nrf2401（单片射频收发芯片）

2023-05-07 40阅读

温馨提示：这篇文章已超过441天没有更新，请注意相关的内容是否还可用！

nrf2401

单片射频收发芯片

nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4~2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。nRF2401适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。

中文名	单片射频收发芯片
外文名	nrf2401
产品类型	电子芯片

简介

nrf2401

nRF2401

（最新版本为nRF2401A，nRF2401AG为无铅工艺版本）是由Nordic公司出品的单芯片无线收发芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz的全球免申请（ISM）频率。芯片包括一个完全集成的频率合成器，功率放大器，晶体振荡器和调制器。发射功率和工作频率等工作参数可以很容易的通过3线SPI端口完成。极低的电流消耗，在-5dBm的输出功率时仅为10.5mA，在接收模式时仅为18mA。掉电模式可以很容易的实现低功耗需求。

性能参数

小体积，QFN24 5x5mm封装

宽电压工作范围，1.9V~3.6V

工作温度范围，-40℃～+80℃

工作频率范围，2.400GHz～2.524GHz

数据传输速率，250Kbps、1Mbps

低功耗设计，接收时工作电流18mA，0dBm功率发射时13mA，掉电模式时仅为400uA

多通道工作模式，125个数据通道，通道切换时间≤200us，满足多点通讯和调频需要

硬件的CRC校验和点对多点的地址控制

SPI通讯端口，适合与各种MCU连接，编程简单

可通过软件设置工作频率、通讯地址、传输速率和数据包长度

MCU可通过接收完成引脚快判断是否完成数据接收

原理图

电路原理

nRF2401电路原理图

nRF2401原理图

引脚定义

nRF2401引脚定义

nrf2401

接线图

nRF2401与5V单片机的连接（只适用于高阻口）

nRF2401接线图

芯片结构

nRF2401内置地址解码器、先入后出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。QFN24引脚封装，外形尺寸只有5×5mm。

收发模式

nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定，具体配置将在器件配置部分详细介绍。

ShockBurstTM收发模式

ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。nRF2401的ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。

在ShockBurstTM收发模式下，nRF2401自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。

ShockBurstTM发射流程

接口引脚为CE，CLK1，DATA

A. 当微控制器有数据要发送时，其把CE置高，使nRF2401工作；

B. 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入nRF2401；

C. 微控制器把CE置低，激发nRF2401进行ShockBurstTM发射；

D. nRF2401的ShockBurstTM发射

给射频前端供电；

射频数据打包(加字头、CRC校验码)；

高速发射数据包；

发射完成，nRF2401进入空闲状态。

ShockBurstTM接收流程

接口引脚CE、DR1、CLK1和DATA(接收通道1)

A. 配置本机地址和要接收的数据包大小；

B. 进入接收状态，把CE置高；

C. 200us后，nRF2401进入监视状态，等待数据包的到来；

D. 当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，nRF2401自动把字头、地址和CRC校验位移去；

E. nRF2401通过把DR1(这个引脚一般引起微控制器中断)置高通知微控制器；

F. 微控制器把数据从nRF2401移出；

G. 所有数据移完，nRF2401把DR1置低，此时，如果CE为高，则等待下一个数据包，如果CE为低，开始其它工作流程。

直接收发模式

在直接收发模式下，nRF2401如传统的射频收发器一样工作。

直接发送模式

接口引脚为CE、DATA

A. 当微控制器有数据要发送时，把CE置高；

B. nRF2401射频前端被激活；

C. 所有的射频协议必须在微控制器程序中进行处理(包括字头、地址和CRC校验码)。

直接接收模式

接口引脚为CE、CLK1和DATA

A. 一旦nRF2401被配置为直接接收模式，DATA引脚将根据天线接收到的信号开始高低变化(由于噪声的存在)；

B. CLK1引脚也开始工作；

C. 一旦接收到有效的字头，CLK1引脚和DATA引脚将协调工作，把射频数据包以其被发射时的数据从DATA引脚送给微控制器；

D. 这头必须是8位；

E. DR引脚没用上，所有的地址和CRC校验必须在微控制器内部进行。

配置模式

在配置模式，15字节的配置字被送到nRF2401，这通过CS、CLK1和DATA三个引脚完成，具体的配置方法请参考本文的器件配置部分。

空闲模式

nRF2401的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是，实现节能的同时，缩短芯片的起动时间。在空闲模式下，部分片内晶振仍在工作，此时的工作电流跟外部晶振的频率有关，如外部晶振为4MHz时工作电流为12uA，外部晶振为16MHz时工作电流为32uA。在空闲模式下，配置字的内容保持在nRF2401片内。

