NRF24L01无线串口开发板程序详解

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NRF24L01无线串口

1.源程序开发环境建立

1.1程序编译软件

编译软件用keil C51，打开安装文件，一路点击下一步即可完成。

1.2程序下载软件

使用STC ISP下载软件。

2.源程序文件整体结构

工程中，只有一个main.c文件，所有程序都写在这个文件里面。Reg51.h是包含的头文件。是不是非常简单！

无线串口源文件

3.源程序执行流程

无线串口执行流程

无线数据处理程序：

无线数据处理程序

串口数据处理程序：

串口数据执行程序

4.串口配置函数

void serial_open(void)
{
?? ?SCON = 0X50;
?? ?AUXR |= 0X04;
?? ?TL2 = 0Xc0; // 9600
?? ?TH2 = 0Xfd;
?? ?AUXR|=0X10;
}

此串口配置函数，利用单片机内部的定时器2作为波特率发生器。共用到4个寄存器：SCON AUXR TL2 TH2

SCON寄存器

SM0和SM1的位决定串口工作的4种方式：

串口工作方式

程序中，SCON=0X50，即SM0=0 SM1=1，即串口工作在“方式1”；REN=1，允许串口接收数据。

 

TL2和TH2是定时器2的高位和低位寄存器。

AUXR寄存器

T2X12位

T2R位

程序中，首先AUXR|=0X40，最后AUXR|=0X10。即首先把T2x12置1，然后把T2R置1。即首先把定时器2设置为1T模式，然后把定时器打开。

5.串口发送数据函数

void senddata(uchar data_buf)
{
?? ?SBUF = data_buf;
?? ?while(!TI);
?? ?TI = 0;
}

用到了寄存器SBUF和寄存器SCON中的TI位。

SBUF寄存器是串口收发数据缓存寄存器，放到这个寄存器中的数据，会通过串口发送出去，接收到的串口数据，也会放到这个寄存器中。也就是串口接收和发送都是使用这个寄存器。

程序中，SBUF=data_buf，就是把data_buf给了SBUF，单片机自动把SBUF里面的数据发送到串口。TI是串口发送数据完成标志位，当串口发送完一个数据，此位置1，置位后，需要通过软件清0。所以通过while(!TI)，来检测TI位，达到检测串口是否发送完数据的目的。当TI为0，程序会停留在while(!TI)，不断检测；当TI=1，while括号里面的条件=0，退出while，程序向下执行。TI=0，把TI清0。

6.串口接收数据函数

bit WaitComm()
{?? ? 
?? ?unsigned int i=0;
?? ?unsigned char j=0;
?? ??? ?
?? ?if(RI)
? {
?? ??? ?rece_buf[++j]=SBUF;?? ? 
?? ??? ?RI=0;
?? ??? ?while(i<1000) 
?? ??? ?{
?? ??? ?? if(RI)
?? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ?? rece_buf[++j]=SBUF;
?? ??? ??? ??? ?RI = 0;
?? ??? ??? ??? ?i=0;?? ?
?? ??? ??? ?}
?? ??? ??? ?i++;
?? ??? ?}
?? ??? ?rece_buf[0] = j;?? ??? ?
?? ??? ?return 0;?? ??? ? 
?? ?}
?? ?else
?? ?{
?? ??? ?return 1;?? ??? ? ?
?? ?}
}

程序中，用到了SBUF寄存器和SCON寄存器中的RI位。

串口接收到数据，RI位置1，所以，通过判断RI位，就可以判断是否接收到串口数据：if(RI)，就是if(RI==1)的省略形式，因为if括号里面要的是逻辑真假，即0和1，所以可以省略。

程序中i和j用作计数器。i用来规定此次串口接收数据所用的时间，这个时间就是个大概值；j用来计数此次串口一共接收到了多少个字节。

程序中，通过rece_buf[0]=j把一共接收到多少个字节存储到rece_buf中的第一个字节，通过rece_buf[++i]=SBUF把接收到的数据从rece_buf数据的第二个字节依次放进去。

程序有返回值，如果返回0，表示接收到数据，如果返回1，表示没有接收到数据。

 

