NRF24L01 调试笔记

引

前几天想要做一个开源航模接收机，于是去淘宝看了下无线模块，以前有了解过NRF24L01，于是就下单了三片，一片才8块钱，真的划算。

初体验

到手后才知道这玩意是SPI协议，以前也只是听说过，没有实际写过有关SPI的东西，都是串口用得多，我寻思着太莽了不合适，正好卖家有一个这玩意的调试器（说是调试器，其实就是用AT命令来控制），于是又下单了两个。

到手后插上，灯闪烁，说明检测到模块了，于是打开串口工具，乱码。与卖家PY一番后得知这玩意传输的是中文字符串，还是GBK编码，真是裂开，以前知道硬件工程师一般比较落后，没想到这么落后。

基本配置

通过那个调试器我了解了这模块的一些基本操作。首先模块需要配置发送地址和接收地址（5字节），大概类似于配对，比如A模块的发送地址是0x11 0x22 0x33 0x44 0x55，接收地址是0x11 0x22 0x33 0x44 0x56，那么如果有一个B模块想要与A模块通信，就需要把B模块的发送地址配置为0x11 0x22 0x33 0x44 0x56，接收地址配置为0x11 0x22 0x33 0x44 0x55，还要设置同样的CRC校验以及同样的频段就可以相互通信了。

之前看的教程提到地址都不明确说，搞得我一头雾水。

SPI

有关SPI的介绍网上很多，这里不再赘述。但是要提一点，这玩意虽然硬件上是全双工，但是它和UART不一样，它并不是对等协议，也就是说从机不能主动发起通信，主机在拉低从机的片选信号后会控制SCLK信号，这时候从机才能发送给主机，也就是说这玩意在软件层面上还是属于半双工。

我使用的单片机是STM32，之前被坑了好久，与串口类似，SPI也有一系列HAL_SPI函数，比如HAL_SPI_Transmit和HAL_SPI_Receive，以及对应的_IT和_DMA，但是我们前面提到了SPI与串口的不同之处，也就是说，SPI的发送和接收是同时进行的，而且发送的长度和接收的长度相等，我在写串口的时候习惯于一直调用HAL_UART_Receive_IT来保证串口数据不会被丢失，因为串口可以抽象成一般的字节流，如果没有数据当然不会触发中断，但是SPI它不一样就在这里了，一旦调用HAL_SPI_Receive_IT就一定会触发中断，这时候得到的数据由MISO引脚的电平决定，也就是说无论有没有接设备，都一定能收到“数据”，这导致我之前调试的时候根本没接设备还能不停收到0或者255这一情况是懵逼的，后来才专门补了SPI的相关知识。

NRF24L01

Datasheet是很重要的资料，如果你还没有，可以从链接里下载。

命令

总的来说，NRF24L01使用SPI发送命令来控制，具体可以看Datasheet的8.3.1节。

每一组命令由片选信号下降沿开始，上升沿结束。具我自己的测试，STM32的硬件SPI片选好像不太行，得手动操作GPIO，每次发送命令前拉低片选引脚，发送和接收完毕后再拉高。

总共有11个命令，长度都是固定的1字节。操作寄存器可以用R_REGISTER和W_REGISTER，携带1～5字节的数据，前面提到过，SPI的发送和接收同时进行同时结束，拿读取寄存器来说，如果要读取5个字节的话，就得发送6个字节（有一个字节是命令本身），除了命令那个字节以为后面跟的是啥并不重要，可以设置为0xFF，同时也会收到6个字节，第一个字节固定是状态寄存器的值，后面5个字节才是实际读取的字节。写入寄存器的操作同理，比如对一个寄存器写入5个字节，就会发送6个字节，同时收到6个字节，但是收到的后面5个字节都没有意义（经过测试基本都是0）。

模式

主要有四种模式，可以通过设置寄存器和控制引脚来切换模式，具体可以看Datasheet 6.1.1的状态图。

掉电模式（Power Down Mode）

注意这并不是没有电的情况，这是模块上电后的默认模式，此时CONFIG寄存器的PWR_UP = 0，可以读取和设置寄存器，正如其名，功耗很低。

待机模式（Standby Modes）

待机模式有两个

待机模式1（Standby-I Mode）

在掉电模式下设置PWR_UP = 1即可进入待机模式1，这是我们使用模块收发的时候主要使用的模式。

待机模式2（Standby-II Mode）

这个模式需要从待机模式1进入。这个有点待发送那味，当发送缓冲区为空且PRIM_RX = 0，CE拉高的时候会进入这个模式，在这个模式下如果有数据填入发送缓冲区则会进入到发送模式，发送完毕后发送缓冲区清空，如果没有拉低CE则又会回到这个模式，否则回到待机模式1。

