ardunio笔记35：nrf2401模块的接口

野性酷女 2023-03-04 09:18 14阅读 0赞

**目录**

一、接口介绍

二、命令字

三、IRQ

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# 一、接口介绍 #

以TB上最常见最便宜的模块为例。

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左边的这个型号最常见，最便宜，大约3/4块钱一个，双排8针，2.54mm间距，模块尺寸比右边那个大；  
右边这个也不少，稍贵，大约6/7块钱一个，单排8针，1.27mm间距，带邮票孔，体积非常小巧，做工我感觉要比前一个好些；  
除此之外，这两种功能上没任何区别。  
都是板载nrf24l01+单芯片，没有PA(射频功率放大)芯片，功率不大，空旷通信距离百米左右。

根据你自己的实际情况选择：  
如果你【对成本不敏感】且【打算自己做板】且【希望板子做的小巧漂亮】，推荐右边这个；  
除此之外一律选择左边这个；

根据我自己的经验，列出一些关于硬件使用上的问题(对上面两种型号均适用)：

*  模块供电【一定/必须/不能】超过3.6V，如果你不小心接了5V供电，哪怕就一会儿，请节哀，不要问我是怎么知道的(╥╯^╰╥)。
 *  除VCC和GND之外，其余6个pin却是兼容5V电平的，这也是为什么arduino可以导线直连的方式驱动它的原因。
 *  除【买了便宜到超越底线的模块】之外，不要随便怀疑模块硬件有问题，一个模块能持续多年大量出货且不用升级换代，足以说明模块的稳定性。
 *  所有管脚直连arduino的对应管脚即可，无需【串联】电阻。
 *  用稳压芯片引出的3.3V供电可以直接给模块使用，除供电端极度不稳定之外，几乎不需要并联电容。
 *  如果你用的是带PA的模块，工作电流峰值能达到一百几十毫安，要特别注意供电端的带载能力是否足够。

下面来说说除VCC/GND之外其余6个管脚的作用，可以先看一下上图中的那个管脚功能表，再看下文。  
我们的程序要使用nrf24l01+,包括配置工作模式/查询工作状态/发送数据/接收数据，全部是通过这6个管脚来和模块进行交互的。  
这6个管脚可以分为3组:

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CSN/SCK/MOSI/MISO算一组，是 **SPI接口** ，**往模块里送数据/从模块里读数据**都是使用SPI来进行的。  
这里所说的数据有2个含义，即可以是我们打算向外界真实发送的数据，也可以是给这个模块自身的配置数据，也就是它内部各个寄存器的值。

从底层来说，这些数据就是一串0101，一打眼没什么区别，直接丢给你你也看不出来。

那nrf24l01+如何知道这一串0101代表什么含义呢？ 当然是约定好协议格式啦：

不管这一串bit流有多长，一律按8bit即单字节为基本单元进行格式划分。  
nrf24l01+规定，双方在传输字节时，必须高位bit优先输出，即输出顺序是: bit7-bit6-bit5-bit4-bit3-bit2-bit1-bit0。

CSN一旦拉低，模块的SPI接口被使能，同时也代表数据交换【或者叫“一次通信过程”吧】的开始；  
主机从MOSI输出的第一个字节被叫做【 **命令字** 】，这个字节的含义是让模块知道主机想要做什么，例如读寄存器/写寄存器/写入待发送数据/读入已接收数据等等；

以写寄存器为例子，按照一般逻辑，不能只告诉我你想写寄存器，总还得告诉我你想写哪个吧，即必须还要传给我 **寄存器的地址** 。

# 二、命令字 #

nrf24l01+内部一共30个寄存器，编址0x00-0x1D,不多不少；  
主机能做的事情也不多，读写寄存器，读写数据等等，总共十多项；  
一个字节总共可以表示256种情况，不算少；

以上3者一结合，为了提高传输效率，于是砖家在设计nrf24l01+命令字的时候取了个巧，将代表【操作类型】的信息和代表【地址属性】的信息整合到一个字节中，即是【 **命令字** 】。

于是【命令字】从【 **编码格式** 】上分，一共有两大类:【 只带操作信息不需要地址信息的 】/【 操作信息地址信息都要有的 】。  
下图中的3条命令就是这类复合命令字的典型。

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以上图中读寄存器命令  R\_REGISTER  为例，  
操作码是0x00；

寄存器地址用bit4-bit0来表示，前面说过寄存器地址的最大值不过是0x1D, 5个bit足够容纳了。  
于是修改0x1D寄存器的命令字应该是: 0x00+0x1D = 0x1D。

主机端在MOSI脚输出命令字的同时， nrf24l01+也没闲着，通过MISO脚也输出了从机端的第1个字节。

这个字节是有意义的，叫做【**状态字**】，是模块内部名为 **STATUS** （地址0x07）寄存器数据的副本。  
为什么偏偏选这个这个寄存器的值输出呢？ 看一下这个寄存器的位值说明：

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上面的位值表示了模块在工作过程中的一些关键性的状态数据，包括:

数据是否已经发送成功/是否发送失败/是否收到了外界的新数据/新数据来自哪个pipe/数据缓冲区是否已被写满

我们的程序在运行时一定会非常频繁的要获知这些状态，【 状态字 】给我们提供了某种福利：

不需要专门使用【命令字(0x00+0x07=0x07)】去读取STATUS,任何一次与模块的交互过程都能立即得到STATUS的值。

当然你非要使用读寄存器的方式获取STATUS也是可以的，就是效率低一点儿。

【命令字】和【状态字】过后，从第二个字节开始，后面都是数据字节。而数据字节的流向就只是单向的了。

【命令字】按照【 **数据流向** 】划分的话，可以分为3类:

