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STM32驱动NRF24L01模块

时间：2024-07-23 20:27:14浏览次数：20  
标签：TX SPI RX uint8 STM32 NRF24L01 模块 define

STM32驱动NRF24L01模块

图片来自淘宝店家

模块简介：

NRF24L01模块是一款2.4GHZ无线通信模块。其参数如下：

  • 2.4GHz ISM频段
  • 250Kbps, 1Mbps, 2Mbps三种空中传输速率
  • 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

模块引脚定义如下：
图片来自淘宝店家

通信协议：

MCU与NRF24L01之间达到通信方式为SPI，最高支持10Mbit的通信速率

引脚定义

  • IRQ：中断引脚，模块接收到消息后会触发IRQ引脚下拉，MCU可检测这个下降沿来进行中断读取
  • MISO：SPI通信引脚，主机输入
  • MOSI：SPI通信引脚，主机输出
  • SCK：SPI时钟信号
  • CSN：SPI片选引脚，低电平使能
  • CE：工作模式（发送/接收）选择
  • VCC：电源引脚1.9- 3.3V
  • GND：电源地引脚

驱动代码：

配置STM32的硬件SPI

  1. 在STM32CubeMX中选中SPI
  2. 选择全双工主机模式
  3. 失能硬件片选，使用软件片选模式
  4. 配置SPI时钟分频，保证通信速率在10Mbit以下
  5. 时钟极性选择：LOW
  6. 时钟相位选择：1Edge
    在这里插入图片描述

配置GPIO

除了SPI的三个引脚，还需要配置CSN， CE，和IRQ引脚
根据自己的电路连接选择三个IO口，其中CSN和CE为输出模式，IRQ为外部中断，下降沿中断
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

代码部分：

nrf24l01.h文件：

#ifndef _NFR24L01_H
#define _NFR24L01_H

#include "main.h"
/****************************************************************************************************/
//NRF24L01寄存器操作命令
#define SPI_READ_REG    0x00  //读配置寄存器,低5位为寄存器地址
#define SPI_WRITE_REG   0x20  //写配置寄存器,低5位为寄存器地址
#define RD_RX_PLOAD     0x61  //读RX有效数据,1~32字节
#define WR_TX_PLOAD     0xA0  //写TX有效数据,1~32字节
#define FLUSH_TX        0xE1  //清除TX FIFO寄存器.发射模式下用
#define FLUSH_RX        0xE2  //清除RX FIFO寄存器.接收模式下用
#define REUSE_TX_PL     0xE3  //重新使用上一包数据,CE为高,数据包被不断发送.
#define NOP             0xFF  //空操作,可以用来读状态寄存器	
 
//SPI(NRF24L01)寄存器地址
#define CONFIG          0x00  //配置寄存器地址;bit0:1接收模式,0发射模式;bit1:电选择;bit2:CRC模式;bit3:CRC使能;
                              //bit4:中断MAX_RT(达到最大重发次数中断)使能;bit5:中断TX_DS使能;bit6:中断RX_DR使能
#define EN_AA           0x01  //使能自动应答功能  bit0~5,对应通道0~5
#define EN_RXADDR       0x02  //接收地址允许,bit0~5,对应通道0~5
#define SETUP_AW        0x03  //设置地址宽度(所有数据通道):bit1,0:00,3字节;01,4字节;02,5字节;
#define SETUP_RETR      0x04  //建立自动重发;bit3:0,自动重发计数器;bit7:4,自动重发延时 250*x+86us
#define RF_CH           0x05  //RF通道,bit6:0,工作通道频率;
#define RF_SETUP        0x06  //RF寄存器;bit3:传输速率(0:1Mbps,1:2Mbps);bit2:1,发射功率;bit0:低噪声放大器增益
#define STATUS          0x07  //状态寄存器;bit0:TX FIFO满标志;bit3:1,接收数据通道号(最大:6);bit4,达到最多次重发
                              //bit5:数据发送完成中断;bit6:接收数据中断;
#define MAX_TX  	    0x10  //达到最大发送次数中断
#define TX_OK       	0x20  //TX发送完成中断
#define RX_OK   	    0x40  //接收到数据中断