关机模式

在关机模式下，为了得到最小的工作电流，一般此时的工作电流小于1uA。关机模式下，配置字的内容也会被保持在nRF2401片内，这是该模式与断电状态最大的区别。

器件配置

nRF2401的所有配置工作都是通过CS、CLK1和DATA三个引脚完成，把其配置为ShockBurstTM收发模式需要15字节的配置字，而如把其配置为直接收发模式只需要2字节的配置字。由上文对nRF2401工作模式的介绍，我们可以知道，nRF2401一般工作于ShockBurstTM收发模式，这样，系统的程序编制会更加简单，并且稳定性也会更高，因此，下文着重介绍把nRF2401配置为ShockBurstTM收发模式的器件配置方法。

ShockBurstTM的配置字使nRF2401能够处理射频协议，在配置完成后，在nRF2401工作的过程中，只需改变其最低一个字节中的内容，以实现接收模式和发送模式之间切换。ShockBurstTM的配置字可以分为以下四个部分：

数据宽度：声明射频数据包中数据占用的位数。这使得nRF2401能够区分接收数据包中的数据和CRC校验码；

地址宽度：声明射频数据包中地址占用的位数。这使得nRF2401能够区分地址和数据；

地址：接收数据的地址，有通道1的地址和通道2的地址；

CRC：使nRF2401能够生成CRC校验码和解码。

当使用nRF2401片内的CRC技术时，要确保在配置字中CRC校验被使能，并且发送和接收使用相同的协议。

在配置模式下，注意保证PWR_UP引脚为高电平，CE引脚为低电平。配置字从最高位开始，依次送入nRF2401。在CS引脚的下降沿，新送入的配置字开始工作。

PCB设计

PCB设计对nRF2401的整体性能影响很大，所以PCB设计在nRF2401收发系统的开发过程中主要的工作之一，在PCB设计时，必须考虑到各种电磁干扰，注意调整电阻、电容和电感的位置，特别要注意电容的位置。

nRF2401的PCB一般都是双层板，底层一般不放置元件，为地层，顶层的空余地方一般都敷上铜，这些敷铜通过过孔与底层的地相连。直流电源及电源滤波电容尽量靠近VDD引脚。nRF2401的供电电源应通过电容隔开，这样有利于给nRF2401提供稳定的电源。在PCB中，尽量多打一些通孔，使顶层和底层的地能够充分接触。

nRF2401通过ShockBurstTM收发模式进行无线数据发送，收发可靠，其外形尺寸小，需要的外围元器件也少，因此，使用方便，在工业控制、消费电子等各个领域都具有广阔的应用前景。

参考程序

#include

//只需要把自己单片机的I/O口接上对应

sbit MISO = P1^3;

sbit MOSI = P1^4;

sbit CK = P1^5;

sbit CE = P1^6;

sbit CSN = P3^7;

sbit IRQ = P1^2;

sbit LED2 = P3^5;

sbit LED1 = P3^4;

sbit KEY1 = P3^0;

sbit KEY2 = P3^1;

//SPI(nRF24L01)commands

#define EAD_REG 0x00 //Definereadcommandtoregister

#define ITE_REG 0x20 //Definewritecommandtoregister

#define D_RX_PLOAD 0x61 //DefineRXpayloadregisteraddress

#define LOAD 0xA0 //DefineTXpayloadregisteraddress

#define FLUSH_TX 0xE1 //DefineflushTXregistercommand

#define FLUSH_RX 0xE2 //DefineflushRXregistercommand

#define EUSE_TX_PL 0xE3 //DefinereuseTXpayloadregistercommand

#define 0xFF //DefineNoOperation,mightbeusedtoreadstatusregister

//***************************************************//

//SPI(nRF24L01)registers(addresses)

#define CONFIG 0x00 //'Config' registeraddress

#define EN_AA 0x01 //'Enable AutoAcknowledgment'registeraddress

#define EN_RXADDR 0x02 //'Enabled RXaddresses'registeraddress

#define ETUP_AW 0x03 //'Setup addresswidth'registeraddress

#define ETUP_RETR 0x04 //'Setup Auto.Retrans'registeraddress

#define F_CH 0x05 //'RF channel'registeraddress

#define F_SETUP 0x06 //'RF setup'registeraddress

#define ATUS 0x07 //'Status' registeraddress

#define BSERVE_TX 0x08 //'Observe TX'registeraddress

#define CD 0x09 //'Carrier Detect'registeraddress

#define ADDR_P0 0x0A //'RX addresspipe0'registeraddress

#define ADDR_P1 0x0B //'RX addresspipe1'registeraddress

#define ADDR_P2 0x0C //'RX addresspipe2'registeraddress

#define ADDR_P3 0x0D //'RX addresspipe3'registeraddress

#define ADDR_P4 0x0E //'RX addresspipe4'registeraddress

#define ADDR_P5 0x0F //'RX addresspipe5'registeraddress

#define ADDR 0x10 //'TX address'registeraddress

#define 0x11 //'RX payloadwidth,pipe0'registeraddress

#define 1 0x12 //'RX payloadwidth,pipe1'registeraddress

#define 2 0x13 //'RX payloadwidth,pipe2'registeraddress

#define 3 0x14 //'RX payloadwidth,pipe3'registeraddress

#define 4 0x15 //'RX payloadwidth,pipe4'registeraddress

#define 5 0x16 //'RX payloadwidth,pipe5'registeraddress

#define FIFO_STATUS 0x17 //'FIFO StatusRegister'registeraddress

//------------------------------------------------------------//写一个字节到24L01，同时读出一个字节

uchar SPI_RW(ucharbyte)

{

uchar;

for (bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++)//output8-bit

{

MOSI = (byte&0x80);//output'byte',MSBtoMOSI

byte = (byte<<1);//shiftnextbitintoMSB..

