nRF24L01无线通信模块使用手册.doc

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1、深圳市德普施科技有限公司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0dBm22Mbps，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

2、入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10s，延迟130s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

3、，首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130s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

4、2IRQ中断输出O3MISOSPI输出O4MOSISPI输入I5SCKSPI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VCCP1.0P1.1CNCNP1.2P1.3P1.4P3.2GNDAT89S52MCU模块+5VCECSNCNCNSCKMOSIMISOIRQGNDNrf24L01通讯模块注：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Nrf24

5、L01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_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态接收模式111-发射模式1011数据存储在FIFO寄存器中，发射所有数据发射模式10012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。

6、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：IRQ（低电平有效，中断输出）CE（高电平有效，发射或接收模式控制）CSN（SPI信号）SCK（SPI信号）MOSI（SPI信号）MISO（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。1SPI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命令字节表指令

7、名称指令格式（二进制）字节数操作说明R_REGISTER000A AAAA15读寄存器。AAAAA表示寄存器地址。W_REGISTER001A AAAA15写寄存器。AAAAA表示寄存器地址，只能在掉电或待机模式下操作。R_RX_PAYLOAD0110 0001132在接收模式下读132字节RX有效断气。从字节0开始，数据读完后，FIFO寄存器清空。W_TX_PAYLOAD1010 0000132在发射模式下写131字节TX有效数据。从字节0开始。FLUSH_TX1110 00010在发射模式下，清空TX FIFO寄存器。FLUSH_RX1110 00100在接收模式下，清空RX FIFO寄存

8、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_PL1110 00110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。NOP1111 11110空操作。可用于读状态寄存器。2SPI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，CnSPI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

9、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/WCRC使能。如果EN_AA中任意一位为高，则EN_CRC为高。CRCO20R/WCRC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01EN_

10、AA Enhanced ShockBurst使能“自动应答”功能Reserved7:600R/W默认为00ENAA_P551R/W数据通道5自动应答使能位ENAA_P441R/W数据通道4自动应答使能位ENAA_P331R/W数据通道3自动应答使能位ENAA_P221R/W数据通道2自动应答使能位ENAA_P111R/W数据通道1自动应答使能位ENAA_P001R/W数据通道0自动应答使能位02EN_RXADDR接收地址允许Reserved7:600R/W默认为00ERX _P550R/W数据通道5接收数据使能位ERX _P440R/W数据通道4接收数据使能位ERX _P330R/W数据通道3

11、接收数据使能位ERX _P220R/W数据通道2接收数据使能位ERX _P111R/W数据通道1接收数据使能位ERX _P001R/W数据通道0接收数据使能位03SETUP_AW设置地址宽度（所有数据通道）Reserved7:2000000R/W默认为00000AW1:011R/W接收/发射地址宽度：00：无效01：3字节10：4字节11：5字节04SETUP_RETR自动重发ARD7:40000R/W自动重发延时时间：0000：250us0001：500us1111：4000usARC3:00011R/W自动重发计数：0000：禁止自动重发0001：自动重发1次1111：自动重发15次05R

12、F_CH射频通道Reserved70R/W默认为0RF_CH6:00000010R/W设置工作通道频率06RF_SETUP射频寄存器Reserved7:5000R/W默认为000PLL_LOCK40R/W锁相环使能，测试下使用RF_DR31R/W数据传输率：0：1Mbps1：2MbpsRF_PWR2:111R/W发射功率：00：-18dBm01：-12dBm10：-6dBm11：0dBmLNA_HCURR01R/W低噪声放大器增益07STATUS状态寄存器Reserved70R/W默认值为0RX_DR60R/W接收数据中断位。当收到有效数据包后置1。写1清除中断TX_DS50R/W发送数据中断

13、。如果工作在自动应答模式下，只有当接收到应答信号后置1。写1 清除中断MAX_RT40R/W重发次数溢出中断。写1清除中断。如果MAX_RT中断产生，则必须清除后才能继续通讯RX_P_NO3:1111R接收数据通道号：000-101：数据通道号110：未使用111：RX FIFO寄存器为空TX_FULL00RTX FIFO寄存器满标志位08OBSERVE_TX发送检测寄存器PLOS_CNT7:40R数据包丢失计数器。当写RF_CH寄存器时，此寄存器复位。当丢失15个数据包后，此寄存器重启。ARC_CNT3:00R重发计数器。当发送新数据包时，此寄存器复位。09CD载波检测Reserved7:1

14、000000RCD00R0ARX_ADDR_P039:0E7E7E7E7E7R/W数据通道0接收地址。最大长度为5个字节。0BRX_ADDR_P139:0C2C2C2C2C2R/W数据通道1接收地址。最大长度为5个字节。0CRX_ADDR_P27:0C3R/W数据通道2接收地址。最低字节可设置，高字节必须与RX_ADDR_P139:8相等0DRX_ADDR_P37:0C4R/W数据通道3接收地址。最低字节可设置，高字节必须与RX_ADDR_P139:8相等0ERX_ADDR_P47:0C5R/W数据通道4接收地址。最低字节可设置，高字节必须与RX_ADDR_P139:8相等0FRX_ADDR_

