ALIENTKE
MiniSTM3开发板带有2种2.4G无线模块的接口：一个是NRF24L01模块；一个是安阳新世纪的JF24C模块。前者采用8脚插针方式与开发板连接，而后者采用贴板10PIN的方式与开发板连接，前者安装拆卸比较方便，后者价格更低。我们将以NRF24L01模块为例向大家介绍如何在ALIENTEK
MiniSTM32开发板上实现无线通信。本节分为如下几个部分：
3.19.1 NRF24L01/JF24C无线模块简介
3.19.2 硬件设计
3.19.3 软件设计
3.19.4 下载与测试
3.19.1 NRF24L01无线模块简介
NRF24L01无线模块，采用的芯片是NRF24L01，该芯片的主要特点如下：
1）2.4G全球开放的ISM频段，免许可证使用。
2）最高工作速率2Mbps，高校的GFSK调制，抗干扰能力强。
3）125个可选的频道，满足多点通信和调频通信的需要。
4）内置CRC检错和点对多点的通信地址控制。
5）低工作电压（1.9~3.6V）。
6）可设置自动应答，确保数据可靠传输。
该芯片通过SPI与外部MCU通信，最大的SPI速度可以达到10Mhz。关于该芯片的详细介绍，请参考24L01的技术手册。
JF24C与NRF24L01类似，同属2.4G频段的无线通信模块，与NRF24L01相比，JF24C的主要优势在成本上面，JF24C模块成本大概是NRF24L01模块的65%左右。其次是JF24C的RF功率比NRF24L01要大，JF24C的RF输出功率最大可设置到10dbm，而NRF24L01最大也就0dbm。不过JF24C的最大传输速率只有1Mbps，且没有NRF24L01的自动应答功能，如果要实现可靠传输，就必须用户程序来设计，事实上这种方式能更好的实现可靠传输，有更大的实用性，缺点就是编程比较麻烦。JF24C模块的资料，请大家参考其技术手册。
这两个无线模块各有优势，具体应用的时候，大家可以根据自己的实际情况来选择使用哪个模块。
3.19.2 硬件设计
本节实验功能简介：开机的时候先检测24L01是否存在，在检测到24L01之后，根据KEY0和KEY1的设置来决定24L01的工作模式，在设定好工作模式之后，就会不停的发送/接收数据，同样用DS0来指示程序正在运行。
所要用到的硬件资源如下：
1）STM32F103RBT6。
2）DS0（外部LED0）。
3）KEY0，KEY1。
4）TFTLCD液晶模块。
5）NRF24L01模块。
前面4个我们在之前的例程里面已经有介绍了，这里我们只介绍最后一个：NRF24L01模块。我们实验选择的是云佳科技的模块，该模块的引脚图如下：
图3.19.2.1 NRF24L01模块引脚图
开发板的2个无线模块与CPU接口原理图如下：
图3.19.2.2
NRF24L01模块、JF24C模块连接原理图
由于无线通信实验是双向的，所以至少要有两个模块同时能工作，这里我们使用2套ALIENTEK MiniSTM32开发板来向大家演示。
3.19.3 软件设计
打开上一节的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个NRF24L01的文件夹。然后新建一个24l01.c和24l01.h的文件保存在NRF24L01文件夹下，并将这个文件夹加入头文件包含路径。
打开24l01.c文件，输入如下代码：
#include "24l01.h"
#include "lcd.h"
#include "delay.h"
#include "spi.h"
//Mini STM32开发板
//NRF24L01 驱动函数
//正点原子@ALIENTEK
//2010/6/16
const u8 TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //发送地址
const u8 RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //发送地址
//初始化24L01的IO口
void NRF24L01_Init(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA口时钟
RCC->APB2ENR|=1<<4; //使能PORTC口时钟
GPIOA->CRL&=0XFFF000FF;//PA4输出
GPIOA->CRL|=0X00033300;
GPIOA->ODR|=7<<2; //PA2.3.4 输出1
GPIOC->CRL&=0XFF00FFFF;//PC4输出 PC5输出
GPIOC->CRL|=0X00830000;
GPIOC->ODR|=3<<4; //上拉
SPIx_Init(); //初始化SPI
NRF24L01_CE=0; //使能24L01
NRF24L01_CSN=1; //SPI片选取消
}
//检测24L01是否存在
//返回值:0，成功;1，失败
u8 NRF24L01_Check(void)
{
u8
buf[5]={0XA5,0XA5,0XA5,0XA5,0XA5};
u8 i;
SPIx_SetSpeed(SPI_SPEED_8); //spi速度为9Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz）
NRF24L01_Write_Buf(WRITE_REG+TX_ADDR,buf,5);//写入5个字节的地址.
