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標簽 > nrf2401
nRF2401是單片射頻收發芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。
nRF2401是單片射頻收發芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節能設計更方便。其DuoCeiverTM技術使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數據。nRF2401適用于多種無線通信的場合，如無線數據傳輸系統、無線鼠標、遙控開鎖、遙控玩具等。
nRF2401（最新版本為nRF2401A，nRF2401AG為無鉛工藝版本）是由Nordic公司出品的單芯片無線收發芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz的全球免申請（ISM）頻率。芯片包括一個完全集成的頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器和調制器。發射功率和工作頻率等工作參數可以很容易的通過3線SPI端口完成。極低的電流消耗，在-5dBm的輸出功率時僅為10.5mA，在接收模式時僅為18mA。掉電模式可以很容易的實現低功耗需求。
nRF2401是單片射頻收發芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節能設計更方便。其DuoCeiverTM技術使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數據。nRF2401適用于多種無線通信的場合，如無線數據傳輸系統、無線鼠標、遙控開鎖、遙控玩具等。
nRF2401（最新版本為nRF2401A，nRF2401AG為無鉛工藝版本）是由Nordic公司出品的單芯片無線收發芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz的全球免申請（ISM）頻率。芯片包括一個完全集成的頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器和調制器。發射功率和工作頻率等工作參數可以很容易的通過3線SPI端口完成。極低的電流消耗，在-5dBm的輸出功率時僅為10.5mA，在接收模式時僅為18mA。掉電模式可以很容易的實現低功耗需求。
兼容性
nRF2401是nRF2401A的早期型號，nRF2401AG是無鉛工藝型號。它們完全兼容，硬件可直接替換，代碼也可相互使用。
芯片結構
nRF2401內置地址解碼器、先入后出堆棧區、解調處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。QFN24引腳封裝，外形尺寸只有5×5mm。
工作模式
nRF2401有工作模式有四種：收發模式、配置模式、空閑模式和關機模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、CS三個引腳決定。
收發模式
nRF2401的收發模式有ShockBurstTM收發模式和直接收發模式兩種，收發模式由器件配置字決定，具體配置將在器件配置部分詳細介紹。
ShockBurstTM收發模式ShockBurstTM收發模式下，使用片內的先入先出堆棧區，數據低速從微控制器送入，但高速（1Mbps）發射，這樣可以盡量節能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數據發射速率。與射頻協議相關的所有高速信號處理都在片內進行，這種做法有三大好處：盡量節能；低的系統費用（低速微處理器也能進行高速射頻發射）；數據在空中停留時間短，抗干擾性高。nRF2401的ShockBurstTM技術同時也減小了整個系統的平均工作電流。在ShockBurstTM收發模式下，nRF2401自動處理字頭和CRC校驗碼。在接收數據時，自動把字頭和CRC校驗碼移去。在發送數據時，自動加上字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。
ShockBurstTM發射流程接口引腳為CE，CLK1，DATAA. 當微控制器有數據要發送時，其把CE置高，使nRF2401工作；B. 把接收機的地址和要發送的數據按時序送入nRF2401；C. 微控制器把CE置低，激發nRF2401進行ShockBurstTM發射；D. nRF2401的ShockBurstTM發射給射頻前端供電；射頻數據打包（加字頭、CRC校驗碼）；高速發射數據包；發射完成，nRF2401進入空閑狀態。
ShockBurstTM接收流程接口引腳CE、DR1、CLK1和DATA（接收通道1）A. 配置本機地址和要接收的數據包大小；B. 進入接收狀態，把CE置高；C. 200us后，nRF2401進入監視狀態，等待數據包的到來；D. 當接收到正確的數據包（正確的地址和CRC校驗碼），nRF2401自動把字頭、地址和CRC校驗位移去；E. nRF2401通過把DR1（這個引腳一般引起微控制器中斷）置高通知微控制器；F. 微控制器把數據從nRF2401移出；G. 所有數據移完，nRF2401把DR1置低，此時，如果CE為高，則等待下一個數據包，如果CE為低，開始其它工作流程。
