基于MSP430的nRF905无线模块SPI发送实验

一、实验概述与核心目标

1. 实验定位

本实验基于TI MSP430系列单片机与Nordic nRF905无线射频芯片，利用SPI接口（通常为GPIO模拟SPI，因MSP430低端机型无硬件SPI）实现无线数据的发送。实验核心是掌握nRF905的ShockBurst™突发传输模式与SPI单字节写入时序。

2. 核心功能

• IO模拟SPI：通过普通GPIO引脚翻转，模拟SPI的SCK（时钟）、MOSI（主发从收）、MISO（主收从发）时序。
• nRF905初始化：通过SPI向nRF905写入配置字（频段、地址、CRC校验等）。
• 无线数据发送：将待发送数据写入nRF905发送寄存器，拉高控制引脚，触发射频发射。

二、硬件设计方案

1. 核心硬件选型

模块	型号	关键参数
主控MCU	MSP430G2553 / F5529	低功耗16位RISC内核，支持IO模拟SPI
无线模块	nRF905	433/868/915MHz ISM频段，最大50kbps，支持自动CRC与地址匹配
晶振	16MHz无源晶振	nRF905射频基准时钟

2. 引脚连接（IO模拟SPI方案）

由于MSP430G2系列等部分型号无硬件SPI，需使用4个普通GPIO模拟SPI时序。连接方式如下：

nRF905引脚	MSP430引脚	功能定义	IO方向
SCK	P1.5 (自行定义)	SPI时钟线	MSP430输出
MOSI	P1.7 (自行定义)	SPI主发从收（数据发送）	MSP430输出
MISO	P1.6 (自行定义)	SPI主收从发（读取状态）	MSP430输入
CSN	P1.4 (自行定义)	SPI片选（低电平有效）	MSP430输出
TRX_CE	P2.0 (自行定义)	发射/接收使能（高电平有效）	MSP430输出
TX_EN	P2.1 (自行定义)	发射模式使能（高电平有效）	MSP430输出
PWR_UP	P2.2 (自行定义)	模块上电控制（高电平有效）	MSP430输出
DR	P2.3 (自行定义)	数据就绪/发送完成中断引脚	MSP430输入

注意：以上引脚分配为通用约定，实际可根据MSP430的Port资源灵活调整。

三、软件设计与核心代码（基于IO模拟SPI）

1. 软件执行流程

1. MSP430初始化：配置GPIO的输入/输出方向，关闭看门狗。
2. SPI模拟初始化：将SCK、CSN、MOSI置为高电平（SPI空闲状态）。
3. nRF905配置：拉低CSN，通过SPI循环写入11字节的配置字（设定433MHz、10dBm发射功率、4字节地址宽度等）。
4. 发送模式切换：拉高TRX_CE并拉高TX_EN，使nRF905进入ShockBurst™发射模式。
5. 数据打包发送：拉低CSN，发送“写发送载荷”指令，随后连续写入发送数据；写完后拉高CSN；最后拉高TRX_CE触发发送。

2. 核心代码实现（C语言）

2.1 IO模拟SPI单字节发送函数

/* 
 * 函数功能：模拟SPI主机向从机发送一个字节
 * 时序说明：CPOL=0, CPHA=0 (空闲时钟低电平，上升沿采样)
 * 引脚假定：SCK->P1.5, MOSI->P1.7, CSN->P1.4
 */
void SPI_SendByte(unsigned char data)
{
    unsigned char i;
    for (i = 0; i < 8; i++)  // 循环发送8位
    {
        if ((data & 0x80) != 0)  // 判断最高位是1还是0
        { 
            P1OUT |= BIT7;   // MOSI = 1 (发送高电平)
        } else { 
            P1OUT &= ~BIT7;  // MOSI = 0 (发送低电平)
        }
        P1OUT |= BIT5;     // SCK = 1 (制造上升沿，让从机采样接收数据)
        data <<= 1;         // 左移一位，准备发送下一位
        P1OUT &= ~BIT5;    // SCK = 0 (时钟回到低电平)
    }
}

2.2 nRF905配置函数（写入11字节配置字）

/* 全局配置字数组：设定nRF905工作参数 */
unsigned char RFConf[11] = {
    0x00,       // 配置命令字头
    0x6C,       // CH_NO: 频道设置，433.2MHz
    0x0E,       // 输出功率10dBm，开启自动重发，正常模式
    0x44,       // 接收/发送地址宽度为4字节
    0x10, 0x10, // 接收/发送数据宽度为16字节
    0xE7, 0xE7, 0xE7, 0xE7, // 设置接收端地址 (4字节，需与发送方一致)
    0xDE        // CRC允许，16位CRC校验，晶振16MHz
};

/* 
 * 函数功能：初始化nRF905，写入配置字
 */
void Config_nRF905(void)
{
    unsigned char i;
    P1OUT &= ~BIT4; // CSN = 0 (拉低片选，使能SPI通信) 
    
    for (i = 0; i < 11; i++)
    {
        SPI_SendByte(RFConf[i]); // 逐字节写入配置字 
    }
    