7.SPI初始化配置函数

void SPI_Init(void)
{
?? ?SPSTAT |= 0XC0; 
?? ?SPCTL = 0XD0; 
}

我们用的这款51单片机STC15W404AS内部有SPI通信模块。

引脚配置如下图所示：（红色方框中的引脚）

STC15W404AS

SS是片选引脚，也可以叫做使能引脚，也可以叫做从机选择引脚；

MOSI是主机输出从机输入引脚；

MISO是主机输入从机输出引脚；

SCLK是通信时钟引脚。

在我们的应用中，单片机是主机，从机是NRF24L01芯片。

程序中，用到了2个寄存器：SPSTAT和SPCTL。

SPSTAT寄存器

这个寄存器的bit6和bit7是有效位，具体定义看上图。程序中，SPSTAT|=0XC0，即向寄存器的bit6和bit7写1，由上图定义知，我们在清这两个位，目的是不要让这两个位影响SPI通信。

SPCTL寄存器

程序中，SPCTL=0xD0，即SSIG=1 SPEN=1 MSTR=1，剩下的位=0。

SPI时钟频率选择

因为程序中，SPR1 SPR0位为0，所以选择了CPU_CLK/4的时钟，因为我们源程序规定的主频是22.1184MHz主频，所以SPI速率就是22.1184/4=5.5296MHz，NRF24L01芯片规定的SPI通信速率最大是10MHz，所以符合通信的要求。

CPOL-CPHA

这两个位的值是由NRF24L01的通信时序决定的。NRF24L01的时序图如下所示：

NRF24L01-SPI时序

由NRF24L01的时序图得知，SCK时钟引脚在空闲时应该是低电平，所以CPOL=0。

还可以看出来，数据是由前时钟沿采样，所以CPHA=0。

把时序图放大，看其中一部分，如下图：

NRF24L01时序高位在前

DORD位

由NRF24L01的时序图和RORD位的定义可知，数据的高位先发送，低位后发送，所以RORD=0。

SPI主从选择表格

我们选择的SPI口为主机模式，把P1.2/SS引脚当做普通IO口使用，通过拉低P1.2引脚来选择NRF24L01。

 

8.SPI数据收发函数

uchar SPI_RW(uchar tr_data)
{
 uchar i=0;
 
 SPSTAT |= 0Xc0; 
 SPDAT=tr_data;
 while(((SPSTAT&0X80)!=0X80)&&(i<20))
 {
 i++;
 delay_ms(1);
 }
 return SPDAT;
}

SPI是双工通信，接收一个数据的同时，就要发送一个数据，发送一个数据的同时，就要接收一个数据。

SPDAT是SPI数据寄存器，接收和发送的数据都放到这里面。

程序里面，先把状态寄存器的位清0，然后把要发送的数据给了SPDAT，然后通过观察SPI状态寄存器看是否发送完数据，最后把接收到的SPI数据返回。

为了防止发送数据过程出错使得程序死在while循环，所以用i和delay_ms(1)配合，当20ms还没有发送完数据，就跳出while循环。

 

9.无线芯片配置函数

void NRF24L01_RT_Init(void)
{?? ?
?? ?NRF_CE=0;?? ??? ? ?
? ? NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);
?? ?NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff);
? ? NRF24L01_Write_Buf(WRITE_REG+TX_ADDR,(uchar*)TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);
? ? NRF24L01_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(uchar*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH); ? ?
? ? NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+EN_AA,0x01);???? ?
? ? NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01); 
? ? NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+SETUP_RETR,0x1a);
? ? NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_CH,125);? 
? ? NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x07); 
? ? NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+CONFIG,0x0f);? 
?? ?NRF_CE=1;? 
}

配置函数里面，都是用NRF24L01_Write_Reg()函数实现的。

每条语句有什么用，详见源程序后面的注释。

我们在应用中，需要修改的地方有：通信频道，通信地址，通信速率。

通信频道修改RF_CH，这个值的范围是0~125，一共126个频道。

NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_CH,40);

通信地址修改程序中的地址数组里面的数据

const uchar TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x68,0x86,0x66,0x88,0x28};
const uchar RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x68,0x86,0x66,0x88,0x28};

通信速率可以改为3种：2M 1M 250K

NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);