直接收發模式在直接收發模式下，nRF2401如傳統的射頻收發器一樣工作。直接發送模式接口引腳為CE、DATAA. 當微控制器有數據要發送時，把CE置高；B. nRF2401射頻前端被激活；C. 所有的射頻協議必須在微控制器程序中進行處理（包括字頭、地址和CRC校驗碼）。
直接接收模式接口引腳為CE、CLK1和DATAA. 一旦nRF2401被配置為直接接收模式，DATA引腳將根據天線接收到的信號開始高低變化（由于噪聲的存在）；B. CLK1引腳也開始工作；C. 一旦接收到有效的字頭，CLK1引腳和DATA引腳將協調工作，把射頻數據包以其被發射時的數據從DATA引腳送給微控制器；D. 這頭必須是8位；E. DR引腳沒用上，所有的地址和CRC校驗必須在微控制器內部進行。
配置模式在配置模式，15字節的配置字被送到nRF2401，這通過CS、CLK1和DATA三個引腳完成，具體的配置方法請參考本文的器件配置部分。
空閑模式nRF2401的空閑模式是為了減小平均工作電流而設計，其最大的優點是，實現節能的同時，縮短芯片的起動時間。在空閑模式下，部分片內晶振仍在工作，此時的工作電流跟外部晶振的頻率有關，如外部晶振為4MHz時工作電流為12uA，外部晶振為16MHz時工作電流為32uA。在空閑模式下，配置字的內容保持在nRF2401片內。
關機模式在關機模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時的工作電流小于1uA。關機模式下，配置字的內容也會被保持在nRF2401片內，這是該模式與斷電狀態最大的區別。
NRF2401+芯片的ACK帶數據返回功能的理解和總結
NRF2401+芯片主要特點：
工作在2.4~2.5GHz頻段；
無線數據傳輸率可達1~2MHz；
SPI接口速率0~8MHz；
125可選工作頻道（可跳頻）；
工作電壓1.9~3.6V；
增強型ShockBurst™模式；
當NRF2401+模塊工作在增強型ShockBurst™模式時，可以使用自動應答和自動重發功能，當然這些都不具有誘惑力，最多提高了數據傳輸的效率和穩定性，數據傳輸依然是單方向的。增強型ShockBurst™模式下有一種ACK帶數據返回的功能，這個功能很強大，不需要人為的在程序中切換接收和發送狀態，只需要通過寄存器簡單的配置，就可以實現數據的雙向傳輸，對于平常的學習，尤其是利用上位機調試參數，非常方便。本文主要介紹這種模式的配置以及自己對過程的理解、總結和一些疑問。
一、SPI指令和一部分寄存器如下：
SPI指令：
部分寄存器：
二、增強型ShockBurst™模式下ACK帶數據返回功能的配置過程解釋：
1、關于ACK帶數據返回功能需要的額外配置：
參考手冊部分：
由手冊可知，如果要使用ACK帶數據返回功能，必須額外滿足：
~使能動態數據長度，即接收和發送數據長度可變，詳見主接收設備配置部分解釋；
~主接收端將隨ACK返回的數據利用W_ACK_PAYLOADAY指令放入發送緩沖區，詳見后文；
~置位FEATURE寄存器中的位EN_ACK_PAY，使能ACK帶數據返回功能;
~最大重發時間間隔的設置步進值為250us，設置為500us適用于0~32任意長度字節的負載數據;（感覺翻譯很別扭，上面的英文意思倒是很清晰！！）
注：此程序配置中一個主發送設備，一個主接收設備，均使用通道0進行數據傳輸；
2、主發送設備的配置過程解析
//函數名 ： void NRF_TX_Mode（void）
//功能 ： 初始化NRF2401+模塊為發送模式
//輸入參數： 無
//返回參數： 無
void NRF_TX_Mode（void）
{
//CE拉低，配置寄存器
NRF_CE_LOW（）;
// 寫TX節點地址（1）
SPI_NRF_WriteBuf（NRF_WRITE_REG+TX_ADDR，TX_ADDRESS，TX_ADR_WIDTH）;
// 寫RX節點地址 （2）
SPI_NRF_WriteBuf（NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS，RX_ADR_WIDTH）;
// 使能通道0的自動應答（3）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+EN_AA，0x01）;
// 使能通道0的接收地址（4）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR，0x01）;
//設置自動重發間隔時間：500us最大自動重發次數：10次（5）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+SETUP_RETR，0x1a）;
// 設置RF頻率，手冊有詳細解釋（6）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RF_CH，50）;
