nRF24L01点对点跳频技术应用

nRF24L01点对点跳频技术应用（转载）分类：技术应用关键字：nRF24L01；射频；无线通信；跳频1nRF24L01概述nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz～2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。nRF24L01主要特性如下：GFSK调制：硬件集成OSI链路层;具有自动应答和自动再发射功能;片内自动生成报头和CRC校验码;数据传输率为lMb/s或2Mb/s;SPI速率为0Mb/s～10Mb/s;125个频道：与其他nRF24系列射频器件相兼容;QFN20引脚4mm×4mm封装;供电电压为1.9V～3.6V。2引脚功能及描述nRF24L01的封装及引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：图（1）CE：使能发射或接收;CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01：IRQ：中断标志位;VDD：电源输入端;VSS：电源地：XC2，XC1：晶体振荡器引脚;VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8V;ANT1,ANT2：天线接口;IREF：参考电流输入。3工作模式通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表1所示。模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态接收模式111-发射模式101数据在TXFIFO寄存器中发射模式101→0停留在发送模式，直至数据发送完待机模式2101TXFIFO为空待机模式11-0无数据传输掉电0---表（1）待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的;待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此没收;待机模式下，所有配置字仍然保留。在掉电模式下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。4工作原理发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据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在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs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（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TXFIFO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)达到上限，MAX_RT置高，TXFIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式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，则进入空闲模式2。接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs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RXFIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，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。5配置字SPI口为同步串行通信接口，最大传输速率为10Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。但针对单个字节而言，要先送高位再送低位。与SPI相关的指令共有8个，使用时这些控制指令由nRF24L01的MOSI输入。相应的状态和数据信息是从MISO输出给MCU。nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过SPI口访问。nRF24L01的配置寄存器共有25个，常用的配置寄存器如表2所示。地址（H）寄存器名称功能00CONFIG设置24L01工作模式01EN_AA设置接收通道及自动应答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW设置地址宽度04SETUP_RETR设置自动重发数据时间和次数07STATUS状态寄存器，用来判定工作状态0A~0FRX_ADDR_P0~P5设置接收通道地址10TX_ADDR设置接收接点地址11~16RX_PW_P0~P5设置接收通道的有效数据宽度表（2）6nRF24L01应用原理框图图（2）7跳频功能实现由于2.4G频段没有使用授权限制，目前家用电器、手机、无线网络都集中在此频段，干扰问题难以避免。如何避开在家庭市场中易与其它无线传输间（Bluetooth、HomeRF）发生干扰成了首要解决的问题。跳频技术(Frequency-HoppingSpreadSpectrum；FHSS)是在2.4GHz频带以一定的频宽将其划分为若干个无线电频率信道（RadioFrequencyChannel；RFC），并且以使用接收和发送两端一样的频率跳跃模式（FrequencyHopping）来接发讯号及防止数据撷取。其工作原理是，收发双方传输信号的载波按照预定规律进行离散变化。以达到避开干扰，完成传输。简单的说，FHSS不是抑制干扰而是容忍干扰。图3是跳频实现的流程图。上电初使化单片机配置24L01为发射模式写数据并开启发送是否收到应答信号？向串口传送数据结束切换到下个频率发送在两秒内都没有收到应答信号？否是接收端已关机或者信号干扰严重是否收到应答信号？是否上电初使化单片机配置24L01为接收模式检测载波信号存在当前频点的载波信号？结束是正确的数据包？否否跳到下一个频率跳频发射流程图跳频接收流程图图（3）8结束语nRF24L01整体性能良好，使用方便。跳频功能的应该很好的解决了无线传输干扰问题，实际应用测试效果良好。