nrf2401

nrf2401简介

　　nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。nRF2401适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。

　　nRF2401（最新版本为nRF2401A，nRF2401AG为无铅工艺版本）是由Nordic公司出品的单芯片无线收发芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz的全球免申请（ISM）频率。芯片包括一个完全集成的频率合成器，功率放大器，晶体振荡器和调制器。发射功率和工作频率等工作参数可以很容易的通过3线SPI端口完成。极低的电流消耗，在-5dBm的输出功率时仅为10.5mA，在接收模式时仅为18mA。掉电模式可以很容易的实现低功耗需求。

nrf2401百科

　　nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。nRF2401适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。

　　nRF2401（最新版本为nRF2401A，nRF2401AG为无铅工艺版本）是由Nordic公司出品的单芯片无线收发芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz的全球免申请（ISM）频率。芯片包括一个完全集成的频率合成器，功率放大器，晶体振荡器和调制器。发射功率和工作频率等工作参数可以很容易的通过3线SPI端口完成。极低的电流消耗，在-5dBm的输出功率时仅为10.5mA，在接收模式时仅为18mA。掉电模式可以很容易的实现低功耗需求。

　　兼容性

　　nRF2401是nRF2401A的早期型号，nRF2401AG是无铅工艺型号。它们完全兼容，硬件可直接替换，代码也可相互使用。

　　芯片结构

　　nRF2401内置地址解码器、先入后出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。QFN24引脚封装，外形尺寸只有5×5mm。

　　工作模式

　　nRF2401有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、CS三个引脚决定。

　　收发模式

　　nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定，具体配置将在器件配置部分详细介绍。

　　ShockBurstTM收发模式ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速（1Mbps）发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用（低速微处理器也能进行高速射频发射）；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。nRF2401的ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在ShockBurstTM收发模式下，nRF2401自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。

　　ShockBurstTM发射流程接口引脚为CE，CLK1，DATAA. 当微控制器有数据要发送时，其把CE置高，使nRF2401工作；B. 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入nRF2401；C. 微控制器把CE置低，激发nRF2401进行ShockBurstTM发射；D. nRF2401的ShockBurstTM发射给射频前端供电；射频数据打包（加字头、CRC校验码）；高速发射数据包；发射完成，nRF2401进入空闲状态。

　　ShockBurstTM接收流程接口引脚CE、DR1、CLK1和DATA（接收通道1）A. 配置本机地址和要接收的数据包大小；B. 进入接收状态，把CE置高；C. 200us后，nRF2401进入监视状态，等待数据包的到来；D. 当接收到正确的数据包（正确的地址和CRC校验码），nRF2401自动把字头、地址和CRC校验位移去；E. nRF2401通过把DR1（这个引脚一般引起微控制器中断）置高通知微控制器；F. 微控制器把数据从nRF2401移出；G. 所有数据移完，nRF2401把DR1置低，此时，如果CE为高，则等待下一个数据包，如果CE为低，开始其它工作流程。

　　直接收发模式在直接收发模式下，nRF2401如传统的射频收发器一样工作。直接发送模式接口引脚为CE、DATAA. 当微控制器有数据要发送时，把CE置高；B. nRF2401射频前端被激活；C. 所有的射频协议必须在微控制器程序中进行处理（包括字头、地址和CRC校验码）。

　　直接接收模式接口引脚为CE、CLK1和DATAA. 一旦nRF2401被配置为直接接收模式，DATA引脚将根据天线接收到的信号开始高低变化（由于噪声的存在）；B. CLK1引脚也开始工作；C. 一旦接收到有效的字头，CLK1引脚和DATA引脚将协调工作，把射频数据包以其被发射时的数据从DATA引脚送给微控制器；D. 这头必须是8位；E. DR引脚没用上，所有的地址和CRC校验必须在微控制器内部进行。

