【應用】nRF24L01無線模塊在單片機與FPGA上的應用

筱肆 2014-04-13

展開全文

　　先簡單的介紹下nRF24L01無線模塊

　　(1) 2.4Ghz 全球開放ISM 頻段免許可證使用

　　(2) 最高工作速率2Mbps，高效GFSK調制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合

　　(3) 126 頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要

　　(4) 內置硬件CRC 檢錯和點對多點通信地址控制

　　(5) 低功耗1.9 - 3.6V 工作，待機模式下狀態(tài)為22uA；掉電模式下為900nA

　　(6) 內置2.4Ghz 天線，體積小巧15mm X29mm

　　(7) 模塊可軟件設地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便

　　通過SPI方式完成數(shù)據(jù)的交換，包括數(shù)據(jù)的發(fā)送，數(shù)據(jù)的接收。說明一下，單片機中如果沒有SPI的硬件電路，我們可以使用單片機的普通IO口進行SPI的時序模擬，只要符合無線模塊的時序邏輯，一樣能控制無線模塊的通信。FPGA是可編程邏輯，最大的特點就是靈活，用戶可根據(jù)需求加入所需要的邏輯器件，當然它所包含的邏輯單元也是相當?shù)呢S富，有SPI硬件模塊。這樣用戶就省去了SPI方式的時序邏輯，可以更好的專注于功能的開發(fā)。

　　下面將詳細的介紹下nRF24L01無線模塊在單片機與FPGA上的應用

單片機：這里我們使用的單片機型號為PIC16F877。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1.3 NRF24L01接入PIC的原理圖

　　說明：從圖1.3中可以看出，主要是圖1.1中的6個信號（還有2個是地與電源）接入單片機中。而那些引腳是普通的IO口，需要用戶模仿SPI時序進行控制。

　　無線模塊進行數(shù)據(jù)的交換就是數(shù)據(jù)的發(fā)送與數(shù)據(jù)的接收，下面將從這2個方面進行介紹。不管是數(shù)據(jù)的發(fā)送還是數(shù)據(jù)的接收，要想控制好NRF24L01無線模塊，先要通過SPI方式對無線模塊進行配置，只需要往它對應的寄存器里寫入數(shù)值便可。

　　先定義一下PIC上的宏，下面我們就可以很方便的對PIC的引腳進行操作。

View Code

　　NRF24L01無線模塊的寄存器

View Code

　　有2類寄存器是用戶可以根據(jù)自己的需求所確定的，那就是地址的長度以及內容、發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的長度，但無線模塊一次最多可以發(fā)送32個字節(jié)，這兩類寄存器一般設置為3~4個字節(jié)。

View Code

　　A 模擬SPI方式

View Code

　　B 以SPI方式對寄存器的操作

View Code

　　這樣就可以對NRF24L01無線模塊進行初始化工作，以及數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收。讓無線模塊是處于接收狀態(tài)還是處于發(fā)送狀態(tài)，初始化的工作有所不同，但區(qū)別不大，主要是CONFIG寄存器，可詳細參考它的datesheet。

　　NRF24L01發(fā)送的初始化以及發(fā)送時序

View Code

　　NRF24L01接收的初始化以及接收時序

View Code

下面總結一下NRF24L01在FPGA的應用。

　　由于FPGA自帶SPI硬件，只需要在SOPC Bulider中添加SPI模塊即可，在頂層圖中我們就可以看到圖1.4,另外，我們再添加兩個IO口，這樣我們就不必再模擬SPI方式，在FPGA中，有一個很好的API函數(shù)alt_avalon_spi_command();其函數(shù)原型為：

1 int alt_avalon_spi_command(alt_u32base,alt_u32slave,
2      alt_u32write_length,
3      constalt_u8*wdata,
4      alt_u32read_length,
5      alt_u8*read_data,
6      alt_u32flags)

該函數(shù)執(zhí)行以下功能：
    1、 SPI 從機片選信號有效（拉低）；
    2、從 wdata 指針讀取數(shù)據(jù)，通過 SPI 接口傳輸總共 write_length 字節(jié)的數(shù)據(jù)，丟棄 MISO接口輸入的數(shù)據(jù)；
    3、讀 read_length 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，存儲到 read_data 指針指向的地址。讀傳輸過程中 MOSI 被置為 0；
    4、撤銷 SPI 從機片選信號（拉高）。
    頭文件<altera_avalon_spi.h>，該頭文件定義了 SPI 核的寄存器映射和訪問硬件可用的一些特征常量。

這個函數(shù)的最大缺點就是不可以在中斷中使用，但這并不影響對它的使用。NRF24L01在單片機和FPGA上的應用的本質是一樣的，主要區(qū)別就是對上面的A、B SPI方式進行改寫。

A 就是用alt_avalon_spi_command();代替，是不是很方便呢。:-D

B 以SPI方式對寄存器的操作