NRF24L01_Read_Buf(TX_ADDR,buf,5); //读出写入的地址
for(i=0;i<5;i++)if(buf!=0XA5)break;
if(i!=5)return 1;//检测24L01错误
return 0; //检测到24L01
}
//SPI写寄存器
//reg:指定寄存器地址
//value:写入的值
u8 NRF24L01_Write_Reg(u8
reg,u8 value)
{
u8 status;
NRF24L01_CSN=0; //使能SPI传输
status
=SPIx_ReadWriteByte(reg);//发送寄存器号
SPIx_ReadWriteByte(value); //写入寄存器的值
NRF24L01_CSN=1; //禁止SPI传输
return(status); //返回状态值
}
//读取SPI寄存器值
//reg:要读的寄存器
u8 NRF24L01_Read_Reg(u8
reg)
{
u8 reg_val;
NRF24L01_CSN = 0; //使能SPI传输
SPIx_ReadWriteByte(reg); //发送寄存器号
reg_val=SPIx_ReadWriteByte(0XFF);//读取寄存器内容
NRF24L01_CSN = 1; //禁止SPI传输
return(reg_val); //返回状态值
}
//在指定位置读出指定长度的数据
//reg:寄存器(位置)
//*pBuf:数据指针
//len:数据长度
//返回值,此次读到的状态寄存器值
u8 NRF24L01_Read_Buf(u8
reg,u8 *pBuf,u8 len)
{
u8 status,u8_ctr;
NRF24L01_CSN = 0; //使能SPI传输
status=SPIx_ReadWriteByte(reg);//发送寄存器值(位置),并读取状态值
for(u8_ctr=0;u8_ctr<len;u8_ctr++)pBuf[u8_ctr]=SPIx_ReadWriteByte(0XFF);//读出数据
NRF24L01_CSN=1; //关闭SPI传输
return
status; //返回读到的状态值
}
//在指定位置写指定长度的数据
//reg:寄存器(位置)
//*pBuf:数据指针
//len:数据长度
//返回值,此次读到的状态寄存器值
u8 NRF24L01_Write_Buf(u8
reg, u8 *pBuf, u8 len)
{
u8 status,u8_ctr;
NRF24L01_CSN = 0; //使能SPI传输
status
= SPIx_ReadWriteByte(reg);//发送寄存器值(位置),并读取状态值
for(u8_ctr=0;
u8_ctr<len; u8_ctr++)SPIx_ReadWriteByte(*pBuf++); //写入数据
NRF24L01_CSN = 1; //关闭SPI传输
return
status; //返回读到的状态值
}
//启动NRF24L01发送一次数据
//txbuf:待发送数据首地址
//返回值:发送完成状况
u8 NRF24L01_TxPacket(u8
*txbuf)
{
u8 sta;
SPIx_SetSpeed(SPI_SPEED_8);//spi速度为9Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz）
NRF24L01_CE=0;
NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,txbuf,TX_PLOAD_WIDTH);//写数据到TX BUF 32个字节
NRF24L01_CE=1;//启动发送
while(NRF24L01_IRQ!=0);//等待发送完成
sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS); //读取状态寄存器的值
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+STATUS,sta); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
if(sta&MAX_TX)//达到最大重发次数
{
NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff);//清除TX
FIFO寄存器
return MAX_TX;
}
if(sta&TX_OK)//发送完成
{
return TX_OK;
}
return 0xff;//其他原因发送失败
}
//启动NRF24L01发送一次数据
//txbuf:待发送数据首地址
//返回值:0，接收完成；其他，错误代码
u8 NRF24L01_RxPacket(u8
*rxbuf)
{
u8 sta;
SPIx_SetSpeed(SPI_SPEED_8); //spi速度为9Mhz（24L01的最大SPI时钟为10Mhz）
sta=NRF24L01_Read_Reg(STATUS); //读取状态寄存器的值
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+STATUS,sta); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志
if(sta&RX_OK)//接收到数据
{
NRF24L01_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rxbuf,RX_PLOAD_WIDTH);//读取数据
NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff);//清除RX
FIFO寄存器
return 0;
}