也就是说在这个模式下只要填入发送缓冲区，数据就会被发送出去。

接收模式（RX Mode）

用于接收数据。

在待机模式1下，CE拉高，PRIM_RX = 1即可进入这个模式。

一般来说这个模式下只能接收数据，但是Datasheet中提到

However, if the automatic protocol features (Enhanced ShockBurstTM) in the baseband protocol engine are enabled, the nRF24L01+ can enter other modes in order to execute the protocol.

说实话不太理解它的意思，如果有大佬能翻译一下实在感激不尽。

发送模式（TX Mode）

用于发送数据。

在待机模式1下，CE拉高，PRIM_RX = 0，发送缓冲区存在数据时即可进入这个模式。

编程指北

检测模块是否存在

一般的操作是写入5个字节的指定到TX_ADDR寄存器，然后再读取出来看是否一致。没什么难的，干就完事了。

初始化

首先要拉低CE，然后主要就是设置寄存器

CONFIG - 0x00

设置IRQ引脚行为，建议启用所有中断源，启用CRC校验，1字节，PWR_UP = 1，也就是0x0A。

EN_AA - 0x01

用于配置Enhanced ShockBurst，需要哪个通道就开哪个，默认全开，但是如果只是一对一通信的话只要开两个就好了，比如只开通道0和1，设置为0x03即可。

EN_RXADDR - 0x02

启用接收的通道，默认只开了通道1和通道0，即0x03。

SETUP_AW - 0x03

设置地址长度，默认是5字节（0x03）。

SETUP_RETR - 0x04

设置自动重发次数（3次）和重发延迟时间（500微秒）（0x13）。

Datasheet的注释中提到如果要使用250kbps速率，则需要把重发延迟时间设置为500微秒或更高，具体可以看7.4.2节。

RF_CH - 0x05

射频的频段，默认是0x02，也就是2.402GHZ。

RF_SETUP - 0x06

射频的速率和功率，具体去看Datasheet吧，我这里使用250kbps速率，0dbm功率，0x26。

RX_ADDR_P0 - 0x0A

接收通道0的接收地址，最长5字节，如果要使用Enhanced ShockBurst就得设置成和发送地址一样。

RX_ADDR_P1 - 0x0B

接收通道1的地址在开启Enhanced ShockBurst的情况下一般用这个通道来接收数据。

TX_ADDR - 0x10

发送地址，同样是自己设置。

DYNPD - 0x1C

接收通道动态载荷长度（Dynamic Payload Length），我们开启通道1和通道0，0x03。

FEATURE - 0x1D

三个设置项

• EN_DPL，启用动态载荷长度（Dynamic Payload Length），Datasheet中这里写错了，bit应该是1，而不是2。
• EN_ACK_PAY，启用Payload with ACK。
• EN_DYN_ACK，启用W_TX_PAYLOAD_NOACK命令。

默认是0x00，我们开启EN_DPL和EN_ACK_PAY，0x06。

发送和接收

Enhanced ShockBurst

最好先了解Enhanced ShockBurst是个什么玩意，怎么操作。后面的内容以Enhanced ShockBurst为基本，因为这个很好用。

大多数的无线通信在硬件上是半双工，当然我们可以通过软件方法抽象成全双工。Enhanced ShockBurst是ShockBurst的增强版，它自动帮我们完成应答（ACK）过程，同时接收端还可以设置应答的载荷（通过命令W_ACK_PAYLOAD来写入，发送方收到应答之后从通道0读取载荷）。要使用Enhanced ShockBurst，需要接收和发送两方都进行设置，

• 发送方配置ARC>0（默认为3），同时将通道0的接收地址设置为与发送地址相同，通过W_TX_PAYLOAD命令写入待发送数据，而不是W_TX_PAYLOAD_NOACK。
• 接收方配置EN_AA。

动态长度（Dynamic Payload Length）

一般单词发送的包可以携带32字节的载荷，但有时候我们并不需要这么长的载荷，所以可以通过这个功能来减少损耗。

需要发送和接收双方都要开启EN_DPL，接收方还要配置DYNPD寄存器开启各个通道的动态长度。

接收方可以用命令R_RX_PL_WID来读取FIFO中数据的实际长度。