#define OBSERVE_TX      0x08  //发送检测寄存器,bit7:4,数据包丢失计数器;bit3:0,重发计数器
#define CD              0x09  //载波检测寄存器,bit0,载波检测;
#define RX_ADDR_P0      0x0A  //数据通道0接收地址,最大长度5个字节,低字节在前
#define RX_ADDR_P1      0x0B  //数据通道1接收地址,最大长度5个字节,低字节在前
#define RX_ADDR_P2      0x0C  //数据通道2接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P3      0x0D  //数据通道3接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P4      0x0E  //数据通道4接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P5      0x0F  //数据通道5接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define TX_ADDR         0x10  //发送地址(低字节在前),ShockBurstTM模式下,RX_ADDR_P0与此地址相等
#define RX_PW_P0        0x11  //接收数据通道0有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P1        0x12  //接收数据通道1有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P2        0x13  //接收数据通道2有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P3        0x14  //接收数据通道3有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P4        0x15  //接收数据通道4有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P5        0x16  //接收数据通道5有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define FIFO_STATUS     0x17  //FIFO状态寄存器;bit0,RX FIFO寄存器空标志;bit1,RX FIFO满标志;bit2,3,保留
                              //bit4,TX FIFO空标志;bit5,TX FIFO满标志;bit6,1,循环发送上一数据包.0,不循环;
/**********************************************************************************************************/

//NRF2401片选信号
#define CE_L      HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CE_GPIO_Port ,NRF24L01_CE_Pin,GPIO_PIN_RESET)
#define CE_H      HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CE_GPIO_Port ,NRF24L01_CE_Pin, GPIO_PIN_SET)

//SPI片选信号	
#define CSN_L     HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port , NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define CSN_H     HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port , NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_SET)

   
//IRQ中断脚
//#define IRQ_L     HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_IRQ_GPIO_Port , NRF24L01_IRQ_Pin, GPIO_PIN_RESET)
//#define IRQ_H     HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_IRQ_GPIO_Port , NRF24L01_IRQ_Pin, GPIO_PIN_SET)

#define READ_IRQ    HAL_GPIO_ReadPin(NRF24L01_IRQ_GPIO_Port, NRF24L01_IRQ_Pin)


//NRF24L01发送接收数据宽度定义
#define TX_ADR_WIDTH    5                               //5字节的地址宽度
#define RX_ADR_WIDTH    5                               //5字节的地址宽度
#define TX_PLOAD_WIDTH  32                              //20字节的用户数据宽度
#define RX_PLOAD_WIDTH  32                              //20字节的用户数据宽度
									   	   

void NRF24L01_Init(void);//NRF24l01初始化
void NRF24L01_RX_Mode(void);
void NRF24L01_TX_Mode(void);
uint8_t NRF24L01_Check(void);                                 //检查NRF24L01是否在位
uint8_t NRF24L01_TxPacket(uint8_t *txbuf);                         //发送一个包的数据
uint8_t NRF24L01_RxPacket(uint8_t *rxbuf);                         //接收一个包的数据


#endif

nrf24l01.c文件：

#include "nrf24l01.h"

#define USE_SPI hspi1  //根据使用的spi来修改宏定义
extern SPI_HandleTypeDef USE_SPI;	 


/**
 * @brief 模块发送接收地址，两个模块发送接收地址一样即可通信
 */
const uint8_t TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0xB3,0xB4,0xB5,0xB6,0x05}; //发送地址
const uint8_t RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0xB3,0xB4,0xB5,0xB6,0x05}; //接收地址	


//const uint8_t TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0xBB,0xB5,0xB7,0xB6,0x05}; //发送地址
//const uint8_t RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0xBB,0xB5,0xB7,0xB6,0x05}; //接收地址	


//const uint8_t TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //发送地址
//const uint8_t RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //接收地址	

/**
 * @brief 初始化NRF24L01
 * @param  
 */
void NRF24L01_Init(void)
{
	CE_H;         //初始化时先拉高
	CSN_H;        //初始化时先拉高
	CE_L; 	      //使能NRF24L01
	CSN_H;        //SPI片选取消
	while (NRF24L01_Check())//查询是否存在NRF24L01
	{
	}
}

/**
 * @brief SPI读写函数
 * @param TxData 写入数据
 * @return 读取到的数据
 */
static uint8_t SPI_ReadWriteByte(uint8_t TxData)                                        
{		
    uint8_t RxData = 0;

    // 发送数据，同时接收数据
    if (HAL_SPI_TransmitReceive(&USE_SPI, &TxData, &RxData, 1, 1000) != HAL_OK)
    {
        // 传输错误处理代码
    }
    return RxData;         		  		    
}


