基于nRF24L01的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

1、基于nrf24l01的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1 nrf24l01芯片的介紹nrf24l01是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5 ghz ism頻段。工作電壓為1.93.6 v，有多達(dá)125個(gè)頻道可供選擇?？赏ㄟ^spi寫入數(shù)據(jù)，最高可達(dá)10 mbs，數(shù)據(jù)傳輸率最快可達(dá)2 mbs，并且有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能。和上一代nrf2401相比，nrf2401數(shù)據(jù)傳輸率更快，數(shù)據(jù)寫入速度更高，內(nèi)嵌的功能更完備。芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融進(jìn)了增強(qiáng)式shockburst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-6 dbm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有

2、9 ma，接收時(shí)工作電流只有12.3 ma，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。1.1 nrf24l01引腳介紹芯片引腳排列見圖1。各引腳具體功能如下：ce為發(fā)射和接收的使能端；csn為spi的使能端；sck為spi時(shí)鐘輸入；mosi為spi數(shù)據(jù)主輸從人端；miso為spi數(shù)據(jù)主人從輸端；irq為中斷輸出；vdd為電源端，接3 v直流電源；vss為參考接地端；xc1，xc2為晶振端；vdd_pa給功率放大器供電1.8 v；ant1，ant2為天線接口端；iref為參考電流端。1.2 nrf24l01的指令結(jié)構(gòu)nrf24l01所有的配置字都由配置寄存器來定義，這些配置寄存器

3、可通過spi口訪問。1.2.1 spi接口設(shè)置spi接口由sck，mosi，miso及csn組成。(1)在配置模式下單片機(jī)通過spi接口配置nrf24l01的工作參數(shù)。(2)在發(fā)射或接收模式下單片機(jī)spi接口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。和spi接口的指令共有8個(gè)，使用每個(gè)指令時(shí)必須使csn變低，用完后將其變高。單片機(jī)的控制指令從nrf24l01的mosi引腳輸入，而nrf24l01的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)信息是從其miso引腳輸出并送給單片機(jī)的。利用spi傳數(shù)時(shí)，他是先傳低位字節(jié)，再傳高位字節(jié)，并且在傳每個(gè)字節(jié)時(shí)是從高位字節(jié)傳起的。指令分別是；讀寄存器指令，格式是000a aaaa；寫寄存器指令，格式是001aa

4、aaa(a aaaa代表寄存器在內(nèi)存中的地址；讀payload指令；寫payload指令；清發(fā)射堆棧指令；清接收堆棧指令；發(fā)射數(shù)據(jù)再利用；空操作。1.2.2 中斷 當(dāng)nrf24l01的中斷源(tx_ds，rx_dr，max_rt)被置高時(shí)(tx_ds為發(fā)送成功標(biāo)志位，rx_dr為接收數(shù)據(jù)成功標(biāo)志位，max_rt為自動(dòng)重發(fā)超上限標(biāo)志位)，就會(huì)使irq引腳置低?？梢韵驙顟B(tài)寄存器寫1來清這些中斷標(biāo)志位。通過設(shè)置config寄存器的某些位來屏蔽掉這些中斷源，默認(rèn)情況下，這三個(gè)中斷源都是允許的。1.2.3 內(nèi)存區(qū)下面介紹nrf24l01的內(nèi)存區(qū)，一共24個(gè)寄存器，以下選取幾個(gè)重要的加以介紹。0號(hào)寄存器：

5、第7位是保留位；第6位到第4位分別是tx_ds，rx_dr，max_rt屏蔽位，置高能屏蔽相應(yīng)的中斷源；第3位是crc使能位；第2位是選擇crc長度；第1位是pwr_up位，高電平為使芯片上電；第0位是發(fā)射、接收選擇位，高電平是發(fā)射，低電平是接收。1號(hào)寄存器：第7和第6位是保留位，第5到第0位是使能通道5到通道0的自動(dòng)應(yīng)答，高電平有效。2號(hào)寄存器：第7和第6位是保留位，第5到第0位是使能接收通道地址5到地址0，高電平有效。4號(hào)寄存器：第7位到第4位是設(shè)置自動(dòng)重發(fā)的時(shí)間，第3位到第0位是設(shè)置自動(dòng)重發(fā)的次數(shù)。7號(hào)寄存器是狀態(tài)寄存器，第7位是保留位，第6位是rx_dr位(1：接收堆棧中有了數(shù)據(jù))，第

6、5位是tx_ds位(1：數(shù)據(jù)成功發(fā)送到接收方)，第4位是max_rt位(1：達(dá)到重發(fā)射上限，產(chǎn)生超時(shí)中斷)，第3到第1位是標(biāo)志哪個(gè)通道接收數(shù)據(jù)，第0位是發(fā)射堆棧狀態(tài)位。1.3 nrf24l01的功能描述nrf24l01可以通過設(shè)置ce和狀態(tài)寄存器來選擇他的工作狀態(tài)，如表1所示。配置為發(fā)射模式的nrf24l01將會(huì)利用增強(qiáng)式shockburst技術(shù)來發(fā)射數(shù)據(jù)包。發(fā)送設(shè)備在發(fā)完數(shù)據(jù)后將自動(dòng)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)來等待接收方的應(yīng)答信號(hào)。若發(fā)送設(shè)備未接收到應(yīng)答信號(hào)，他將自動(dòng)重發(fā)這包數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)開啟的情況下)直到接收這包數(shù)據(jù)或者重發(fā)次數(shù)超過了在寄存器setup_retr_arc設(shè)置的所允許的最大重發(fā)次數(shù)。如果是

7、第二種情況，他將在status寄存器里的max_rt位反映出來，并且給出中斷。當(dāng)nrf24l01收到應(yīng)答信號(hào)時(shí)，他將認(rèn)為該包數(shù)據(jù)成功發(fā)送到接收方，并把這包數(shù)據(jù)從發(fā)射堆棧中清除，同時(shí)irq變低，status寄存器里的中斷標(biāo)志位tx_ds置高。用增強(qiáng)式shockburst技術(shù)來發(fā)射數(shù)據(jù)可以有以下好處：極大地降低了電流損耗；系統(tǒng)開銷低；極大地降低了數(shù)據(jù)在空氣中的碰撞率。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用的單片機(jī)是pic16f877，將單片機(jī)的portc的05配置成通用io引腳，分別與nrf24l01的irq，ce，csn，sck，mosi，miso連接，控制nrf24l01的工作方式，采用單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的spi接口。系統(tǒng)上電時(shí)，pic16f877首先對nrf24l01進(jìn)行寫配置寄存器操作，然后使nrf24l01進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入nrf24l01，激活無線發(fā)射。然后檢測nrf24l01的irq引腳，由于關(guān)閉了自動(dòng)重發(fā)射功能，因此如果引腳電平變低，即說明產(chǎn)生發(fā)送成功中斷，數(shù)據(jù)發(fā)送成功，然后從接收端讀出數(shù)據(jù)即可。2.2軟件設(shè)計(jì)程序流程圖如圖3所示。程序編程的基本思路是，系統(tǒng)上電首先配置nrf24l01的寄存器，本系統(tǒng)只對其中幾個(gè)寄存器進(jìn)行了重新配置，關(guān)閉自動(dòng)重發(fā)射功能是想對發(fā)送失敗次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其他的均采用默認(rèn)值，如：通信速率2