    P1OUT |= BIT4;  // CSN = 1 (拉高片选，关闭SPI通信)
}

2.3 nRF905无线发送主逻辑

/* 宏定义与全局变量 */
#define WTP  0x20  // nRF905指令：写发送载荷 (Write TX Payload)
#define WTA  0x22  // nRF905指令：写发送地址 (Write TX Address)
#define TRX_CE_BIT  BIT0 // 假定 TRX_CE 连接在 P2.0
#define TX_EN_BIT  BIT1 // 假定 TX_EN 连接在 P2.1

unsigned char TxBuffer[16] = "Hello MSP430!"; // 待发送的数据包

/* 
 * 函数功能：将指定缓冲区数据通过nRF905发送出去
 * 参数 len: 发送数据的长度（最大32字节）
 */
void nRF905_SendData(unsigned char *TxBuf, unsigned char len)
{
    unsigned char i;
    
    /* 步骤1：将nRF905设置为发射模式 */
    P2OUT &= ~TRX_CE_BIT; // TRX_CE = 0
    P2OUT |= TX_EN_BIT;   // TX_EN   = 1 (进入发射模式) 
    __delay_cycles(100);  // 延时约几十微秒，等待模式稳定 
    
    /* 步骤2：写入发送数据 */
    P1OUT &= ~BIT4;  // CSN = 0
    SPI_SendByte(WTP); // 发送“写发送载荷”指令 
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        SPI_SendByte(TxBuf[i]); // 逐个字节写入数据
    }
    P1OUT |= BIT4;   // CSN = 1
    
    __delay_cycles(10); // 微小延时
    
    /* 步骤3：写入接收端地址（必须与接收方配置的地址完全一致）*/
    P1OUT &= ~BIT4;  // CSN = 0
    SPI_SendByte(WTA); // 发送“写发送地址”指令 
    for (i = 0; i < 4; i++)
    {
        SPI_SendByte(RFConf[4+i]); // 写入前面配置好的4字节地址
    }
    P1OUT |= BIT4;   // CSN = 1
    
    /* 步骤4：拉高TRX_CE，触发数据发送 */
    P2OUT |= TRX_CE_BIT; // TRX_CE = 1 (开始发射数据) 
    __delay_cycles(1000); // 等待发送完成（或使用DR引脚查询中断）
    
    /* 步骤5：发送完毕，拉低TRX_CE，回到待机模式 */
    P2OUT &= ~TRX_CE_BIT; // TRX_CE = 0
}

四、主程序调用示例

#include <msp430.h>

/* 此处需包含上述定义的宏、全局变量及函数声明 */

void main(void)
{
    WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;   // 关闭看门狗 
    
    /* 1. 初始化GPIO方向 */
    P1DIR |= (BIT4 + BIT5 + BIT7);  // P1.4(CSN), P1.5(SCK), P1.7(MOSI) 设为输出
    P1DIR &= ~BIT6;                 // P1.6(MISO) 设为输入
    P2DIR |= (TRX_CE_BIT + TX_EN_BIT); // P2.0/P2.1 设为输出
    P2OUT &= ~(TRX_CE_BIT + TX_EN_BIT); // 默认拉低控制引脚
    
    /* 2. 初始化SPI默认电平 */
    P1OUT |= (BIT4 + BIT5); // CSN=1 (默认不选中), SCK=1 (空闲高电平视情况，这里与函数内逻辑保持一致即可)
    
    /* 3. 上电并配置nRF905 */
    P2OUT |= BIT2;     // PWR_UP = 1 (给nRF905上电) 
    __delay_cycles(1000); // 等待模块上电稳定
    Config_nRF905();   // 写入配置字
    
    /* 4. 循环发送数据 */
    while(1)
    {
        nRF905_SendData(TxBuffer, 16); // 发送16字节数据
        __delay_cycles(1000000);       // 延时约几百毫秒，避免刷屏式发送
    }
}

参考代码 MSP430 无线模块nRF905 SPI接口发送实验 www.youwenfan.com/contentcnt/133664.html

五、关键注意事项

1. SPI时序与电平配合

• CPOL/CPHA匹配：MSP430模拟的SPI时序必须严格遵循nRF905的要求（一般为模式0：SCK空闲低电平，上升沿采样）。
• 建立与保持时间：在SCK的上升沿和下降沿之间，需加入微小的空语句延时（如__delay_cycles(1)），确保数据在nRF905内部建立时间和保持时间的容限内。

2. 电源与模式切换

• 上电等待：PWR_UP拉高后，nRF905内部的晶体振荡器起振需要一定时间（约几毫秒），务必加延时。
• 模式切换延时：当改变TRX_CE或TX_EN的电平时，nRF905的模式切换需要约650ns~1.5us的硬件稳定时间，代码中需微量延时。

3. 地址一致性

• 收发地址必须完全相同：发送方通过WTA指令写入的4字节地址，必须与接收方配置的接收地址（RFConf数组的第5到第8个元素）完全一致，否则接收方会自动丢弃数据包。