/**
 * @brief 在指定寄存器地址读出指定长度的数据
 * @param reg_addr 寄存器地址
 * @param pBuf 数据指针
 * @param data_len 数据长度
 * @return 读到的状态寄存器值 
 */
static uint8_t NRF24L01_Read_Buf(uint8_t reg_addr,uint8_t *pBuf,uint8_t data_len)
{
	uint8_t status,i;	       
  	CSN_L;                     //使能SPI传输
  	status=SPI_ReadWriteByte(reg_addr);   //发送寄存器值(位置),并读取状态值   	   
 	for(i=0;i<data_len;i++)
		pBuf[i]=SPI_ReadWriteByte(0);//读出数据
  	CSN_H;                     //关闭SPI传输
  	return status;                        //返回读到的状态值
}

/**
 * @brief 在指定寄存器地址写指定长度的数据
 * @param reg_addr 寄存器地址
 * @param pBuf 数据指针
 * @param data_len 数据长度
 * @return 读到的状态寄存器值
 */
static uint8_t NRF24L01_Write_Buf(uint8_t reg_addr, uint8_t *pBuf, uint8_t data_len)
{
	uint8_t status,i;	    
 	CSN_L;                                    //使能SPI传输
  	status = SPI_ReadWriteByte(reg_addr);                //发送寄存器值(位置),并读取状态值
  	for(i=0; i<data_len; i++)
		SPI_ReadWriteByte(*pBuf++); //写入数据	 
  	CSN_H;                                    //关闭SPI传输
  	return status;                                       //返回读到的状态值
}

/**
 * @brief 上电检测NRF24L01是否在位
 * @param  
 * @return 0：在位； 1：不在位
 */
uint8_t NRF24L01_Check(void)
{
	uint8_t buf[5]={0XA5,0XA5,0XA5,0XA5,0XA5};
	uint8_t buf1[5];
	uint8_t i;   	 
	NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+TX_ADDR,buf,5);//写入5个字节的地址.	
	NRF24L01_Read_Buf(TX_ADDR,buf1,5);              //读出写入的地址  	
	for(i=0;i<5;i++)
		if(buf1[i]!=0XA5) break;					   
	if(i!=5) 
		return 1;                               //NRF24L01不在位
	return 0;		                                //NRF24L01在位
}	 	 

/**
 * @brief 在指定寄存器地址写入数据
 * @param reg_addr 寄存器地址
 * @param data 数据
 * @return 状态值
 */
static uint8_t NRF24L01_Write_Reg(uint8_t reg_addr,uint8_t data)
{
	uint8_t status;	
    CSN_L;                    //使能SPI传输
  	status =SPI_ReadWriteByte(reg_addr); //发送寄存器号 
  	SPI_ReadWriteByte(data);            //写入寄存器的值
  	CSN_H;                    //禁止SPI传输	   
  	return(status);       		         //返回状态值
}

/**
 * @brief 读取SPI寄存器值
 * @param reg_addr 寄存器地址
 * @return 读到的数据
 */
static uint8_t NRF24L01_Read_Reg(uint8_t reg_addr)
{
	uint8_t reg_val;	    
 	CSN_L;                //使能SPI传输		
  	SPI_ReadWriteByte(reg_addr);     //发送寄存器号
  	reg_val=SPI_ReadWriteByte(0);//读取寄存器内容

  	CSN_H;                //禁止SPI传输		    
  	return(reg_val);                 //返回状态值
}	
			   

/**
 * @brief 启动NRF24L01发送一次数据
 * @param tx_buf 待发送数据首地址
 * @return 发送完成状况
 */
uint8_t NRF24L01_TxPacket(uint8_t *tx_buf)
{
	NRF24L01_TX_Mode();
	uint8_t state;   
	CE_L;
  	NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,tx_buf,TX_PLOAD_WIDTH);//写数据到TX BUF  32个字节
 	CE_H;                                     //启动发送	   
	while(READ_IRQ != 0);                         //等待发送完成
	state=NRF24L01_Read_Reg(STATUS);                     //读取状态寄存器的值	   
	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+STATUS,state);      //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
	if(state&MAX_TX)                                     //达到最大重发次数
	{
		NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff);               //清除TX FIFO寄存器 
		return MAX_TX; 
	}
	if(state&TX_OK)                                      //发送完成
	{
		return TX_OK;
	}
	NRF24L01_RX_Mode();									//发送后改为接收模式，单双工
	return 0xff;                                         //其他原因发送失败
}


