• [STM32F4xx 学习] SPI与nRF24L01+的应用


    前面已经总结过STM32Fxx的特点和传输过程,下面以nRF24L01+ 2.4GHz无线收发器为例,来说明如何使用SPI。

     

    一、nRF24L01+ 2.4GHz无线收发器的介绍

    1. 主要特性

    • 全球2.4GHz ISM频段操作
    • 250Kbps, 1Mbps, 2Mbps三种空中传输速率
    • 超低功耗
    • 输出功率为 0dBm时发射功耗为11.3mA
    • 空中传输速率为2Mbps时接收功耗为13.5mA
    • Power down模式功耗低至900nA, Standby-I模式功耗低至26uA
    • 1.9~3.6V的电压工作范围
    • 支持6个接收通道(地址)
    • IO口能承受5V电压
    • ±60ppm 16MHz晶体振荡器
    • 4×4mm QFN封装

    2. SPI操作时序

    2.1 读操作时序图

    图1. nRF24L01+ 读操作时序

    ①:发送指令+寄存器地址,都是从CSN(片选线,下同)的下降沿开始

    ②:主机(即STM32F4xx,下同)发送8位指令代码(C7~C0,下同)

    ③:不管主机发送何指令,从机(即nRF24L01+,下同)第一字节都会返回状态寄存器的值(寄存器0x07)

    ④:从机数据在每一个SCK的上升沿输出,首先输出的是第一字节(最低字节)的最高位,...,最后输出的是最高字节的最低位

    ⑤:读取操作都是以CSN的上升沿结束

    2.2 写操作时序

    图2. nRF24L01+ 写操作时序

    ①:同读操作

    ②:同读操作

    ③:同读操作

    ④:主机数据在每一个SCK的上升沿写入从机,首先写入的是第1个字节的最高位,...,最后写入的是最后一个字节的最低位

    ⑤:同读操作

     

    2.3 状态机

     

    图3. nRF24L01+ 状态图

    • Power Down 模式

    在该模式下,nRF24L01+的功耗最小,不能进行发送或者接收。但是所有寄存器的值保持不变,SPI处于有效状态,允许对寄存器,TX/RX FIFO进行操作,PWR_UP(此位在CONFIG寄存器中)清0即进入该状态。

    • Standby-I 模式

    将PWR_UP置1,即进入Standby-I模式,该模式既降低了nRF24L01+的平均功耗,同时又保持尽可能短的启动时间,将CE置1然后后清0,就可以进入TX/RX模式,然后又返回到Standby-I模式。

    • Standby-II 模式

    当nRF24L01+设置为接收机(PTX),并且CE=1,TX FIFO为空时即进入该模式。相比Standby-I模式,这种模式相对耗电,一旦发送FIFO有新数据,就会立即将数据打包发送出去。

    • TX 模式

    进入该模式需要满足以下条件:

    • PWR_UP=1
    • PRIM_RX=0
    • TX FIFO不为空
    • CE=1脉冲宽度超过10us
    • RX 模式

     进入该模式需要满足以下条件

    • PWR_UP=1
    • PRIM_RX=1
    • CE=1

     

    二、程序实现

    根据上面nRF24L01+的时序,结合前面介绍的STM32F4xx SPI的操作小结,SPI设置成全双工收发模式,NSS(片选引脚)单独用一个IO口来控制,对nRF24L01+读写操作程序如下:

    1. SPI发送/接收子函数

     1 /* SPI 发送*/
     2 void _SPIDataSet(SPI_TypeDef * SPIx, unsigned char *Buf, unsigned char Cnt)
     3 {    
     4     for(; Cnt; Cnt--)
     5     {
     6         while((SPIx -> SR & SPI_SR_TXE) != SPI_SR_TXE);
     7         SPIx -> DR = *Buf++; 
     8     }
     9     while(SPIx -> SR & SPI_SR_BSY);
    10     Cnt = SPIx -> DR;
    11 }
    12 
    13 /* SPI 接收*/
    14 void _SPIDataGet(SPI_TypeDef * SPIx, unsigned char *Buf, unsigned char Cnt)
    15 {
    16     for(; Cnt; Cnt--)
    17     {
    18         while((SPIx -> SR & SPI_SR_TXE) != SPI_SR_TXE);
    19         SPIx -> DR = 0xFF;
    20         while((SPIx -> SR & SPI_SR_RXNE) != SPI_SR_RXNE);
    21         *Buf++ = SPIx -> DR;
    22     }
    23    24 }