　　配置模式在配置模式，15字节的配置字被送到nRF2401，这通过CS、CLK1和DATA三个引脚完成，具体的配置方法请参考本文的器件配置部分。

　　空闲模式nRF2401的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是，实现节能的同时，缩短芯片的起动时间。在空闲模式下，部分片内晶振仍在工作，此时的工作电流跟外部晶振的频率有关，如外部晶振为4MHz时工作电流为12uA，外部晶振为16MHz时工作电流为32uA。在空闲模式下，配置字的内容保持在nRF2401片内。

　　关机模式在关机模式下，为了得到最小的工作电流，一般此时的工作电流小于1uA。关机模式下，配置字的内容也会被保持在nRF2401片内，这是该模式与断电状态最大的区别。

　　NRF2401+芯片的ACK带数据返回功能的理解和总结

　　NRF2401+芯片主要特点：

　　工作在2.4~2.5GHz频段；

　　无线数据传输率可达1~2MHz；

　　SPI接口速率0~8MHz；

　　125可选工作频道（可跳频）；

　　工作电压1.9~3.6V；

　　增强型ShockBurst™模式；

　　当NRF2401+模块工作在增强型ShockBurst™模式时，可以使用自动应答和自动重发功能，当然这些都不具有诱惑力，最多提高了数据传输的效率和稳定性，数据传输依然是单方向的。增强型ShockBurst™模式下有一种ACK带数据返回的功能，这个功能很强大，不需要人为的在程序中切换接收和发送状态，只需要通过寄存器简单的配置，就可以实现数据的双向传输，对于平常的学习，尤其是利用上位机调试参数，非常方便。本文主要介绍这种模式的配置以及自己对过程的理解、总结和一些疑问。

　　一、SPI指令和一部分寄存器如下：

　　SPI指令：

　　部分寄存器：

　　二、增强型ShockBurst™模式下ACK带数据返回功能的配置过程解释：

　　1、关于ACK带数据返回功能需要的额外配置：

　　参考手册部分：

　　由手册可知，如果要使用ACK带数据返回功能，必须额外满足：

　　~使能动态数据长度，即接收和发送数据长度可变，详见主接收设备配置部分解释；

　　~主接收端将随ACK返回的数据利用W_ACK_PAYLOADAY指令放入发送缓冲区，详见后文；

　　~置位FEATURE寄存器中的位EN_ACK_PAY，使能ACK带数据返回功能;

　　~最大重发时间间隔的设置步进值为250us，设置为500us适用于0~32任意长度字节的负载数据;（感觉翻译很别扭，上面的英文意思倒是很清晰！！）

　　注：此程序配置中一个主发送设备，一个主接收设备，均使用通道0进行数据传输；

　　2、主发送设备的配置过程解析

　　//函数名 ： void NRF_TX_Mode（void）

　　//功能 ： 初始化NRF2401+模块为发送模式

　　//输入参数： 无

　　//返回参数： 无

　　void NRF_TX_Mode（void）

　　{

　　//CE拉低，配置寄存器

　　NRF_CE_LOW（）;

　　// 写TX节点地址（1）

　　SPI_NRF_WriteBuf（NRF_WRITE_REG+TX_ADDR，TX_ADDRESS，TX_ADR_WIDTH）;

　　// 写RX节点地址 （2）

　　SPI_NRF_WriteBuf（NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS，RX_ADR_WIDTH）;

　　// 使能通道0的自动应答（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）;

　　//设置自动重发间隔时间：500us最大自动重发次数：10次（5）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+SETUP_RETR，0x1a）;

　　// 设置RF频率，手册有详细解释（6）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RF_CH，50）;

　　// 设置TX发射参数，0db增益，2Mbps，低噪声增益开启（7）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RF_SETUP，0x0f）;

　　//清除发送和接收缓冲区（8）

　　SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_TX，0xff）;

　　SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_RX，0xff）;

　　//IRQ收发完成中断开启，16位CRC，主发送（9）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG + CONFIG_NRF， 0x0e）;

　　//Active命令（10）

　　SPI_NRF_RW（0x50）;

　　SPI_NRF_RW（0x73）;

　　//使能动态数据长度（11）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+0x1c，0x01）;

　　//使能ACK带数据返回功能（12）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+0x1d，0x06）;

