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;//CEÖøߣ¬Ê¹ÄÜ·¢ËÍ       
    while(NRF_IRQ==1);//µÈ´ý·¢ËÍÍê³É
    state=NRF24L01_Read_Reg(STATUS);      
    NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+STATUS,state); 
    if(state&MAX_TX)//´ïµ½×î´óÖØ·¢´ÎÊý
    {
        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!


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