Read(RF_SETUP); //0x0f
test[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); //0x14
test[11] = SPI_Read(STA TUS);
}
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9600
TH1 = 0xfd;
SCON = 0x50; //模式1，8位数据
TR1 = 1; //启动定时器1
TI=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;
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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STATUS
if(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
SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,sta); //清除RX_DR,TX_DS和MAX_RT中断标志位}
}
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