return 1;//没收到任何数据
}
//该函数初始化NRF24L01到RX模式
//设置RX地址,写RX数据宽度,选择RF频道,波特率和LNA HCURR
//当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了
void RX_Mode(void)
{
NRF24L01_CE=0;
NRF24L01_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH);//写RX节点地址
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+EN_AA,0x01); //使能通道0的自动应答
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);//使能通道0的接收地址
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_CH,40); //设置RF通信频率
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);//选择通道0的有效数据宽度
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);//设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+CONFIG, 0x0f);//配置基本工作模式的参数 WR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式
NRF24L01_CE = 1; //CE为高,进入接收模式
}
//该函数初始化NRF24L01到TX模式
//设置TX地址,写TX数据宽度,设置RX自动应答的地址,填充TX发送数据,选择RF频道,波特率和LNA HCURR
//PWR_UP,CRC使能
//当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了
//CE为高大于10us,则启动发送.
void TX_Mode(void)
{
NRF24L01_CE=0;
NRF24L01_Write_Buf(WRITE_REG+TX_ADDR,(u8*)TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//写TX节点地址
NRF24L01_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH);
//设置TX节点地址,主要为了使能ACK
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+EN_AA,0x01); //使能通道0的自动应答
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01); //使能通道0的接收地址
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+SETUP_RETR,0x1a);//设置自动重发间隔时间:500us
+ 86us;最大自动重发次数:10次
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_CH,40); //设置RF通道为40
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f); //设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG+CONFIG,0x0e); //配置基本工作模式的参数WR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式,开启所有中断
NRF24L01_CE=1;//CE为高,10us后启动发送
}
此部分代码我们不多介绍，在这里强调一个要注意的地方，在NRF24L01_Init函数里面，我们调用了SPIx_Init()函数，但是这里痛实例17的初始化有点点区别，在实例17里面，SPI空闲的时候SCK是高电平的，而NRF24L01的SPI通信时序如下：
图3.19.3.1 NRF24L01读写操作时序
上图中Cn代表指令位，Sn代表状态寄存器位，Dn代表数据位。从图中可以看出，SCK在平时是低电平的，而数据在SCK的上升沿被读写。所以，我们需要设置SPI的CPOL和CPHA均为0，来满足NRF24L01对SPI操作的要求。
保存24l01.c文件，加入到HARDWARE组下。接下来打开24l01.h，输入如下代码：
#ifndef __24L01_H
#define __24L01_H
#include "sys.h"
//Mini STM32开发板
//NRF24L01 驱动函数
//正点原子@ALIENTEK
//2010/6/16
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//NRF24L01寄存器操作命令
#define READ_REG 0x00 //读配置寄存器,低5位为寄存器地址
#define WRITE_REG 0x20 //写配置寄存器,低5位为寄存器地址
#define RD_RX_PLOAD 0x61 //读RX有效数据,1~32字节
#define WR_TX_PLOAD 0xA0 //写TX有效数据,1~32字节
#define FLUSH_TX 0xE1 //清除TX FIFO寄存器.发射模式下用
#define FLUSH_RX 0xE2 //清除RX FIFO寄存器.接收模式下用
#define REUSE_TX_PL 0xE3 //重新使用上一包数据,CE为高,数据包被不断发送.