下图是SI24R1的RF_SETUP寄存器定义：

SI24R1_RF_SETUP

下图是NRF24L01+的RF_SETUP寄存器定义：

NRF24L01_RF_SETUP

NRF24L01_RF_SETUP2

SI24R1和NRF24L01芯片的不同之处就是这个寄存器中的TX发射功率配置。SI24R1最大功率7dBm，NFR24L01最大发射功率0dBm。所以SI24R1要比NRF24L01发射的距离更远。此外，通信的速率越小，发射的距离也越大，所以，在250K的速率下，配置为最大TX发射功率时，传输距离越远。

下面，我给大家列出最大发射功率下3种传输速率的配置，方便大家使用：

 NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f); // 2M速率
 NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x07); //1M速率
 NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x27); // 250K速率

要保证两个芯片通信，需要满足的条件：

  • 发射接收数据宽度相同（最大32个字节）
  • 发射接收地址相同（5个8位地址）
  • 发射接收频道相同（0~125）
  • 发射接收速率相同（2M 1M 250K）

10.无线发送数据函数

uchar NRF24L01_TxPacket(uchar *txbuf)
{
?? ?uchar state;
? ?
?? ?NRF_CE=0;
? ?? ?NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,txbuf,TX_PLOAD_WIDTH);
??? ?NRF_CE=1;//CE??????????·????? ?? ?
?? ?while(NRF_IRQ==1);//????·????ê??
?? ?state=NRF24L01_Read_Reg(STATUS);? ?? ?
?? ?NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+STATUS,state); 
?? ?if(state&MAX_TX)//????×??ó??·?????
?? ?{
?? ??? ?NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff);
?? ??? ?return MAX_TX; 
?? ?}
?? ?if(state&TX_OK)
?? ?{
?? ??? ?return TX_OK;
?? ?}
?? ?return 0xff;
}

函数的参数txbuf是要发送的数据数组，一次最多发送32个字节，由于我们程序中已经把第一个字节定义为“后面有几个有效字节”，所以一次最多发送31个字节，但是实际上，每次还是发送32个字节。

 

11.无线接收数据函数

uchar NRF24L01_RxPacket(uchar *rxbuf)
{
?? ?uchar state;
?? ? 
?? ?state=NRF24L01_Read_Reg(STATUS);? ? ??? ? 
?? ?NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+STATUS,state); 
?? ?if(state&RX_OK)
?? ?{
?? ??? ?NRF24L01_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rxbuf,RX_PLOAD_WIDTH);
?? ??? ?NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff);
?? ??? ?return 0; 
?? ?}?? ?? ?
?? ?return 1;
}

 

12.主函数

void main(void)
{
?? ?unsigned int i;
?? ?unsigned int cnt=0;
?? ?
?? ?delay_ms(100); 
??? ?SPI_Init(); 
?? ?serial_open();
?? ?while(NRF24L01_Check()); 
?? ?NRF24L01_RT_Init(); 
?? ?
?? ?while (1)
?? ?{
?? ??? ?if(NRF_IRQ==0)?? ?
?? ??? ?{
?? ??? ??? ?if(NRF24L01_RxPacket(rece_buf)==0)
?? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ?? if((rece_buf[0])<32)
?? ??? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ??? ??? ?for(i=0;i<rece_buf[0];i++)
?? ??? ??? ??? ??? ?senddata(rece_buf[i+1]);
?? ??? ??? ??? ?}
?? ??? ??? ?}
?? ??? ?}
?? ??? ?else if(WaitComm()==0)?? ? 
?? ??? ?{
?? ??? ??? ?NRF_CE=0;
?? ??? ??? ?NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+CONFIG,0x0e); 
?? ??? ??? ?NRF_CE=1;
?? ??? ??? ?NRF24L01_TxPacket(rece_buf);??? 
?? ??? ??? ?NRF_CE=0;
?? ??? ??? ?NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+CONFIG, 0x0f);
?? ??? ??? ?NRF_CE=1;
?? ??? ?}
?? ??? ?cnt++; 
?? ??? ?if(cnt==60000) 
?? ??? ?{
?? ??? ??? ?cnt = 0; 
?? ??? ??? ?STA_LED=~STA_LED; 
?? ??? ?}
?? ?}
}

主函数的解释，看前面的流程图就可以，因为流程图就是这个主函数的文字体现。

 

13.结语

程序就介绍到这里了，有不懂的地方，就在下面留言吧！