15、P57:0C6R/W数据通道5接收地址。最低字节可设置，高字节必须与RX_ADDR_P139:8相等10TX_ADDR39:0E7E7E7E7E7R/W发送地址。在ShockBurstTM模式，设置RX_ADDR_P0与此地址相等来接收应答信号11RX_PW_P0Reserved7:600R/W默认为00RX_PW_P05:00R/W数据通道0接收数据有效宽度：0：无效1：1个字节32：32个字节12RX_PW_P1Reserved7:600R/W默认为00RX_PW_P15:00R/W数据通道1接收数据有效宽度：0：无效1：1个字节32：32个字节13RX_PW_P2Reserved7:60

16、0R/W默认为00RX_PW_P25:00R/W数据通道2接收数据有效宽度：0：无效1：1个字节32：32个字节14RX_PW_P3Reserved7:600R/W默认为00RX_PW_P35:00R/W数据通道3接收数据有效宽度：0：无效1：1个字节32：32个字节15RX_PW_P4Reserved7:600R/W默认为00RX_PW_P45:00R/W数据通道4接收数据有效宽度：0：无效1：1个字节32：32个字节16RX_PW_P5Reserved7:600R/W默认为00RX_PW_P55:00R/W数据通道5接收数据有效宽度：0：无效1：1个字节32：32个字节17FIFO_STA

17、TUSFIFO状态寄存器Reserved70R/W默认为0TX_REUSE60R若TX_REUSE=1，则当CE置高时，不断发送上一数据包。TX_REUSE通过SPI指令REUSE_TX_PL设置；通过W_TX_PALOAD 或 FLUSH_TX复位TX_FULL50RTX_FIFO寄存器满标志1：寄存器满0：寄存器未满，有可用空间TX_EMPTY41RTX_FIFO寄存器空标志1：寄存器空0：寄存器非空Reserved3:200R/W默认为00RX_FULL10RRX FIFO寄存器满标志1：寄存器满0：寄存器未满，有可用空间RX_EMPTY01RRX FIFO寄存器空标志1：寄存器空0：寄

18、存器非空N/ATX_PLD255:0XWN/ARX_PLD255:0XR八、模块编程控制1ShockBurstTM发射模式设置PRIM_RX为低。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。置CE为高，启动发射。CE高电平持续时间至少为10us。ShockBurstTM发射模式：系统上电启动内部16MHz时钟数据打包数据发射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

19、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。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。在待机模式II下，CE置低，则进入待机模式I。2ShockBurstTM接收

20、模式设置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）。置CE为高，启动接收模式。130us后，模块检测空中信号，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。如果启动了自动应答功能，则发送应答信号。MCU置CE为低，进入先机模式I。MCU可通过SPI接口将数据读出模块准备好进入发射模式或接收模式或待机模式。九、RF通道频率RF通道频率指的是nRF24L01所使用的中心频率，该频率范围从2.400GHz到2.525GHz，以1MHz区分一个频点，故有125个频点可使

21、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：1SPI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_REG0x00 /读第0个寄存器#define WRITE_REG0x20 /写第0个寄存器#define RD_RX_PLOAD0x61 /在接收模式下使用,读有效数据#define WR_TX_PLOAD0xA0 /在

22、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#def

23、ine 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 0x

24、0B#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 RX_PW_P5 0x16#define FIF

25、O_STATUS 0x17 /FIFO状态寄存器,8bit2SPI操作头文件（与单片机的接口设置在此头文件中）#defineuchar unsigned char#defineTX_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_ADDRESSTX_ADR_WIDTH = 0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7;char rx_bufTX_PLOAD_WIDTH;/接收缓冲区ucharflag;/标志位int test12;#defineCEP0_0/芯片使能:Chip Enable#d

26、efine 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 Requestuchar bdata sta;sbitRX_DR= sta6;sbitTX_DS= sta5;sbitMAX_RT= sta4;uchar SPI_RW(uchar byte)/写一个字节到nRF24L01,并返回

27、此时nRF24L01的状态及数据uchar bit_ctr; for(bit_ctr=0;bit_ctr8;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reguch

28、ar 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(

29、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_ctrbytes;byte_ctr+) pBufbyte_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ucha

30、r 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_ctrbytes; 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,

31、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 SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, TX_A

32、DDRESS, 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_R

33、eg(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(

34、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

35、+ RF_CH, 40);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x0f); void show_status(void)/显示状态寄存器的值 test0 = SPI_Read(EN_AA);/0x01 test1 = SPI_Read(EN_RXADDR);/0x01 test2 = SPI_Read(SETUP_AW);/0x03,5个字节 test3 = SPI_Read(SETUP_RETR);/0x1a test4 = SPI_Read(RF_CH);/0x28 test5 = SPI_Read(RF_SETUP);/0x0f test6 = SPI_Re

36、ad(RX_ADDR_P2); test7 = SPI_Read(RX_ADDR_P3); test8 = SPI_Read(RX_ADDR_P4); test9 = SPI_Read(RX_ADDR_P5); test10 = SPI_Read(RX_PW_P0);/0x14 test11 = 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9600T

37、H1 = 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0void delay_ms(unsigned int x)/毫秒级延时 unsigned int i,j; i=0; for(i=0;ix;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

38、_int0();/外部中断0设置for(i=0;i7;i+)/待发的数据tx_buf,发送的数据为”abcdefg”七个字母tx_bufi = 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 0sta=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_R