nRF24L01/nRF24L01+/nRF24L01p是一款新型單片射頻收發器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振盪器、調製器等功能模塊,並融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發射時，工作電流也只有9 mA;接收時，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節能設計更方便。

 

主要特性

GFSK調製：

硬件集成OSI鏈路層;

具有自動應答和自動再發射功能;

片內自動生成報頭和CRC校驗碼;

數據傳輸率為l Mb/s或2Mb/s;

SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s;

125個頻道：

與其他nRF24系列射頻器件相兼容;

QFN20引腳4 mm×4 mm封裝;

供電電壓為1.9 V～3.6 V。

 

引腳功能及描述

nRF24L01的封裝及引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下：

 

 

CE：使能發射或接收;

　　CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01：

　　IRQ：中斷標誌位;

　　VDD：電源輸入端;

　　VSS：電源地：

　　XC2，XC1：晶體振盪器引腳;

　　VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8 V;

　　ANT1,ANT2：天線接口;

IREF：參考電流輸入。

工作模式

通過配置寄存器可將nRF241L01配置為發射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表1所示。

 

模式	PWR_UP	PRIM_RX	CE	FIFO寄存器狀態
接收模式	1	1	1	-
發射模式	1	0	1	數據在TX FIFO 寄存器中
發射模式	1	0	1→0	停留在發送模式，直至數據發送完
待機模式2	1	0	1	TX FIFO 為空
待機模式1	1	-	0	無數據傳輸
掉電	0	-	-	-

表 （1）

　　待機模式1主要用於降低電流損耗，在該模式下晶體振盪器仍然是工作的;

　　待機模式2則是在當FIFO寄存器為空且CE=1時進入此沒收;

　　待機模式下，所有配置字仍然保留。

在掉電模式下電流損耗最小，同時nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。

 

工作原理

射數據時，首先將nRF24L01配置為發射模式：接着把接收節點地址TX_ADDR和有效數據TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區，TX_PLD必須在CSN為低時連續寫入，而TX_ADDR在發射時寫入一次即可，然後CE置為高電平並保持至少10μs，延遲130μs后發射數據;若自動應答開啟，那麼nRF24L01在發射數據后立即進入接收模式，接收應答信號（自動應答接收地址應該與接收節點地址TX_ADDR一致）。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應答，則自動重新發射該數據(自動重發已開啟)，若重發次數(ARC)達到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數據保留以便在次重發;MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產生中斷，通知MCU。最後發射成功時,若CE為低則nRF24L01進入空閑模式1;若發送堆棧中有數據且CE為高，則進入下一次發射;若發送堆棧中無數據且CE為高，則進入空閑模式2。

接收數據時,首先將nRF24L01配置為接收模式，接着延遲130μs進入接收狀態等待數據的到來。當接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數據包存儲在RX FIFO中，同時中斷標誌位RX_DR置高，IRQ變低，產生中斷，通知MCU去取數據。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發射狀態回傳應答信號。最後接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閑模式1。

 

 

 

 

配置字

SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸時先傳送低位字節，再傳送高位字節。但針對單個字節而言，要先送高位再送低位。與SPI相關的指令共有8個，使用時這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應的狀態和數據信息是從MISO輸出給MCU。

　　nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。nRF24L01

　　的配置寄存器共有25個，常用的配置寄存器如表2所示。

 

地址（H）	寄存器名稱	功能
00	CONFIG	設置24L01工作模式
01	EN_AA	設置接收通道及自動應答
02	EN_RXADDR	使能接收通道地址
03	SETUP_AW	設置地址寬度
04	SETUP_RETR	設置自動重發數據時間和次數
07	STATUS	狀態寄存器，用來判定工作狀態
0A~0F	RX_ADDR_P0~P5	設置接收通道地址
10	TX_ADDR	設置接收接點地址
11~16	RX_PW_P0~P5	設置接收通道的有效數據寬度

表 （2）

 

 

跳頻功能實現

由於2.4G頻段沒有使用授權限制，目前家用電器、手機、無線網絡都集中在此頻段，干擾問題難以避免。如何避開在家庭市場中易與其它無線傳輸間（Bluetooth、HomeRF）發生干擾成了首要解決的問題。

　　跳頻技術 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是在2.4GHz頻帶以一定的頻寬將其劃分為若干個無線電頻率信道（Radio Frequency Channel；RFC），並且以使用接收和發送兩端一樣的頻率跳躍模式（Frequency Hopping）來接發訊號及防止數據擷取。其工作原理是，收發雙方傳輸信號的載波按照預定規律進行離散變化。以達到避開干擾，完成傳輸。簡單的說，FHSS不是抑制干擾而是容忍干擾。圖3是跳頻實現的流程圖。

nRF24.L01是一款新型單片射頻收發器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振盪器、調製器等功能模塊,並融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發射時，工作電流也只有9 mA;接收時，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節能設計更方便。

