nRF24L01/nRF24L01+/nRF24L01p是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。

 

主要特性

GFSK调制：

硬件集成OSI链路层;

具有自动应答和自动再发射功能;

片内自动生成报头和CRC校验码;

数据传输率为l Mb/s或2Mb/s;

SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s;

125个频道：

与其他nRF24系列射频器件相兼容;

QFN20引脚4 mm×4 mm封装;

供电电压为1.9 V～3.6 V。

 

引脚功能及描述

nRF24L01的封装及引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：

 

 

CE：使能发射或接收;

　　CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01：

　　IRQ：中断标志位;

　　VDD：电源输入端;

　　VSS：电源地：

　　XC2，XC1：晶体振荡器引脚;

　　VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V;

　　ANT1,ANT2：天线接口;

IREF：参考电流输入。

工作模式

通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表1所示。

 

模式	PWR_UP	PRIM_RX	CE	FIFO寄存器状态
接收模式	1	1	1	-
发射模式	1	0	1	数据在TX FIFO 寄存器中
发射模式	1	0	1→0	停留在发送模式，直至数据发送完
待机模式2	1	0	1	TX FIFO 为空
待机模式1	1	-	0	无数据传输
掉电	0	-	-	-

表 （1）

　　待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的;

　　待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此没收;

　　待机模式下，所有配置字仍然保留。

在掉电模式下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。

 

工作原理

射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。

接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。

 

 

 

 

配置字

SPI口为同步串行通信接口，最大传输速率为10 Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。但针对单个字节而言，要先送高位再送低位。与SPI相关的指令共有8个，使用时这些控制指令由nRF24L01的MOSI输入。相应的状态和数据信息是从MISO输出给MCU。

　　nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过SPI口访问。nRF24L01

　　的配置寄存器共有25个，常用的配置寄存器如表2所示。

 

地址（H）	寄存器名称	功能
00	CONFIG	设置24L01工作模式
01	EN_AA	设置接收通道及自动应答
02	EN_RXADDR	使能接收通道地址
03	SETUP_AW	设置地址宽度
04	SETUP_RETR	设置自动重发数据时间和次数
07	STATUS	状态寄存器，用来判定工作状态
0A~0F	RX_ADDR_P0~P5	设置接收通道地址
10	TX_ADDR	设置接收接点地址
11~16	RX_PW_P0~P5	设置接收通道的有效数据宽度

表 （2）

 

 

跳频功能实现

由于2.4G频段没有使用授权限制，目前家用电器、手机、无线网络都集中在此频段，干扰问题难以避免。如何避开在家庭市场中易与其它无线传输间（Bluetooth、HomeRF）发生干扰成了首要解决的问题。

　　跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是在2.4GHz频带以一定的频宽将其划分为若干个无线电频率信道（Radio Frequency Channel；RFC），并且以使用接收和发送两端一样的频率跳跃模式（Frequency Hopping）来接发讯号及防止数据撷取。其工作原理是，收发双方传输信号的载波按照预定规律进行离散变化。以达到避开干扰，完成传输。简单的说，FHSS不是抑制干扰而是容忍干扰。图3是跳频实现的流程图。

nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。

 

主要特性

GFSK调制：

硬件集成OSI链路层;

具有自动应答和自动再发射功能;

片内自动生成报头和CRC校验码;

数据传输率为l Mb/s或2Mb/s;

SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s;

125个频道：

与其他nRF24系列射频器件相兼容;

QFN20引脚4 mm×4 mm封装;

供电电压为1.9 V～3.6 V。

 

引脚功能及描述

nRF24L01的封装及引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：

 

 

CE：使能发射或接收;

　　CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01：

　　IRQ：中断标志位;

　　VDD：电源输入端;

　　VSS：电源地：

　　XC2，XC1：晶体振荡器引脚;

　　VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V;

　　ANT1,ANT2：天线接口;

IREF：参考电流输入。

工作模式

通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表1所示。

 

模式	PWR_UP	PRIM_RX	CE	FIFO寄存器状态
接收模式	1	1	1	-
发射模式	1	0	1	数据在TX FIFO 寄存器中
发射模式	1	0	1→0	停留在发送模式，直至数据发送完
待机模式2	1	0	1	TX FIFO 为空
待机模式1	1	-	0	无数据传输
掉电	0	-	-	-

表 （1）

　　待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的;

　　待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此没收;

　　待机模式下，所有配置字仍然保留。

在掉电模式下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。

 

工作原理

射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。

接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。

 

 

 

 

配置字

SPI口为同步串行通信接口，最大传输速率为10 Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。但针对单个字节而言，要先送高位再送低位。与SPI相关的指令共有8个，使用时这些控制指令由nRF24L01的MOSI输入。相应的状态和数据信息是从MISO输出给MCU。

　　nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过SPI口访问。nRF24L01

　　的配置寄存器共有25个，常用的配置寄存器如表2所示。

 

地址（H）	寄存器名称	功能
00	CONFIG	设置24L01工作模式
01	EN_AA	设置接收通道及自动应答
02	EN_RXADDR	使能接收通道地址
03	SETUP_AW	设置地址宽度
04	SETUP_RETR	设置自动重发数据时间和次数
07	STATUS	状态寄存器，用来判定工作状态
0A~0F	RX_ADDR_P0~P5	设置接收通道地址
10	TX_ADDR	设置接收接点地址
11~16	RX_PW_P0~P5	设置接收通道的有效数据宽度

表 （2）

跳频功能实现

由于2.4G频段没有使用授权限制，目前家用电器、手机、无线网络都集中在此频段，干扰问题难以避免。如何避开在家庭市场中易与其它无线传输间（Bluetooth、HomeRF）发生干扰成了首要解决的问题。

　　跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是在2.4GHz频带以一定的频宽将其划分为若干个无线电频率信道（Radio Frequency Channel；RFC），并且以使用接收和发送两端一样的频率跳跃模式（Frequency Hopping）来接发讯号及防止数据撷取。其工作原理是，收发双方传输信号的载波按照预定规律进行离散变化。以达到避开干扰，完成传输。简单的说，FHSS不是抑制干扰而是容忍干扰。图3是跳频实现的流程图。