　　//CE拉高，进入发送模式（13）

　　NRF_CE_HIGH（）;

　　}

　　程序解释：

　　（1）仅用于主发送设备，写主发送设备发送节点地址，地址通过软件设定，可通过操作寄存器SETUP_AW修改地址宽度（1~5字节），寄存器复位之后，默认地址宽度为5字节；

　　主发送设备的发送节点地址必须和主接收设备的接收节点地址一致，否则接收不到数据。

　　通道0和1有5个字节宽度；

　　通道2~5的高32位必须和通道1相同，低8位可以通过软件设置；

　　参考手册寄存器部分：

　　（2）写接收节点地址，只有通道0可以用来接收ACK信号或ACK+返回数据，此地址必须和主发送设备的发送节点地址相同，即和（1）的相同。

　　（3）通道0的自动应答，必须；

　　（4）使能通道0的接收地址，必须；

　　（5）最大重发间隔时间至少设置为500us，最大重发次数1~15；

　　参考手册：ARD=500µs will be long enough for any payload length.

　　（6）设置通信频率，取值为0~125，取值50，即NEF模块的射频频率为2.450GHz；

　　参考手册：

　　上文大概意思是：可以通过给寄存器RF_CH这个寄存器写入参数0~125，使得NRF模块射频通道的通信频率在2.400GHz~2.525GHz范围内，射频信道的频率分辨率为1MHz，为了防止信道发生重叠，不同信道之间的射频频率相差至少2MHz， 射频信道的频率由下列公式计算：

　　F = 2400 + rf_ch ［MHz］

　　为了能够彼此通信，发射机和接收机的射频信道的频率必须相同，即寄存器RF_CH设置一致。

　　（7）设置发射参数，具体参考手册寄存器部分；

　　（8）清除发送和接收缓冲区，如果不进行清除，测试可用；

　　（9）配置中断和CRC校验等，CRC校验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；

　　参考手册SPI指令部分：

　　从手册中可以看到，使用ACTIVE（0x50）指令并写入数据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）状态，使用 R_RX_PL_WID指令可以得到接收到的数据长度；W_ACK_PAYLOAD 指令仅用于主接收设备，存储将要和ACK一起返回的数据，PPP的取值范围为000~101，表示0~6六个数据通道，所以W_ACK_PAYLOAD 指令的取值范围为0xa8~0xad，分别表示0~6六个通道，具体使用在主接收部分讲解。

　　（11）操作寄存器DYNPD使能通道0的动态数据长度；

　　ACK带数据返回功能必须使用动态数据长度，详见静态和动态数据长度介绍部分。

　　（12）置位寄存器 FEATURE寄存器里的 EN_DPL 和 EN_ACK_PAY状态位；

　　从下面的参考手册可以得知，要想使能通道0的动态数据长度，还需要使能EN_DPL位；

　　置位 EN_ACK_PAY状态位的目的是使能ACK带数据返回功能。

　　参考手册寄存器部分：

　　（13）进入发送模式。

　　// 函数名 ： void NRF_Tx_Dat（u8 *txbuf ， u8 datlen）

　　// 功能 ：发送数据

　　// 输入参数： txbuf（需要发送的数据包），datlen（数据长度）

　　// 返回参数： 无

　　void NRF_Tx_Dat（u8 *txbuf ， u8 datlen）

　　{

　　// CE拉低，将数据写入缓冲区

　　NRF_CE_LOW（）;

　　// 写数据到TX BUF 最大32个字节 （14）

　　SPI_NRF_WriteBuf（WR_TX_PLOAD，txbuf，datlen）;

　　// CE为高，发送数据包（15）

　　NRF_CE_HIGH（）;