 

主要特性

GFSK調製：

硬件集成OSI鏈路層;

具有自動應答和自動再發射功能;

片內自動生成報頭和CRC校驗碼;

數據傳輸率為l Mb/s或2Mb/s;

SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s;

125個頻道：

與其他nRF24系列射頻器件相兼容;

QFN20引腳4 mm×4 mm封裝;

供電電壓為1.9 V～3.6 V。

 

引腳功能及描述

nRF24L01的封裝及引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下：

 

 

CE：使能發射或接收;

　　CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01：

　　IRQ：中斷標誌位;

　　VDD：電源輸入端;

　　VSS：電源地：

　　XC2，XC1：晶體振盪器引腳;

　　VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8 V;

　　ANT1,ANT2：天線接口;

IREF：參考電流輸入。

工作模式

通過配置寄存器可將nRF241L01配置為發射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表1所示。

 

模式	PWR_UP	PRIM_RX	CE	FIFO寄存器狀態
接收模式	1	1	1	-
發射模式	1	0	1	數據在TX FIFO 寄存器中
發射模式	1	0	1→0	停留在發送模式，直至數據發送完
待機模式2	1	0	1	TX FIFO 為空
待機模式1	1	-	0	無數據傳輸
掉電	0	-	-	-

表 （1）

　　待機模式1主要用於降低電流損耗，在該模式下晶體振盪器仍然是工作的;

　　待機模式2則是在當FIFO寄存器為空且CE=1時進入此沒收;

　　待機模式下，所有配置字仍然保留。

在掉電模式下電流損耗最小，同時nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。

 

工作原理

射數據時，首先將nRF24L01配置為發射模式：接着把接收節點地址TX_ADDR和有效數據TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區，TX_PLD必須在CSN為低時連續寫入，而TX_ADDR在發射時寫入一次即可，然後CE置為高電平並保持至少10μs，延遲130μs后發射數據;若自動應答開啟，那麼nRF24L01在發射數據后立即進入接收模式，接收應答信號（自動應答接收地址應該與接收節點地址TX_ADDR一致）。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應答，則自動重新發射該數據(自動重發已開啟)，若重發次數(ARC)達到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數據保留以便在次重發;MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產生中斷，通知MCU。最後發射成功時,若CE為低則nRF24L01進入空閑模式1;若發送堆棧中有數據且CE為高，則進入下一次發射;若發送堆棧中無數據且CE為高，則進入空閑模式2。

接收數據時,首先將nRF24L01配置為接收模式，接着延遲130μs進入接收狀態等待數據的到來。當接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數據包存儲在RX FIFO中，同時中斷標誌位RX_DR置高，IRQ變低，產生中斷，通知MCU去取數據。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發射狀態回傳應答信號。最後接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閑模式1。

 

 

 

 

配置字

SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸時先傳送低位字節，再傳送高位字節。但針對單個字節而言，要先送高位再送低位。與SPI相關的指令共有8個，使用時這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應的狀態和數據信息是從MISO輸出給MCU。

　　nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。nRF24L01

　　的配置寄存器共有25個，常用的配置寄存器如表2所示。

 

地址（H）	寄存器名稱	功能
00	CONFIG	設置24L01工作模式
01	EN_AA	設置接收通道及自動應答
02	EN_RXADDR	使能接收通道地址
03	SETUP_AW	設置地址寬度
04	SETUP_RETR	設置自動重發數據時間和次數
07	STATUS	狀態寄存器，用來判定工作狀態
0A~0F	RX_ADDR_P0~P5	設置接收通道地址
10	TX_ADDR	設置接收接點地址
11~16	RX_PW_P0~P5	設置接收通道的有效數據寬度

表 （2）

跳頻功能實現

由於2.4G頻段沒有使用授權限制，目前家用電器、手機、無線網絡都集中在此頻段，干擾問題難以避免。如何避開在家庭市場中易與其它無線傳輸間（Bluetooth、HomeRF）發生干擾成了首要解決的問題。

　　跳頻技術 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是在2.4GHz頻帶以一定的頻寬將其劃分為若干個無線電頻率信道（Radio Frequency Channel；RFC），並且以使用接收和發送兩端一樣的頻率跳躍模式（Frequency Hopping）來接發訊號及防止數據擷取。其工作原理是，收發雙方傳輸信號的載波按照預定規律進行離散變化。以達到避開干擾，完成傳輸。簡單的說，FHSS不是抑制干擾而是容忍干擾。圖3是跳頻實現的流程圖。