一类是 给nrf2401送数据 ，比如写寄存器/写入待发送数据；

一类是 从nrf2401里面拿数据 ，比如读寄存区/读出其他模块发来的数据；

最后一类是 没有数据 ，只有命令，比如FLUSH\_TX/FLUSH\_RX只是通知模块清空内部数据缓冲区，明显不需要提供数据。

不存在既要给模块送数据同时也要从模块里读出数据的情况，所以说 数据流向是单向的 。

对于R\_REGISTER命令，数据从模块流出，于是有效数据在MISO这根线上，MOSI上的数据就无所谓了；

同理，对于W\_REGISTER命令，数据从主机流入模块，有效数据在MOSI这根线上，MISO上有啥无所谓；

绝大部分命令只带一个字节的数据就行了，个别情况需要附带多个字节的数据，以W\_REGISTER为例：

数据通道pipe0的地址最长5个字节，在nrf2401内部只给这个pipe0\_adr寄存器分配了1个寄存器地址而不是5个。

这个寄存器地址是0x0A,所以我们可以认为0x0A是一个长度为5字节的寄存器。

假设我们要给pipe0设置的地址为: 0xA4A3A2A1A0，拆开看从高到低5字节：0xA4 0xA3 0xA2 0xA1 0xA0

前面说过，SPI传输时字节内部高位bit优先输出，而协议规定传输多字节数据时，【低字节优先】输出。

于是MOSI信号线上字节流的顺序是这样的: CMD-A0-A1-A2-A3-A4

最后，数据传输完毕，CSN要拉高，即代表模块的SPI断开了主机的连接，也让nrf2401知晓一条命令结束了。

这个地方必须提醒，CSN拉高是必须的，哪怕你有很多命令排队等着操作模块，每条命令的写入都要遵守: 【CSN拉低-数据传输-CSN拉高】这条规定。

啰嗦了一大堆话，一张图足以代表一切:

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解读一下这张图对我们 **写程序** 有什么用：

*  模块要求MOSI/MISO在SCK上升沿的时候输出bit,不管是软件模拟SPI还是硬件SPI要特别注意这一点，尤其是stm32这类SOC当主控时，它的SPI功能非常繁多， **配置SPI工作模式**的时候要特别注意
 *  两条操作命令之间要在CSN高电平时添加适当延时
 *  上图红框标出的Tcwh，这个时间代表上一条命令结束后，下条命令开始前，必须要有个恢复时间，防止误动作。  
    这个时间不要少于【100纳秒】,保守起见，建议 **至少延时【500纳秒】**。

关于SPI接口，最后再说一下SCK时钟频率的问题:

nrf2401模块的时钟频率最高可以到10MHz，但保守起见，我们实际使用是建议时钟速度不要超过8M， 留一些余量总是好的 。

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CE 可以单独算一组，这个管脚和 nrf2401射频模块的工作状态 有关。

当nrf2401被配置成PTX时，我们通过SPI写入要对外发送的数据之后，模块并不会立即启动发送，

我们必须再拉高CE管脚并使其高电平保持至少10微秒(10微秒过后，可以拉低也可以继续保持高电平)，

模块才会开启射频模块，进入【 **发送状态** 】，开始发送数据。

当nrf2401被配置成PRX时，同样模块也不会立即启动射频模块进入【接收状态】

，  
我们必须拉高CE并使其一直保持高电平，模块才会进入【接收状态】开始监听数据。

任意时刻，只要CE被拉低了，PRX会立即从【接收状态】退出到待机状态。

这只是CE管脚的基本用处，更多的细节我们后面在讲完【发送/接收缓冲区】以及【工作状态图】之后再说。

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# 三、IRQ #

IRQ 也单独算一组，这个管脚如其名，是模块用来通知主机【 **数据发送/数据接收相关的紧急事件** 】的快捷通道。

相对于单片机的运行速度来说，nrf2401是比较慢的，8M的SPI时钟下，主机要对外发送32字节数据，

只需要不到40微秒就能将数据全部塞给模块，而模块想要将这些数据发送完毕，需要的时间却是要多得多。

主机当然可以在写完数据之后，一遍遍的询问模块数据是否发送完成，但同时主机也不可能去干别的事情了，所以必须要使用中断通知的方式来减轻主机的压力。

主机写完数据之后就可以去忙别的了，后续发送过程/成功确认/发送失败确认的一系列工作交给模块自主完成，一旦结果出来之后，模块立即将IRQ管脚拉低。

主机端一般会将自己的外部中断管脚和模块的IRQ管脚连在一起，一旦IRQ管脚被模块置为有效，主机端的外部中断会立即触发，然后就可以在中断函数中访问模块，查看发生了什么。

这中 紧急事件只有3种 : 【数据发送成功】/【数据发送失败且已经多次失败】/【收到其他模块发来的新数据】

当中任意一个单独发生或任意多个同时发生，都会触发IRQ，所以主机程序在获知中断发生之后，必须在读取一遍模块内部的STATUS寄存器才能准确知道是哪一种事件触发了IRQ。

关于IRQ更细致的问题，后面章节中在讨论。

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