// 設置TX發射參數，0db增益，2Mbps，低噪聲增益開啟（7）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RF_SETUP，0x0f）;
//清除發送和接收緩沖區（8）
SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_TX，0xff）;
SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_RX，0xff）;
//IRQ收發完成中斷開啟，16位CRC，主發送（9）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG + CONFIG_NRF， 0x0e）;
//Active命令（10）
SPI_NRF_RW（0x50）;
SPI_NRF_RW（0x73）;
//使能動態數據長度（11）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+0x1c，0x01）;
//使能ACK帶數據返回功能（12）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+0x1d，0x06）;
//CE拉高，進入發送模式（13）
NRF_CE_HIGH（）;
}
程序解釋：
（1）僅用于主發送設備，寫主發送設備發送節點地址，地址通過軟件設定，可通過操作寄存器SETUP_AW修改地址寬度（1~5字節），寄存器復位之后，默認地址寬度為5字節；
主發送設備的發送節點地址必須和主接收設備的接收節點地址一致，否則接收不到數據。
通道0和1有5個字節寬度；
通道2~5的高32位必須和通道1相同，低8位可以通過軟件設置；
參考手冊寄存器部分：
（2）寫接收節點地址，只有通道0可以用來接收ACK信號或ACK+返回數據，此地址必須和主發送設備的發送節點地址相同，即和（1）的相同。
（3）通道0的自動應答，必須；
（4）使能通道0的接收地址，必須；
（5）最大重發間隔時間至少設置為500us，最大重發次數1~15；
參考手冊：ARD=500µs will be long enough for any payload length.
（6）設置通信頻率，取值為0~125，取值50，即NEF模塊的射頻頻率為2.450GHz；
參考手冊：
上文大概意思是：可以通過給寄存器RF_CH這個寄存器寫入參數0~125，使得NRF模塊射頻通道的通信頻率在2.400GHz~2.525GHz范圍內，射頻信道的頻率分辨率為1MHz，為了防止信道發生重疊，不同信道之間的射頻頻率相差至少2MHz， 射頻信道的頻率由下列公式計算：
F = 2400 + rf_ch ［MHz］
為了能夠彼此通信，發射機和接收機的射頻信道的頻率必須相同，即寄存器RF_CH設置一致。
（7）設置發射參數，具體參考手冊寄存器部分；
（8）清除發送和接收緩沖區，如果不進行清除，測試可用；
（9）配置中斷和CRC校驗等，CRC校驗8位和16位均可；
（10）激活命令，用于激活R_RX_PL_WID、W_ACK_PAYLOAD 、W_TX_PAYLOAD_NOACK；
參考手冊SPI指令部分：
從手冊中可以看到，使用ACTIVE（0x50）指令并寫入數據0x73可以激活R_RX_PL_WID、W_ACK_PAYLOAD 指令和W_TX_PAYLOAD_NOACK （存在于寄存器FEATURE）狀態，使用 R_RX_PL_WID指令可以得到接收到的數據長度；W_ACK_PAYLOAD 指令僅用于主接收設備，存儲將要和ACK一起返回的數據，PPP的取值范圍為000~101，表示0~6六個數據通道，所以W_ACK_PAYLOAD 指令的取值范圍為0xa8~0xad，分別表示0~6六個通道，具體使用在主接收部分講解。
（11）操作寄存器DYNPD使能通道0的動態數據長度；
ACK帶數據返回功能必須使用動態數據長度，詳見靜態和動態數據長度介紹部分。
（12）置位寄存器 FEATURE寄存器里的 EN_DPL 和 EN_ACK_PAY狀態位；
從下面的參考手冊可以得知，要想使能通道0的動態數據長度，還需要使能EN_DPL位；
置位 EN_ACK_PAY狀態位的目的是使能ACK帶數據返回功能。
參考手冊寄存器部分：
（13）進入發送模式。
// 函數名 ： void NRF_Tx_Dat（u8 *txbuf ， u8 datlen）
// 功能 ：發送數據
// 輸入參數： txbuf（需要發送的數據包），datlen（數據長度）
// 返回參數： 無
void NRF_Tx_Dat（u8 *txbuf ， u8 datlen）
{
// CE拉低，將數據寫入緩沖區
NRF_CE_LOW（）;
// 寫數據到TX BUF 最大32個字節 （14）
SPI_NRF_WriteBuf（WR_TX_PLOAD，txbuf，datlen）;
// CE為高，發送數據包（15）
NRF_CE_HIGH（）;
}
（14）使用W_TX_PAYLOAD指令將要發送的數據寫入發送緩沖區；
（15）CE置高10us后，主發送設備開始發送數據；
// 函數名 ： void Nrf_Check_Event（u8 *rxbuf）