　　}

　　（14）使用W_TX_PAYLOAD指令将要发送的数据写入发送缓冲区；

　　（15）CE置高10us后，主发送设备开始发送数据；

　　// 函数名 ： void Nrf_Check_Event（u8 *rxbuf）

　　// 功能 ：接收ACK返回的数据，并清除相应中断标志位

　　// 输入参数： txbuf（需要发送的数据包），datlen（数据长度）

　　// 返回参数： 无

　　注：此函数在主程序中每隔2ms执行一次，检测是否接收到和ACK一起返回的数据

　　void Nrf_Check_Event（u8 *rxbuf）

　　{

　　//得到中断标志位（16）

　　u8 sta = SPI_NRF_ReadReg（NRF_READ_REG + STATUS）;

　　if（sta & RX_DR）

　　{

　　//得到数据长度（17）

　　u8 rx_len = SPI_NRF_ReadReg（R_RX_PL_WID）;

　　if（rx_len《33）

　　{

　　// 接收返回数据

　　SPI_NRF_ReadBuf（RD_RX_PLOAD，rxbuf，rx_len）;

　　// 解析收到数据

　　Data_Receive_Anl（rxbuf，rx_len）;

　　}

　　else

　　{

　　// 清空接收缓冲区

　　SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_RX，0xff）;

　　}

　　}

　　if（sta & TX_DS）

　　{

　　}

　　if（sta & MAX_RT）

　　{

　　if（sta & 0x01）

　　{

　　// 清空发送缓冲区

　　SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_TX，0xff）;

　　}

　　}

　　// 清除中断标志位（18）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG + STATUS， sta）;

　　}

　　（16）初始化过程中使能了发送成功、接收成功、达到最大重发次数中断，此处目的是得到中断标志位，从而执行相应的操作；

　　（17）从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数据的长度；

　　（18）中断标志位必须清除。

　　3、主接收设备的配置过程解析

　　//函数名 ： void NRF_RX_Mode（void）

　　//功能 ： 初始化NRF2401+模块为发送模式

　　//输入参数： 无

　　//返回参数： 无

　　void NRF_RX_Mode（void）

　　{

　　NRF_CE_LOW（）;

　　//写TX节点地址（1）

　　// SPI_NRF_WriteBuf（NRF_WRITE_REG+TX_ADDR，TX_ADDRESS，TX_ADR_WIDTH）;

　　//写RX节点地址（2）

　　SPI_NRF_WriteBuf（NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS，RX_ADR_WIDTH）;

　　//使能通道0的自动应答（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）;

　　//设置RF通信频率（5）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RF_CH，50）;

　　//设置自动重发间隔时间：500us;最大自动重发次数：10次（6）

　　// SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+SETUP_RETR，0x1a）;

　　//选择通道0的有效数据宽度（静态数据长度需要配置，动态数据长度不需要配置）（7）

　　//SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RX_PW_P0，RX_PLOAD_WIDTH）;

　　//设置RX发射参数，0db增益，2Mbps，低噪声增益开启（8）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+RF_SETUP，0x0f）;

　　SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_TX，0xff）;

　　SPI_NRF_WriteReg（FLUSH_RX，0xff）;

　　// IRQ收发完成中断开启，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）;

　　//使能动态数据长度（11）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+0x1c，0x01）;

　　//使能ACK带数据返回功能 （12）

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG+0x1d，0x06）;

　　//CE拉高，进入接收模式（13）

　　NRF_CE_HIGH（）;

　　}

　　（1）寄存器TX_ADDR “ Used for a PTX device only”，即用于主发送设备，主接收设备配置这个寄存器不起作用；

　　（2）配置主接收设备的接收数据节点地址，必须和主发送设备的发送端节点数据地址相同，否则接收不到数据；

　　（3）使能通道0的自动应答，因为主发送设备通过通道0进行数据发送；

　　从手册中可以看到，如果使能ACK，则需要使能相应通道的自动应答；

　　参考手册部分：

　　（４）使能通道０的接收地址，目的是能接受数据；

　　（５）取值50，即NEF主接收模块的射频频率为2.450GHz；

　　主发送模块的射频频率必须和主接收模块的射频频率相同；

　　详见主发送部分介绍；

　　（6）设置”最大重发次数“和”自动重发延时“；

　　如手册所示，只应用于主发送端，主接收端不需要配置；

　　所谓“自动重发”是指，当发送端在特定的时间内没有接收到返回的ACK时，则重新发送刚才的数据，直到达到最大重发次数；

　　参考手册部分：

　　（7）配置接收数据长度；

　　只有静态数据长度模式下需要配置，动态数据长度模式下不需要配置；

　　参考手册部分：

　　通过手册可知，在增强型ShockBurst 模式下，传输数据长度（最大32字节）有静态和动态两种模式，所谓静态指每次发送的数据长度固定，所谓动态是指每次发送的数据可随意长度，但是在ACK带数据返回模式下，只能使用动态数据长度。