SCK = 1;//SetSCKhigh..

byte |= MISO;//capturecurrentMISObit

SCK = 0;//..then setSCKlowagain

}

return(byte);//returnreadbyte

}

//向寄存器reg写一个字节，同时返回状态字节

uchar SPI_RW_Reg(BYTEreg,BYTEvalue)

{

uchar status;

CSN = 0;//CSNlow, initSPItransaction

status = SPI_RW(reg);//selectregister

SPI_RW(value);//..and writevaluetoit..

CSN = 1;//CSNhighagain

return(status);//returnnRF24L01statusbyte

}

//读出bytes字节的数据

uchar SPI_Read_Buf(BYTEreg,BYTE*pBuf,BYTEbytes)

{

uchar status,byte_ctr;

CSN = 0;//SetCSNlow,initSPItranaction

status = SPI_RW(reg);//Selectregistertowritetoandreadstatusbyte

for (byte_ctr=0;byte_ctr

pBuf[byte_ctr] = SPI_RW(0);//

CSN = 1;

return(status);//returnnRF24L01statusbyte

}

//写入bytes字节的数据

uchar SPI_Write_Buf(BYTEreg,BYTE*pBuf,BYTEbytes)

{

uchar status,byte_ctr;

CSN = 0;

status = SPI_RW(reg);

for (byte_ctr=0;byte_ctr

SPI_RW(*pBuf++);

CSN = 1;//SetCSNhighagain

return(status);//

}

//接收函数，返回1表示有数据收到，否则没有数据接受到

unsigned char nRF24L01_RxPacket(unsignedchar*rx_buf)

{

unsigned char revale=0;

//setinRXmode

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+CONFIG,0x0f);//SetPWR_UPbit,enableCRC(2bytes)&

Prim:RX.RX_DRenabled..

CE = 1;//SetCEpinhightoenableRXdevice

dalay130us();

sta = SPI_Read(STATUS);//readregisterSTATUS'svalue

if (RX_DR)//ifreceivedataready(RX_DR)interrupt

{

CE = 0;//standbymode

SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_buf,TX_PLOAD_WIDTH);//readreceivepayloadfrom

RX_FIFObuffer

revale = 1;

}

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,sta);//clearRX_DRorTX_DSorMAX_RTinterrupt flag

return revale;

}

//发送函数

voidn RF24L01_TxPacket(unsignedchar*tx_buf)

{

CE = 0;

//SPI_Write_Buf(WRITE_REG+TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//Writes

TX_AddresstonRF24L01

//SPI_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//

RX_Addr0sameasTX_AdrforAuto.Ack

SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,tx_buf,TX_PLOAD_WIDTH);//WritesdatatoTXpayload

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+CONFIG,0x0e);//SetPWR_UPbit,enableCRC(2bytes)&

Prim:TX.MAX_RT&TX_DSenabled..

CE = 1;

dalay10us();

CE = 0;

}

//配置函数

void nRF24L01_Config(void)

{

//initialio

CE = 0;//chipenable

CSN = 1;//Spidisable

SCK = 0;//Spiclockline inithigh

CE = 0;

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+CONFIG,0x0f);//SetPWR_UPbit,enableCRC(2bytes)&

Prim:RX.RX_DRenabled..

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_AA,0x01);

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);//EnablePipe0

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+SETUP_AW,0x02);//Setupaddresswidth=5bytes

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+SETUP_RETR,0x1a);//500us+86us,10retrans...

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_CH,0);

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x07);//TX_PWR:0dBm,Datarate:1Mbps,

LNA:HCURR

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);

SPI_Write_Buf(WRITE_REG+TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);

SPI_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);CE=1;//

}

//////////////////第三维编辑/////////////////////////////////////////////////////

参考资料

1.2.4G 无线芯片 NRF2401AG·微波EDA网

nrf2401（单片射频收发芯片）

nrf2401

单片射频收发芯片

简介

性能参数

原理图

电路原理

引脚定义

接线图

芯片结构

收发模式

ShockBurstTM收发模式

ShockBurstTM发射流程

ShockBurstTM接收流程

直接收发模式

直接接收模式

配置模式

空闲模式

关机模式

器件配置

参考程序

参考资料

相关阅读

大岗镇（广东省广州市南沙区下辖镇）

深圳市社会保险基金管理局（行政事务机构）

百色起义纪念馆（百色市旅游景区）

虚工作（双代号网络图中的虚拟工作）

目录[+]