详细介绍：NRF24L01工作原理
0.参考资料
1.NRF24L01无线通信模块
2.NRF24L01简介
NRF24L01是Nordic Semiconductor公司开发的一款单芯片2.4GHz无线收发器
可设置工作频率：2.400GHz~2.525GHz（2.400~2.4835GHz为全球ISM频段）
可配置数据传输速率：250kbps（仅+版本支持），1Mbps，2Mbps可配置3~5字节地址宽度，1~32字节有效载荷宽度
可配置发射功率：0dBm，-6dBm，-12dBm，-18dBm
dBm是功率的单位，计算方法：功率值与1毫瓦的比值，取以10为底的对数后再乘10
0dBm = 10^0mW = 1mW，-6dBm = 10^-0.6约等于1.25mW，-12dBm = 10^-1.2约等于0.063mW，-18dBm = 10^-1.8约等于0.016mW
1个发送通道，6个接收通道，支持一对多通信
Enhanced ShockBurst™，自动数据包组装和定时，自动应答，自动重传
其他高级作用：动态包长，应答附加载荷，动态应答
3.NRF24L01框图
框图的三部分
Baseband，基带信号处理，基带信号可以简单理解为1010……这样的二级制数据流
RF Transmitter，射频发射部分，作用就是把基带的1010……数据流，调制成适合天线发送的高频信号，随后通过天线发射出去
RF Receiver，射频接收部分，作用从天线接收高频信号，随后解调成1010……的数据流，传回基带信号部分
右边的6个引脚
CSN，SPI的片选，N表示低电平管用
通过SCK、MISO、MOSI，SPI通信引脚，有了SPI可以实现，写入数据，读取数据，配置寄存器等等功能，SPI通过读写寄存器，能够实现对芯片电路的掌控
IRQ，中断信号输出，当收到数据，发射成功，发送失败这些事件发送时，IRQ引脚会输出低电平跳变，IRQ可以配合STM32的外部中断，来实现中断式收发材料，也可以通过检查IRQ引脚电平，来查询事件有没有发生
CE，主要控制芯片的工作模式，CE置高电平，表示进入收发模式，开始运行；CE置低电平，表示退出收发模块，进入待机或停机
TX FIFOs和RX FIFOs
通过FIFO是一段存储器，可以称之为队列，简单来说就是排队，发送FIFO和接收FIFO都有3个层级，能够有3个数据包在FIFO排队，FIFO存储的是最关键的有用数据载荷，也就是待传输的1~32字节数据，发出的数据，行通过SPI的写TX FIFO指令，写入到TX FIFO里进行排队，随后控制芯片进入发送模式，之后这个数据就会转入到左边的射频发射器，进行发送，同理射频接收器，接收到数据后，倘若确认这个数据是我们必须的就会进入RX FIFO进行排队，之后通过SPI读RX FIFO指令
增强型ShockBurst基带引擎
就是一堆控制电路，控制整个发送、接收过程的执行，还有自动应答、自动重传这些功能的执行
Radio Control：
无线电控制
Power Management
VSS：电压负
VDD：电压正
IREF：参考电流，接一个电阻到GND就行了
DVDD：内部数字电源输出，接一个去耦电容
VDD_PA：功率放大器的电源输出，外面需要通过电路接到天线部分
XC1和XC2是晶振引脚，外部接晶振，给芯片给出射频信号的时钟
ANT1和ANT2就是天线，发送器的输出是天线，接收器输入也是天线
引脚定义
发送部分
GFSK：将基带发送的1010……数据流调制到2.4GHz的工作频率下
TX Filter：发送滤波器
PA：功率放大器
调制后的数据流，通过发送滤波器和PA功率放大器，输出到ANT1输出引脚天线
接收部分
LNA：低噪声放大器，调制后的数据流通过天线，天线信号会经过这里
RX Filter：接收滤波器
GFSK：解调，还原基带的1010……二进制数据流，随后写入到RX FIFOs中
4.硬件电路
参考手册有元器件的选型表、PCB的布局示例
5.主要工作流程
工作频率就是红色是待发送的基带信号，位速率就是信息传输速率（红线的位速率才是真正的信息传输速率），还要再生成绿线这样的载波，载波的频率一般比较高，就
发送部分：
如果基带信号的数据位是1，那么就让载波的频率升高一点再输出，如果基带信号的数据位是0，那么就让载波的频率降低一点再输出，调制后，蓝线信号会达到2.4GHz附近的高频，接收方收到蓝线信号时，若是发现频率比载波高，就认为接到1，反之，为0，这种调制方法就叫FSK，频移键控（频率的移动，受1010这样的“键”控制），而GFSK高斯频移键控，就是先把基带信号，通过高斯低通滤波器平滑处理一下，之后再进行FSK，最终的频率的过度更平滑，频谱特性更好
总结：