// 功能 ：接收ACK返回的數據，并清除相應中斷標志位
// 輸入參數： txbuf（需要發送的數據包），datlen（數據長度）
// 返回參數： 無
注：此函數在主程序中每隔2ms執行一次，檢測是否接收到和ACK一起返回的數據
void Nrf_Check_Event（u8 *rxbuf）
{
//得到中斷標志位（16）
u8 sta = SPI_NRF_ReadReg（NRF_READ_REG + STATUS）;
if（sta & RX_DR）
{
//得到數據長度（17）
u8 rx_len = SPI_NRF_ReadReg（R_RX_PL_WID）;
if（rx_len《33）
{
// 接收返回數據
SPI_NRF_ReadBuf（RD_RX_PLOAD，rxbuf，rx_len）;
// 解析收到數據
Data_Receive_Anl（rxbuf，rx_len）;
}
else
{
// 清空接收緩沖區
SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_RX，0xff）;
}
}
if（sta & TX_DS）
{
}
if（sta & MAX_RT）
{
if（sta & 0x01）
{
// 清空發送緩沖區
SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_TX，0xff）;
}
}
// 清除中斷標志位（18）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG + STATUS， sta）;
}
（16）初始化過程中使能了發送成功、接收成功、達到最大重發次數中斷，此處目的是得到中斷標志位，從而執行相應的操作；
（17）從上面的指令部分可以得知，利用R_RX_PL_WID指令可以得到接收到的數據的長度；
（18）中斷標志位必須清除。
3、主接收設備的配置過程解析
//函數名 ： void NRF_RX_Mode（void）
//功能 ： 初始化NRF2401+模塊為發送模式
//輸入參數： 無
//返回參數： 無
void NRF_RX_Mode（void）
{
NRF_CE_LOW（）;
//寫TX節點地址（1）
// SPI_NRF_WriteBuf（NRF_WRITE_REG+TX_ADDR，TX_ADDRESS，TX_ADR_WIDTH）;
//寫RX節點地址（2）
SPI_NRF_WriteBuf（NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS，RX_ADR_WIDTH）;
//使能通道0的自動應答（3）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+EN_AA，0x01）;
//使能通道0的接收地址（4）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR，0x01）;
//設置RF通信頻率（5）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RF_CH，50）;
//設置自動重發間隔時間：500us;最大自動重發次數：10次（6）
// SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+SETUP_RETR，0x1a）;
//選擇通道0的有效數據寬度（靜態數據長度需要配置，動態數據長度不需要配置）（7）
//SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RX_PW_P0，RX_PLOAD_WIDTH）;
//設置RX發射參數，0db增益，2Mbps，低噪聲增益開啟（8）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RF_SETUP，0x0f）;
SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_TX，0xff）;
SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_RX，0xff）;
// IRQ收發完成中斷開啟，16位CRC，主接收（9）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG + CONFIG， 0x0f）;
// ACTIVE （10）
SPI_NRF_RW（0x50）;
SPI_NRF_RW（0x73）;
//使能動態數據長度（11）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+0x1c，0x01）;
//使能ACK帶數據返回功能 （12）
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+0x1d，0x06）;
//CE拉高，進入接收模式（13）
NRF_CE_HIGH（）;
}
（1）寄存器TX_ADDR “ Used for a PTX device only”，即用于主發送設備，主接收設備配置這個寄存器不起作用；