#define NOP 0xFF //空操作,可以用来读状态寄存器
//SPI(NRF24L01)寄存器地址
#define CONFIG 0x00 //配置寄存器地址;bit0:1接收模式,0发射模式;bit1:电选择;bit2:CRC模式;bit3:CRC使能;
//bit4:中断MAX_RT(达到最大重发次数中断)使能;bit5:中断TX_DS使能;bit6:中断RX_DR使能
#define EN_AA 0x01 //使能自动应答功能 bit0~5,对应通道0~5
#define EN_RXADDR 0x02 //接收地址允许,bit0~5,对应通道0~5
#define SETUP_AW 0x03 //设置地址宽度(所有数据通道):bit1,0:00,3字节;01,4字节;02,5字节;
#define SETUP_RETR 0x04 //建立自动重发;bit3:0,自动重发计数器;bit7:4,自动重发延时 250*x+86us
#define RF_CH 0x05 //RF通道,bit6:0,工作通道频率;
#define RF_SETUP 0x06 //RF寄存器;bit3:传输速率(0:1Mbps,1:2Mbps);bit2:1,发射功率;bit0:低噪声放大器增益
#define STATUS 0x07 //状态寄存器;bit0:TX FIFO满标志;bit3:1,接收数据通道号(最大:6);bit4,达到最多次重发
//bit5:数据发送完成中断;bit6:接收数据中断;
#define MAX_TX 0x10 //达到最大发送次数中断
#define TX_OK 0x20 //TX发送完成中断
#define RX_OK 0x40 //接收到数据中断
#define OBSERVE_TX 0x08 //发送检测寄存器,bit7:4,数据包丢失计数器;bit3:0,重发计数器
#define CD 0x09 //载波检测寄存器,bit0,载波检测;
#define RX_ADDR_P0 0x0A //数据通道0接收地址,最大长度5个字节,低字节在前
#define RX_ADDR_P1 0x0B //数据通道1接收地址,最大长度5个字节,低字节在前
#define RX_ADDR_P2 0x0C //数据通道2接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P3 0x0D //数据通道3接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P4 0x0E //数据通道4接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P5 0x0F //数据通道5接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define TX_ADDR 0x10 //发送地址(低字节在前),ShockBurstTM模式下,RX_ADDR_P0与此地址相等
#define RX_PW_P0 0x11 //接收数据通道0有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P1 0x12 //接收数据通道1有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P2 0x13 //接收数据通道2有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P3 0x14 //接收数据通道3有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P4 0x15 //接收数据通道4有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P5 0x16 //接收数据通道5有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define FIFO_STATUS 0x17 //FIFO状态寄存器;bit0,RX
FIFO寄存器空标志;bit1,RX FIFO满标志;bit2,3,保留
//bit4,TX FIFO空标志;bit5,TX FIFO满标志;bit6,1,循环发送上一数据包.0,不循环;
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//24L01操作线
#define NRF24L01_CE PAout(4) //24L01片选信号
#define NRF24L01_CSN PCout(4) //SPI片选信号
#define NRF24L01_IRQ PCin(5) //IRQ主机数据输入
//24L01发送接收数据宽度定义
#define TX_ADR_WIDTH 5 //5字节的地址宽度
#define RX_ADR_WIDTH 5 //5字节的地址宽度
#define TX_PLOAD_WIDTH 32 //20字节的用户数据宽度
#define RX_PLOAD_WIDTH 32 //20字节的用户数据宽度
void NRF24L01_Init(void);//初始化
void RX_Mode(void);//配置为接收模式
void TX_Mode(void);//配置为发送模式
u8 NRF24L01_Write_Buf(u8
reg, u8 *pBuf, u8 u8s);//写数据区
u8 NRF24L01_Read_Buf(u8
reg, u8 *pBuf, u8 u8s);//读数据区
u8 NRF24L01_Read_Reg(u8
reg); //读寄存器
u8 NRF24L01_Write_Reg(u8
reg, u8 value);//写寄存器