    L6:写入数据前必须保证TX缓存器为空

    L9:确保最后一位数据发送完毕

    L10:使RXNE位清0(对DR进行读操作,将使RXNE清0),若RXNE若置1,SPI不会接受新数据。

    L19:由于SPI工作与全双工模式,即发送1位数据才会接收1位数据,此语句本质是让SPI输出SCK,使nRF24L01+输出数据

    L20: 确保接收到完整的数据

     

    2. 对nRF24L01+寄存器的读/写操作

     1 /* 写nRF24L01+ 寄存器 */
     2 void DataSet(unsigned char CMD,      /* 寄存器地址    */ 
     3              unsigned char *Val,     /* 发送数据指针  */
     4              unsigned char Cnt       /* 数据数量     */)
     5 {    
     6     nRF24L01_CSN  = 0;
     7     _SPIDataSet(SPI1, &CMD, 1);
     8     _SPIDataSet(SPI1, Val, Cnt);
     9     nRF24L01_CSN  = 1;
    10 }
    11 
    12 
    13 /* 读nRF24L01+ 寄存器 */
    14 void DataGet(unsigned char CMD,      /* 寄存器地址    */
    15              unsigned char *Buf,     /* 接收数据指针  */
    16              unsigned char Cnt       /* 数据大小     */) 
    17 {
    18     nRF24L01_CSN  = 0;
    19     _SPIDataSet(SPI1, &CMD, 1);
    20     _SPIDataGet(SPI1, Buf, Cnt);
    21     nRF24L01_CSN = 1;
    22 }

    L6, L18: CSN的下降沿开始读/写操作

    L9, L21: CSN的上升沿结束读/写操作

     

    下图所示为通过逻辑分析仪抓取的设置nRF24L01+ pipe0接收地址(寄存器0xA)的波形:

    图4. 设置Pipe0(寄存器0xA)接收地址波形

     

    下图所示为通过逻辑分析仪抓取的读取nRF24L01+ pipe0接收地址(寄存器0xA)的波形:

    图5. 读取Pipe0(寄存器0xA)接收地址波形

     

    More~

    1. 假如使用 Auto Acknowledgment 功能,发送端(PTX)Pipe0接收地址必须和发送地址     相同,这是用于接收接收端(PRX)的相应

    2. 接收数据数量(最大32字节)必须写入RX_PW_Px寄存器(x为通道编号)

    3. 调试失败,排查以下几点:

    • 硬件连接是否正确
    • 寄存器读写操作是否正确
    • 确保Standby-I/II 模式变换到TX 模式时,CE高电平时间足够(大于130us)
    • 发送端(PTX)和接收端(PRX)数据的大小要一致,比如接收端(PRX)接收数据大小设置为8字节,那么主机就要给发送端(PTX)的TX FIFO传输8个字节

    /×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× THE END××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××/

  • 相关阅读:
    实验4-2-4 换硬币 (20分)
    实验4-1-4 求整数的位数及各位数字之和 (15分)
    实验4-1-10 兔子繁衍问题 (15分)
    实验4-1-7 特殊a串数列求和 (20分)
    实验4-1-3 找出最小值 (20分)
    实验4-1-2 求奇数和 (15分)
    实验4-1-1 最大公约数和最小公倍数 (15分)emmm辗转相除法
    实验3-10 高速公路超速处罚 (15分)
    1.使用Lucene开发自己的搜索引擎--倒排索引基础知识
    办公自动化项目从无到有-第三篇系统管理模块
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/mr-bike/p/3520141.html
Copyright © 2020-2023  润新知