FSK就是数字版本的FM（调频），最终目的是，把一个设备的1010……数据流，借助无线电传给另一个设备
接收部分：
当接收方利用天线获得这样一共调试后的信号（蓝线波形）时，最初会进行GFSK解调，还原数据流，拆解数据包，比对接收地址
增强型ShockBurst基带引擎，有自动接收应答效果，发完一次波形后，接收方变为发送方，发送方变为接收方，传一个空数据包过去
6.数据包格式（芯片自动做完）
ShockBurst数据包（旧版）
1字节的前导码（1010交替）+3~5字节地址+1~32字节的有效载荷数据+1~2字节CRC校验码
Enhanced ShockBurst数据包
1字节的前导码（1010交替）+3~5字节地址+9位的包控制域+1~32字节的有效载荷数据+1~2字节CRC校验码
9位的包控制域：
6位有效载荷长度：为了动态包长设计，表示9位包控制域后面的有效载荷有几个字节
2PID：包标识符，为了支持自动应答和自动重发，发送方每发一个新的数据包时，PID就会自动自增，假如发送失败，那么发送方会自动重发，而重发的包，PID不会自增，这样接收方如果连续收到了两个PID一样的数据包，那它就可以知道，这是重发的数据包，是重复接收了，得丢掉
1位NO_ACK：不要应答标志位，0应答、1不应答
7.状态转移图
Undefined（未定义状态），直到VDD>=1.9V后经过100ms的上电复位，随后芯片进入Power Down掉电模式（芯片不会工作，同时拥有最低的功耗），将PWR_UP（寄存器里的一个位）置1，芯片经过Tpd2stby（用于晶振起振）这段时间后，就进入Standby-1待机模式1，如果PWR_UP（寄存器里的一个位）置0，回到Power Down掉电模式
在Standby-1待机模式1，PRIM_RX（寄存器的一个位）=1、CE=1，再经过130us，进入RX Mode接收模式（可以持续进入），接收后，倘若CE=0回到待机模式1
在Standby-1待机模式1，PRIM_RX（寄存器的一个位）=0、CE=1 10us（意思是10us就发一个数据包，假设一直给高电平就一直发），TX_FIFO不为空，再经过130us的TX发送设置后，进入TX Mode发送模式；PRIM_RX（寄存器的一个位）=0、CE=1，TX_FIFO为空，进入Standby-2待机模式2，在待机模式2，FIFO不为空，就会进入发送模式，FIFO为空后，又会回到待机模式2
8.模式控制
掉电模式： PWR_UP = 0
待机模式I： PWR_UP = 1，CE = 0
接收模式： PWR_UP = 1，CE = 1，PRIM_RX = 1
发送模式： PWR_UP = 1，CE = 1，PRIM_RX = 0
待机模式II：PWR_UP = 1，CE = 1，PRIM_RX = 0，发送FIFO空
9.一对多
第一步：PTX设备发出数据包，PRX设备地址匹配的接收通道收到数据包
第二步：PRX设备以相同地址发出应答包，PTX设备接收通道0收到应答包
10.自动应答和自动重传
正常的传输和应答过程
通过开始，MCU PTX进行UL，发送方单片机通过SPI写入要发送的数据，写入信息后，PTX设备开始产生发送波形，PRX设备，开始接收波形，在这个时刻，发送波形结束，同时PRX接收数据结束，因此，PRX设备IRQ引脚输出信号RX_DR，表示接受数据准备好了，RX_DR也是状态寄存器里的一位，查询状态寄存器的RX_DR位，也可以得知有没有收到资料，之后，MCU PRX，就能够通过SPI进行DL，把接收数据读走，不过数据传输还没有结束，在等待130us后，PRX设备会进入发送模式，PTX设备会进入接收模式，PRX设备向PTX设备在发送一个应答包
发送时受干扰丢包
通过第一次，发送PID=1的数据包，但该数据包在传输中丢失了，接收方没收到，自然不会有应答，所以，PTX转入接收模式后，收不到应答，在ARD（寄存器的位，用于配置自动重传时间）时间后，自动开始重传，PTX开始重传，如果发送数据包持续丢失，不会一直重传，寄存器里能够配置最大重传次数，达到最大重传数后，发送方状态寄存器的MAT_RT置1，表示达到了最大重传次数还没有发送成功
应答包丢失
最初PTX发送PID = 1的数据包，PRX接收正常，但是后面应答时，应答包丢失了，所以PTX没有收到应答，它认为发送失败，但其实，发生并没有失败，PRX已经收到了数据，只是应答丢失了，但PTX不知道，于是PTX会自动重传PID = 1的数据包，但是，PRX已经有了数据包，会丢弃PTX重传的数据包，通过PID值判断，缘于重传前和重传后的PID值相等（新数据包PID会自增，重传PID值不变）
浙公网安备 33010602011771号