（2）配置主接收設備的接收數據節點地址，必須和主發送設備的發送端節點數據地址相同，否則接收不到數據；
（3）使能通道0的自動應答，因為主發送設備通過通道0進行數據發送；
從手冊中可以看到，如果使能ACK，則需要使能相應通道的自動應答；
參考手冊部分：
（４）使能通道０的接收地址，目的是能接受數據；
（５）取值50，即NEF主接收模塊的射頻頻率為2.450GHz；
主發送模塊的射頻頻率必須和主接收模塊的射頻頻率相同；
詳見主發送部分介紹；
（6）設置”最大重發次數“和”自動重發延時“；
如手冊所示，只應用于主發送端，主接收端不需要配置；
所謂“自動重發”是指，當發送端在特定的時間內沒有接收到返回的ACK時，則重新發送剛才的數據，直到達到最大重發次數；
參考手冊部分：
（7）配置接收數據長度；
只有靜態數據長度模式下需要配置，動態數據長度模式下不需要配置；
參考手冊部分：
通過手冊可知，在增強型ShockBurst 模式下，傳輸數據長度（最大32字節）有靜態和動態兩種模式，所謂靜態指每次發送的數據長度固定，所謂動態是指每次發送的數據可隨意長度，但是在ACK帶數據返回模式下，只能使用動態數據長度。
靜態數據長度模式下，主接收端可通過配置RX_PW_P0寄存器，設置接收數據長度，接收數據長度必須和發送端發送的數據長度相等；
動態數據長度模式下，接收端（無論是主接收端還是主發送端處于接受模式時）可以使用用R_RX_PL_WID（0110 0000）指令得到接收數據長度；
為了使能動態數據長度模式，FEATURE寄存器中的EN_DPL位必須置位（無論主發送端還是主接收端），同時主發送端的寄存器DYNPD中的位DPL_P0必須置位，主接收端寄存器DYNPD中的位DPL_PX必須置位（用到哪個通道置位哪個通道）。
（8）參數配置，必須和主發送設備一致，詳見手冊；
（9）基本配置；
必須和主發送端設置一致；
（10）（11）（12）詳見主發送端配置說明；
（13）CE置高130us后，主接收設備開始檢測是否有數據需要接收；
//函數名 ： void NRF_Tx_Dat_AP（u8 * tx_buf， u8 len）
//功能 ： ACK帶數據返回函數
//輸入參數： tx_buf（發送數據包），len（數據長度）
//返回參數： 無
void NRF_Tx_Dat_AP（u8 * tx_buf， u8 len）
{
// CE拉低，將數據寫入緩沖區
NRF_CE_LOW（）;
// 寫數據到TX BUF 最大32個字節（14）
SPI_NRF_WriteBuf（0xa8， tx_buf， len）;
// CE為高，發送數據包
NRF_CE_HIGH（）;
}
（14）ACK帶數據返回時，使用W_ACK_PAYLOAD（10101PPP）指令存儲將要返回的數據，PPP表示通道0~5，取值為001~101；如果同時有六個設備（主發送）與一個設備（主接收）進行通信，則0xac表示接收端此時使用的是第4通道帶數據返回；
// 函數名 ： u8 Nrf_Check_Event（u8 *rxbuf）
// 功能 ：接收數據，并清除相應中斷標志位
// 輸入參數： txbuf（接收的數據包），datlen（數據長度）
// 返回參數： sta （中斷標志位）
u8 Nrf_Check_Event（u8 *rxbuf）
{
u8 sta = 0;
sta = SPI_NRF_ReadReg（STATUS）;
if（sta & RX_DR）//接收中斷
{
//得到數據長度
u8 rx_len = SPI_NRF_ReadReg（R_RX_PL_WID）;
//讀取數據
SPI_NRF_ReadBuf（RD_RX_PLOAD，rxbuf，rx_len）;
SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_RX，NOP）;
}
if（sta & TX_DS）
{
}
if（sta & MAX_RT）
{
if（sta & 0x01）
{
SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_TX，0xff）;
}
}
// 清除中斷標志位
SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG + STATUS， sta）;
return sta;
}
三、增強型ShockBurst™模式下多機通信：
這部分主要介紹一下多機通信，即一個主接收設備與六個主發送設備進行通信，當然大多數情況下，我們用不到這個，這部分的主要目的理解接收數據地址和發送數據地址之間的關系。
參考手冊部分：
這部分主要提到多機通信的過程中，所有設備的如下設置要一致：
~CRC使能；
~CRC配置（8位或16位）；
~接收數據地址寬度；
~RF_CH配置相同，即射頻頻率需要配置一致；
~無線數據傳輸速率；
~低噪聲放大器增益；
置位寄存器EN_RXADDR相應位可以使能相應的數據通道，數據通道地址可以通過RX_ADDR_PX寄存器來進行配置；
參考手冊部分：
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