　　静态数据长度模式下，主接收端可通过配置RX_PW_P0寄存器，设置接收数据长度，接收数据长度必须和发送端发送的数据长度相等；

　　动态数据长度模式下，接收端（无论是主接收端还是主发送端处于接受模式时）可以使用用R_RX_PL_WID（0110 0000）指令得到接收数据长度；

　　为了使能动态数据长度模式，FEATURE寄存器中的EN_DPL位必须置位（无论主发送端还是主接收端），同时主发送端的寄存器DYNPD中的位DPL_P0必须置位，主接收端寄存器DYNPD中的位DPL_PX必须置位（用到哪个通道置位哪个通道）。

　　（8）参数配置，必须和主发送设备一致，详见手册；

　　（9）基本配置；

　　必须和主发送端设置一致；

　　（10）（11）（12）详见主发送端配置说明；

　　（13）CE置高130us后，主接收设备开始检测是否有数据需要接收；

　　//函数名 ： void NRF_Tx_Dat_AP（u8 * tx_buf， u8 len）

　　//功能 ： ACK带数据返回函数

　　//输入参数： tx_buf（发送数据包），len（数据长度）

　　//返回参数： 无

　　void NRF_Tx_Dat_AP（u8 * tx_buf， u8 len）

　　{

　　// CE拉低，将数据写入缓冲区

　　NRF_CE_LOW（）;

　　// 写数据到TX BUF 最大32个字节（14）

　　SPI_NRF_WriteBuf（0xa8， tx_buf， len）;

　　// CE为高，发送数据包

　　NRF_CE_HIGH（）;

　　}

　　（14）ACK带数据返回时，使用W_ACK_PAYLOAD（10101PPP）指令存储将要返回的数据，PPP表示通道0~5，取值为001~101；如果同时有六个设备（主发送）与一个设备（主接收）进行通信，则0xac表示接收端此时使用的是第4通道带数据返回；

　　// 函数名 ： u8 Nrf_Check_Event（u8 *rxbuf）

　　// 功能 ：接收数据，并清除相应中断标志位

　　// 输入参数： txbuf（接收的数据包），datlen（数据长度）

　　// 返回参数： sta （中断标志位）

　　u8 Nrf_Check_Event（u8 *rxbuf）

　　{

　　u8 sta = 0;

　　sta = SPI_NRF_ReadReg（STATUS）;

　　if（sta & RX_DR）//接收中断

　　{

　　//得到数据长度

　　u8 rx_len = SPI_NRF_ReadReg（R_RX_PL_WID）;

　　//读取数据

　　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）;

　　}

　　}

　　// 清除中断标志位

　　SPI_NRF_WriteReg（NRF_WRITE_REG + STATUS， sta）;

　　return sta;

　　}

　　三、增强型ShockBurst™模式下多机通信：

　　这部分主要介绍一下多机通信，即一个主接收设备与六个主发送设备进行通信，当然大多数情况下，我们用不到这个，这部分的主要目的理解接收数据地址和发送数据地址之间的关系。

　　参考手册部分：

　　这部分主要提到多机通信的过程中，所有设备的如下设置要一致：

　　~CRC使能；

　　~CRC配置（8位或16位）；

　　~接收数据地址宽度；

　　~RF_CH配置相同，即射频频率需要配置一致；

　　~无线数据传输速率；

　　~低噪声放大器增益；

　　置位寄存器EN_RXADDR相应位可以使能相应的数据通道，数据通道地址可以通过RX_ADDR_PX寄存器来进行配置；

　　参考手册部分：