51单片机使用NRF24L01进行2.4G无线通信

本文并不打算详细介绍NRF24L01的各个功能寄存器及指令的详细用法，因为网上都可以搜到很多非常详细的教程文档，这里只是介绍一些基本概念、用法以及代码的解释，旨在帮助新手能够快速上手调通快速使用。

基础概念

该模块使用的是SPI协议，SPI协议的具体内容可以参考我的上一篇博文（https://www.chengpei.top/archives/spi-xie-yi-jian-jie），当然不太了解SPI协议的具体内容也没关系，后面的实现代码里已经封装了现成的SPI协议收发数据逻辑。SPI协议只是定义了mcu和NRF24L01模块之间的通信方法，模块的具体使用方法还得看它本身定义的指令以及寄存器的配置。

指令

指令是定义的一些模块可以执行的动作，比如：读寄存器、写寄存器、写数据到空中等等

所有的指令在源码头文件中有定义：

// SPI(nRF24L01) commands
#define READ_REG    0x00  // Define read command to register
#define WRITE_REG   0x20  // Define write command to register
#define RD_RX_PLOAD 0x61  // Define RX payload register address
#define WR_TX_PLOAD 0xA0  // Define TX payload register address
#define FLUSH_TX    0xE1  // Define flush TX register command
#define FLUSH_RX    0xE2  // Define flush RX register command
#define REUSE_TX_PL 0xE3  // Define reuse TX payload register command
#define NOP         0xFF  // Define No Operation, might be used to read status register

寄存器

相当于模块中的配置项，可以通过发送指令及内容修改读取模块中的寄存器值，来完成对模块的功能配置

所有的寄存器地址在源码头文件中有定义：

// SPI(nRF24L01) registers(addresses)
#define CONFIG      0x00  // 'Config' register address
#define EN_AA       0x01  // 'Enable Auto Acknowledgment' register address
#define EN_RXADDR   0x02  // 'Enabled RX addresses' register address
#define SETUP_AW    0x03  // 'Setup address width' register address
#define SETUP_RETR  0x04  // 'Setup Auto. Retrans' register address
#define RF_CH       0x05  // 'RF channel' register address
#define RF_SETUP    0x06  // 'RF setup' register address
#define STATUS      0x07  // 'Status' register address
#define OBSERVE_TX  0x08  // 'Observe TX' register address
#define CD          0x09  // 'Carrier Detect' register address
#define RX_ADDR_P0  0x0A  // 'RX address pipe0' register address
#define RX_ADDR_P1  0x0B  // 'RX address pipe1' register address
#define RX_ADDR_P2  0x0C  // 'RX address pipe2' register address
#define RX_ADDR_P3  0x0D  // 'RX address pipe3' register address
#define RX_ADDR_P4  0x0E  // 'RX address pipe4' register address
#define RX_ADDR_P5  0x0F  // 'RX address pipe5' register address
#define TX_ADDR     0x10  // 'TX address' register address
#define RX_PW_P0    0x11  // 'RX payload width, pipe0' register address
#define RX_PW_P1    0x12  // 'RX payload width, pipe1' register address
#define RX_PW_P2    0x13  // 'RX payload width, pipe2' register address
#define RX_PW_P3    0x14  // 'RX payload width, pipe3' register address
#define RX_PW_P4    0x15  // 'RX payload width, pipe4' register address
#define RX_PW_P5    0x16  // 'RX payload width, pipe5' register address
#define FIFO_STATUS 0x17  // 'FIFO Status Register' register address

引脚定义

模块有8个引脚，定义如下：

CSN：芯片的片选线，CSN 为低电平芯片工作。

SCK：芯片控制的时钟线（SPI 时钟）

MISO：芯片控制数据线（Master input slave output）

MOSI：芯片控制数据线（Master output slave input）

IRQ：中断信号。无线通信过程中 MCU 主要是通过 IRQ 与 NRF24L01 进行通信。

CE：芯片的模式控制线。在 CSN 为低的情况下，CE 协同 NRF24L01 的 CONFIG 寄存器共同决定 NRF24L01 的状态（参照 NRF24L01 的状态机）