/**
 * @brief 启动NRF24L01接收一次数据
 * @param rx_buf 接收缓存区首地址
 * @return 0：接收完成； 其他：错误代码
 */
uint8_t NRF24L01_RxPacket(uint8_t *rx_buf)
{
	uint8_t state;		    							      
	state=NRF24L01_Read_Reg(STATUS);                //读取状态寄存器的值    	 
	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+STATUS,state); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
	if(state&RX_OK)                                 //接收到数据
	{
		NRF24L01_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_buf,RX_PLOAD_WIDTH);//读取数据
		NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff);          //清除RX FIFO寄存器 
		return 0; 
	}	   
	return 1;                                      //没收到任何数据
}


/**
 * @brief 切换NRF24L01到RX模式  
 * 		  设置RX地址,写RX数据宽度,选择RF频道,波特率和LNA HCURR
 * @param  
 */
void NRF24L01_RX_Mode(void)
{
	CE_L;	  
    //写RX节点地址
  	NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(uint8_t*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH);

    //使能通道0的自动应答    
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_AA,0x01);    
    //使能通道0的接收地址  	 
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);
    //设置RF通信频率		  
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_CH,40);	     
    //选择通道0的有效数据宽度 	    
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);
    //设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启   
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);
    //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,PRIM_RX接收模式 
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+CONFIG, 0x0f); 
    //CE为高,进入接收模式 
  	CE_H;                               
}			


/**
 * @brief 切换NRF24L01到TX模式
 * 		  设置TX地址,写TX数据宽度,设置RX自动应答的地址
 * 		  选择RF频道,波特率和LNA HCURR PWR_UP,CRC使能
 * @param  
 */
void NRF24L01_TX_Mode(void)
{														 
	CE_L;	    
    //写TX节点地址 
  	NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+TX_ADDR,(uint8_t*)TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);    
    //设置TX节点地址,主要为了使能ACK	  
  	NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(uint8_t*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH); 

    //使能通道0的自动应答    
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_AA,0x01);     
    //使能通道0的接收地址  
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01); 
    //设置自动重发间隔时间:500us + 86us;最大自动重发次数:10次
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+SETUP_RETR,0x1a);
    //设置RF通道为40
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_CH,40);       
    //设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启   
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);  
    //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,PRIM_RX发送模式,开启所有中断
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+CONFIG,0x0e);    
    // CE为高,10us后启动发送
	CE_H;                                  
}

模块的使用：

根据以上.c 和 .h文件，我们在main.c中包含该头文件，并调用初始化函数，以下是使用实例：

  1. 发送：
    创建一个数组，将这个数组内容累加并发送出去：
/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t TestData[15] = {0x00};
/* USER CODE END PV */

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	NRF24L01_Init();    //NRF24L01 初始化, 查询是否存在NRF24L01
	NRF24L01_TX_Mode();//配置进入发送模式
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	  if(TestData[2] < 255)
	  {
		  for(int8_t i = 0; i < 15; i ++)
		  {
			TestData[i]++;
		  }
	  }
    else
    {
		  for(int8_t i = 0; i < 15; i ++)
		  {
			TestData[i] = 0;
		  }    
	}
   	  
	  NRF24L01_TxPacket(TestData); //发送数据
	  HAL_Delay(10);
    
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
  1. 接收：
    接收我们使用中断接收，不需要在主函数中轮询
    同样创建一个数组来接收数据
/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t TestData[15] = {0x00};

/* USER CODE END PV */


int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	NRF24L01_Init();    //NRF24L01 初始化, 查询是否存在NRF24L01
	NRF24L01_RX_Mode();//配置进入接收模式，
	NRF24L01_RxPacket(TestData); //接收一次
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}


//重构HAL库的外部中断回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
	NRF24L01_RxPacket(TestData);//接收一次数据
	HAL_UART_Transmit(&huart1, TestData, 15, 100);//将收到的数据通过串口发送出来
}

两块板子上电连上上位机即可看到实验现象：
在这里插入图片描述

标签：TX,SPI,RX,uint8,STM32,NRF24L01,模块,define
From： https://blog.csdn.net/g_y_m_/article/details/140643788

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