【应用】nRF24L01无线模块在单片机与FPGA上的应用

筱肆 2014-04-13

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　　先简单的介绍下nRF24L01无线模块

　　(1) 2.4Ghz 全球开放ISM 频段免许可证使用

　　(2) 最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合

　　(3) 126 频道，满足多点通信和跳频通信需要

　　(4) 内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制

　　(5) 低功耗1.9 - 3.6V 工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA

　　(6) 内置2.4Ghz 天线，体积小巧15mm X29mm

　　(7) 模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便

　　通过SPI方式完成数据的交换，包括数据的发送，数据的接收。说明一下，单片机中如果没有SPI的硬件电路，我们可以使用单片机的普通IO口进行SPI的时序模拟，只要符合无线模块的时序逻辑，一样能控制无线模块的通信。FPGA是可编程逻辑，最大的特点就是灵活，用户可根据需求加入所需要的逻辑器件，当然它所包含的逻辑单元也是相当的丰富，有SPI硬件模块。这样用户就省去了SPI方式的时序逻辑，可以更好的专注于功能的开发。

　　下面将详细的介绍下nRF24L01无线模块在单片机与FPGA上的应用

单片机：这里我们使用的单片机型号为PIC16F877。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1.3 NRF24L01接入PIC的原理图

　　说明：从图1.3中可以看出，主要是图1.1中的6个信号（还有2个是地与电源）接入单片机中。而那些引脚是普通的IO口，需要用户模仿SPI时序进行控制。

　　无线模块进行数据的交换就是数据的发送与数据的接收，下面将从这2个方面进行介绍。不管是数据的发送还是数据的接收，要想控制好NRF24L01无线模块，先要通过SPI方式对无线模块进行配置，只需要往它对应的寄存器里写入数值便可。

　　先定义一下PIC上的宏，下面我们就可以很方便的对PIC的引脚进行操作。

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　　NRF24L01无线模块的寄存器

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　　有2类寄存器是用户可以根据自己的需求所确定的，那就是地址的长度以及内容、发送与接收数据的长度，但无线模块一次最多可以发送32个字节，这两类寄存器一般设置为3~4个字节。

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　　A 模拟SPI方式

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　　B 以SPI方式对寄存器的操作

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　　这样就可以对NRF24L01无线模块进行初始化工作，以及数据发送、数据接收。让无线模块是处于接收状态还是处于发送状态，初始化的工作有所不同，但区别不大，主要是CONFIG寄存器，可详细参考它的datesheet。

　　NRF24L01发送的初始化以及发送时序

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　　NRF24L01接收的初始化以及接收时序

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下面总结一下NRF24L01在FPGA的应用。

　　由于FPGA自带SPI硬件，只需要在SOPC Bulider中添加SPI模块即可，在顶层图中我们就可以看到图1.4,另外，我们再添加两个IO口，这样我们就不必再模拟SPI方式，在FPGA中，有一个很好的API函数alt_avalon_spi_command();其函数原型为：

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)

该函数执行以下功能：
    1、 SPI 从机片选信号有效（拉低）；
    2、从 wdata 指针读取数据，通过 SPI 接口传输总共 write_length 字节的数据，丢弃 MISO接口输入的数据；
    3、读 read_length 个字节的数据，存储到 read_data 指针指向的地址。读传输过程中 MOSI 被置为 0；
    4、撤销 SPI 从机片选信号（拉高）。
    头文件<altera_avalon_spi.h>，该头文件定义了 SPI 核的寄存器映射和访问硬件可用的一些特征常量。

这个函数的最大缺点就是不可以在中断中使用，但这并不影响对它的使用。NRF24L01在单片机和FPGA上的应用的本质是一样的，主要区别就是对上面的A、B SPI方式进行改写。

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

B 以SPI方式对寄存器的操作