VCC：供电

GND：接地

前4个引脚是SPI协议的引脚，测试代码是基于51单片机的硬件连接方式

// Define SPI pins
sbit CE   = P1^3;  // Chip Enable pin signal (output)
sbit CSN  = P1^4;  // Slave Select pin, (output to CSN, nRF24L01)
sbit IRQ  = P3^3;  // Interrupt signal, from nRF24L01 (input)
sbit MISO = P1^6;  // Master In, Slave Out pin (input)
sbit MOSI = P1^5;  // Serial Clock pin, (output)
sbit SCK  = P1^7;  // Master Out, Slave In pin (output)

关键函数

SPI读写函数

该函数使用代码模拟的SPI通信协议，传入一个字节，函数会将该字节循环输出到MOSI，并且从MISO读取一个字节返回

uchar SPI_RW(uchar byte)
{
    uchar i;
    for(i=0; i<8; i++)          // 循环8次
    {
       MOSI = (byte & 0x80);   // byte最高位输出到MOSI
       byte <<= 1;             // 低一位移位到最高位
       SCK = 1;                // 拉高SCK，nRF24L01从MOSI读入1位数据，同时从MISO输出1位数据
       byte |= MISO;          // 读MISO到byte最低位
       SCK = 0;               // SCK置低
    }
    return(byte);               // 返回读出的一字节
}

写寄存器

该函数是给指定寄存器写入数据，第一个参数是写指令+寄存器地址，第二个参数是一个字节的值

uchar SPI_RW_Reg(uchar reg, uchar value)
{
    uchar status;
    CSN = 0;                   // CSN置低，开始传输数据
    status = SPI_RW(reg);      // 选择寄存器，同时返回状态字
    SPI_RW(value);             // 然后写数据到该寄存器
    CSN = 1;                   // CSN拉高，结束数据传输
    return(status);            // 返回状态寄存器
}

写多个字节到寄存器

其实就是写寄存器函数的多字节版本，通过调用循环调用SPI_RW实现多字节的写入，第一个参数是写指令+寄存器地址，第二个参数是字节数组，第三个参数是写入长度

uchar SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar * pBuf, uchar bytes)
{
    uchar status, i;
    CSN = 0;                    // CSN置低，开始传输数据
    status = SPI_RW(reg);       // 选择寄存器，同时返回状态字
    for(i=0; i<bytes; i++)
        SPI_RW(pBuf[i]);        // 逐个字节写入nRF24L01
    CSN = 1;                    // CSN拉高，结束数据传输
    return(status);             // 返回状态寄存器
}

设置为接收模式

该函数是设置模块为接收模式

void RX_Mode(void)
{
    CE = 0;
    SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);  // 接收设备接收通道0使用和发送设备相同的发送地址
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01);               // 使能接收通道0自动应答
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01);           // 使能接收通道0
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40);                 // NRF24L01使用文档.pdf选择射频通道0x40
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, TX_PLOAD_WIDTH);  // 接收通道0选择和发送通道相同有效数据宽度
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x0f);            // 数据传输率1Mbps，发射功率0dBm，低噪声放大器增益
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0f);              // CRC使能，16位CRC校验，上电，接收模式
    CE = 1;                                            // 拉高CE启动接收设备
}

设置发送模式

该函数设置模块为发送模式，并且发送数据

void TX_Mode(uchar * BUF)
{
    CE = 0;
    SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);     // 写入发送地址
    SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);  // 为了应答接收设备，接收通道0地址和发送地址相同
    SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, BUF, TX_PLOAD_WIDTH);                  // 写数据包到TX FIFO
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01);       // 使能接收通道0自动应答
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01);   // 使能接收通道0
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + SETUP_RETR, 0x1a);  // 自动重发延时等待250us+86us，自动重发10次
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40);         // 选择射频通道0x40
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x0f);    // 数据传输率1Mbps，发射功率0dBm，低噪声放大器增益
    SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e);      // CRC使能，16位CRC校验，上电
    CE = 1;
}

设置接收/发送模式的流程也可以参考下模块的使用文档的七八两页，文档可以去我的博客页下载：https://www.chengpei.top/archives/51-nrf24l01

完整的示例代码主要逻辑是初始化，设置为接收模式，循环读状态寄存器判断是否可读，读出数据到读缓冲区，如果按钮P3^5被按下，则设置发送模式发送0x31，然后切回接收模式，如果你有两套51单片机加NRF24L01可以烧录进去进行读写测试

完整代码：https://github.com/chengpei/2.4g-51-test