u8 NRF24L01_Check(void);//检查24L01是否存在
u8 NRF24L01_TxPacket(u8
*txbuf);//发送一个包的数据
u8 NRF24L01_RxPacket(u8
*rxbuf);//接收一个包的数据
#endif
该部分代码，主要定义了一些24L01的命令字，以及函数声明，这里还通过TX_PLOAD_WIDTH和RX_PLOAD_WIDTH决定了发射和接收的数据宽度，也就是我们每次发射和接受的有效字节数。NRF24L01每次最多传输32个字节，再多的字节传输则需要多次传送。
保存24l01.h文件，接下来我们在主函数里面写入我们的实现代码，来达到我们所要求的功能。打开teset.c文件在该文件内修改main函数如下：
//收发都做在一个函数里面,通过按键来确定进入发送模式,还是接收模式 int
main(void)
{
u8 key,mode;
u16 t=0;
u8 tmp_buf[33];
Stm32_Clock_Init(9);//系统时钟设置
delay_init(72); //延时初始化
uart_init(72,9600); //串口1初始化
LCD_Init(); //初始化液晶
KEY_Init(); //按键初始化
LED_Init(); //LED初始化
NRF24L01_Init(); //初始化NRF24L01
POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
LCD_ShowString(60,50,"Mini
STM32");
LCD_ShowString(60,70,"NRF24L01 TEST");
LCD_ShowString(60,90,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(60,110,"2010/6/16");
while(NRF24L01_Check())//检测不到24L01
{
LCD_ShowString(60,130,"24L01 Check Failed!");
delay_ms(500);
LCD_ShowString(60,130,"Please
Check! ");
delay_ms(500);
LED0=!LED0;//DS0闪烁
}
LCD_ShowString(60,130,"24L01 Ready!");
LCD_ShowString(10,150,"KEY0:RX_Mode KEY1:TX_Mode");
while(1)//在该部分确定进入哪个模式!
{
key=KEY_Scan();
if(key==1)
{
mode=0;
break;
}else if(key==2)
{
mode=1;
break;
}
t++;
if(t==100) //闪烁显示提示信息
{
LCD_ShowString(10,150," ");//清空显示
}
if(t==200)
{
t=0;
LCD_ShowString(10,150,"KEY0:RX_Mode KEY1:TX_Mode");
}
delay_ms(5);
}
LCD_Fill(10,150,240,166,WHITE);//清空上面的显示
POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色
if(mode==0)//RX模式
{
LCD_ShowString(60,150,"NRF24L01 RX_Mode");
LCD_ShowString(60,170,"Received
DATA:");
RX_Mode();
while(1)
{
if(NRF24L01_RxPacket(tmp_buf)==0)//一旦接收到信息,则显示出来.
{
tmp_buf[32]=0;//加入字符串结束符
LCD_ShowString(0,190,tmp_buf);
}else delay_us(100);
t++;
if(t==10000)//大约1s钟改变一次状态
{
t=0;
LED0=!LED0;
}
};
}else//TX模式
{
LCD_ShowString(60,150,"NRF24L01 TX_Mode");
TX_Mode();
mode=' ';//从空格键开始
while(1)
{
if(NRF24L01_TxPacket(tmp_buf)==TX_OK)
{
LCD_ShowString(60,170,"Sended
DATA:");
LCD_ShowString(0,190,tmp_buf);
key=mode;
for(t=0;t<32;t++)
{
key++;
if(key>('~'))key='
';
tmp_buf[t]=key;
}
mode++;
if(mode>'~')mode='
';
tmp_buf[32]=0;//加入结束符
}else
{
LCD_ShowString(60,170,"Send
Failed ");
LCD_Fill(0,188,240,218,WHITE);//清空上面的显示
};
LED0=!LED0;
delay_ms(1500);
};
}
}
至此，我们整个实验的软件设计就完成了。
3.19.4 下载与测试
在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK MiniSTM32开发板上，可以看到LCD显示如下内容（默认NRF24L01已经接上了）：
图3.19.4.1 选择工作模式界面
通过KEY0和KEY1来选择NRF24L01模块所要进入的工作模式，我们两个开发板一个选择发送，一个选择接收就可以了。
设置好后通信界面如下：
图3.19.4.2 通信界面
| 
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