nRF24L01無線模組

nRF24L01是一款新型單片射頻收發器件，工作於2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振盪器、調製器等功能模組，並融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程式進行配置。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率發射時，工作電流也只有9 mA;接收時，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式,工作在100mw時電流為160mA,在數據傳輸方面實現相對WiFi距離更遠，但傳輸數據量不如WiFi（掉電模式和空閒模式）使節能設計更方便。

基本介紹

• 中文名：nRF24L01無線模組
• 頻段：2.4 GHz～2.5 GHz ISM
• 屬性：新型單片射頻收發器件
• 工作電流：12.3 mA

主要特點

GFSK調製：

硬體集成OSI鏈路層;

具有自動應答和自動再發射功能;

片內自動生成報頭和CRC校驗碼;

數據傳輸率為l Mb/s或2Mb/s;

SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s;

125個頻道：與其他nRF24系列射頻器件相兼容;QFN20引腳4 mm×4 mm封裝;

供電電壓為1.9 V～3.6 V。

傳輸距離<5m

引腳功能

nRF24L01的封裝及引腳排列如圖1、2所示。各引腳功能如下：

CE：使能發射或接收;

引腳說明1

CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01：

IRQ：中斷標誌位;

VDD：電源輸入端;

VSS：電源地：

XC2，XC1：晶體振盪器引腳;

VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8 V;

ANT1,ANT2：天線接口;

IREF：參考電流輸入。

引腳	名稱	引腳功能	描述
1	CE	數字輸入	RX或TX模式選擇
2	CSN	數字輸入	SPI片選信號
3	SCK	數字輸入	SPI時鐘
4	MOSI	數字輸入	從SPI數據輸入腳
5	MISO	數字輸出	從SPI數據輸出腳
6	IRQ	數字輸出	可禁止中斷腳
7	VDD	電源	電源（+3V）
8	VSS	電源	接地（0V）
9	XC2	模擬輸出	晶體振盪器2腳
10	XC1	模擬輸入	晶體振盪器1腳/外部時鐘輸入腳
11	VDD-PA	電源輸出	給RF的功率放大器提供的+1.8V電源
12	ANT1	天線	天線接口1
13	ANT2	天線	天線接口2
14	VSS	電源	接地（0V）
15	VDD	電源	電源（+3V）
16	IREP	模擬輸入	參考電流
17	VSS	電源	接地（0V）
18	VDD	電源	電源（+3V）
19	DVDD	電源輸出	去耦電路電源正極端
20	VSS	電源	接地（0V）

工作模式

通過配置暫存器可將nRF24L01配置為發射、接收、空閒及掉電四種工作模式，如表1所示。

模式	PWR_UP	PRIM_RX	CE	FIFO暫存器狀態
接收模式	1	1	1	-
發射模式	1	0	1	數據在TX FIFO 暫存器中
發射模式	1	0	1→0	停留在傳送模式，直至數據傳送完
待機模式2	1	0	1	TX FIFO 為空
待機模式1	1	-	0	無數據傳輸
掉電	0	-	-	-

表 （1）

待機模式1主要用於降低電流損耗，在該模式下晶體振盪器仍然是工作的;

待機模式2則是在當FIFO暫存器為空且CE=1時進入此模式；

待機模式下，所有配置字仍然保留。

在掉電模式下電流損耗最小，同時nRF24L01也不工作，但其所有配置暫存器的值仍然保留。

工作原理

發射數據時，首先將nRF24L01配置為發射模式：接著把接收節點地址TX_ADDR和有效數據TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01快取區，TX_PLD必須在CSN為低時連續寫入，而TX_ADDR在發射時寫入一次即可，然後CE置為高電平並保持至少10μs，延遲130μs後發射數據;若自動應答開啟，那么nRF24L01在發射數據後立即進入接收模式，接收應答信號（自動應答接收地址應該與接收節點地址TX_ADDR一致）。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應答，則自動重新發射該數據(自動重發已開啟)，若重發次數(ARC)達到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數據保留以便再次重發;MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產生中斷，通知MCU。最後發射成功時,若CE為低則nRF24L01進入空閒模式1;若傳送堆疊中有數據且CE為高，則進入下一次發射;若傳送堆疊中無數據且CE為高，則進入空閒模式2。

接收數據時,首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進入接收狀態等待數據的到來。當接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數據包存儲在RX FIFO中，同時中斷標誌位RX_DR置高，IRQ變低，產生中斷，通知MCU去取數據。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發射狀態回傳應答信號。最後接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閒模式1。

配置字

SPI口為同步串列通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸時先傳送低位位元組，再傳送高位位元組。但針對單個位元組而言，要先送高位再送低位。與SPI相關的指令共有8個，使用時這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應的狀態和數據信息是從MISO輸出給MCU。

nRF24L0l所有的配置字都由配置暫存器定義，這些配置暫存器可通過SPI口訪問。nRF24L01

的配置暫存器共有25個，常用的配置暫存器如表2所示。

地址（H）	暫存器名稱	功能
00	CONFIG	設定24L01工作模式
01	EN_AA	設定接收通道及自動應答
02	EN_RXADDR	使能接收通道地址
03	SETUP_AW	設定地址寬度
04	SETUP_RETR	設定自動重發數據時間和次數
07	STATUS	狀態暫存器，用來判定工作狀態
0A~0F	RX_ADDR_P0~P5	設定接收通道地址
10	TX_ADDR	設定傳送地址（先寫低位元組）
11~16	RX_PW_P0~P5	設定接收通道的有效數據寬度

表 （2）

6 nRF24L01套用原理框圖

圖（2）

跳頻功能

由於2.4G頻段沒有使用授許可權制，家用電器、手機、無線網路都集中在此頻段，干擾問題難以避免。如何避開在家庭市場中易與其它無線傳輸間（Bluetooth、HomeRF）發生干擾成了首要解決的問題。

跳頻技術(Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是在2.4GHz頻帶以一定的頻寬將其劃分為若干個無線電頻率信道（Radio Frequency Channel；RFC），並且以使用接收和傳送兩端一樣的頻率跳躍模式（Frequency Hopping）來接發訊號及防止數據擷取。其工作原理是，收發雙方傳輸信號的載波按照預定規律進行離散變化。以達到避開干擾，完成傳輸。簡單的說，跳頻技術FHSS不是抑制干擾而是容忍干擾。圖3是跳頻實現的流程圖。

圖 （3）