【基于GDF350的无线数字对讲机】2、NRF24L01的SPI通讯

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nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。
它的优点如下：
(1) 2.4Ghz 全球开放ISM 频段免许可证使用
(2) 最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合
(3) 126 频道，满足多点通信和跳频通信需要
(4) 内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制
(5) 低功耗1.9 - 3.6V 工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA

模块及原理图如下:

今天就来用GD32F350来驱动下这个芯片,NRF24L01使用SPI通讯，GDF350提供了两个SPI接口，我们使用SPI1来连接.用到的引脚PB6,PB6,PB12,PB13,PB14,PB15.复用功能0.
连接图如下：

关于SPI总线四种工作方式科普下，我当年就对这个不清楚。
CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。
CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。
NRF24L01数据手册上给的时序图如下：

从中可以看出在配置SPI时钟极性的时候，应该配置为：同步时钟空闲状态为低电平，在同步时钟的第一个跳变沿数据被采样。（SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE）

1. /*
   
2. * 函数名：spi_config
   
3. * 描述  ：SPI接口初始化
   
4. * 输入  ：
   
5. * 输出  ：
   
6. * 调用  ：api接口
   
7. */
   
8. void spi_config(void)
   
9. {
   
10.     spi_parameter_struct SPI_InitStructure;
    
11. 
    
12.     /* 使能 SPI1 相关 GPIO 的时钟 */
    
13.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    
14.     rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI1);
    
15. 
    
16.     /* 配置CS pin : Pb.12 */
    
17.     /* 配置ce pin : Pb.6 */
    
18.     gpio_mode_set(GPIOB,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,PIN_CS|PIN_CE);
    
19.     gpio_output_options_set(GPIOB,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_2MHZ,PIN_CS|PIN_CE);
    
20. 
    
21.     /*配置SPI_NRF_SPI的IRQ引脚，PB7 */
    
22.     gpio_mode_set(GPIOB,GPIO_MODE_INPUT,GPIO_PUPD_NONE,PIN_IRQ);
    
23. 
    
24.     /* 配置 SCK  MISO MOSI*/
    
25.     gpio_af_set(GPIOB,GPIO_AF_0,PIN_MISO|PIN_MOSI|PIN_SCK);
    
26.     gpio_mode_set(GPIOB,GPIO_MODE_AF,GPIO_PUPD_NONE,PIN_SCK|PIN_MISO|PIN_MOSI);
    
27.     gpio_output_options_set(GPIOB,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_10MHZ,PIN_SCK|PIN_MISO|PIN_MOSI);
    
28. 
    
29.     /* 这是自定义的宏，用于拉高csn引脚，NRF进入空闲状态 */
    
30.     NRF_CSN_HIGH();
    
31. 
    
32.     /* SPI1 配置*/
    
33.     SPI_InitStructure.trans_mode = SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX;
    
34.     SPI_InitStructure.device_mode = SPI_MASTER;
    
35.     SPI_InitStructure.frame_size = SPI_FRAMESIZE_8BIT;
    
36.     SPI_InitStructure.nss = SPI_NSS_SOFT;
    
37.     SPI_InitStructure.clock_polarity_phase = SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE;
    
38.     SPI_InitStructure.prescale = SPI_PSC_8;
    
39.     SPI_InitStructure.endian = SPI_ENDIAN_MSB;
    
40.     spi_init(SPI1, &SPI_InitStructure);
    
41. 
    
42.     spi_enable(SPI1);
    
43. }

复制代码

还有CE,CS,IRQ这个按手册上配置就是了。没有什么技术难度。关于NRF24L01的驱动代码我也发出来

1. /*!
   
2.     \file  nRF24L01.h
   
3.     \brief 2.4GHz High-speed wireless transceiver chip(nRF24L01) driver.
   
4. */
   
5. 
   
6. /*
   
7.     Copyright (C) 2018 sunsjw
   
8. 
   
9.     2018-09-09, V1.0.0
   
10. */
    
11. #include "gd32f3x0.h"                   // Device header
    
12. 
    
13. #include "nRF24L01.h"
    
14. #include "spi_api.h"
    
15. #include "systick.h"
    
16. 
    
17. 
    
18. // 定义一个静态发送地址
    
19. static uint8_t TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH] = {0x34,0x43,0x10,0x10,0x01};
    
20. static uint8_t RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH] = {0x34,0x43,0x10,0x10,0x01};
    
21. uint8_t cdVal;
    
22. uint8_t PackLoss;
    
23. NRF_Mode _nRFMode;
    
24. 
    
25. /*
    
26. * 函数名：nRF24L01_Init
    
27. * 描述  ：nRF24L01 初始化
    
28. * 输入  ：
    
29. * 输出  ：
    
30. * 调用  ：api接口
    
31. */
    
32. void nRF24L01_Init(void)
    
33. {
    
34.     spi_config();
    
35.     _nRFMode = Unknow;
    
36. }
    
37. 
    
38. /*
    
39. * 函数名：SPI_NRF_WriteReg
    
40. * 描述  ：用于向NRF特定的寄存器写入数据
    
41. * 输入  ：reg:NRF的命令+寄存器地址。
    
42.            dat:将要向寄存器写入的数据
    
43. * 输出  ：NRF的status寄存器的状态
    
44. * 调用  ：内部调用
    
45. */
    
46. uint8_t SPI_NRF_WriteReg(uint8_t reg,uint8_t dat)
    
47. {
    
48.     uint8_t status;
    
49.     spi_ce_disable();
    
50.     /*置低CSN，使能SPI传输*/
    
51.     spi_cs_enable();
    
52. 
    
53.     /*发送命令及寄存器号 */
    
54.     status = spi_write(reg);
    
55. 
    
56.     /*向寄存器写入数据*/
    
57.     spi_write(dat);
    
58. 
    
59.     /*CSN拉高，完成*/
    
60.     spi_cs_disable();
    
61. 
    
62.     /*返回状态寄存器的值*/
    
63.     return(status);
    
64. }
    
65. 
    
66. 
    
67. /*
    
68. * 函数名：SPI_NRF_ReadReg
    
69. * 描述  ：用于从NRF特定的寄存器读出数据
    
70. * 输入  ：reg:NRF的命令+寄存器地址。
    
71. * 输出  ：寄存器中的数据
    
72. * 调用  ：内部调用
    
73. */
    
74. uint8_t SPI_NRF_ReadReg(uint8_t reg)
    
75. {
    
76.     uint8_t reg_val;
    
77. 
    
78.     spi_ce_disable();
    
79.     /*置低CSN，使能SPI传输*/
    
80.     spi_cs_enable();
    
81. 
    
82.     /*发送寄存器号*/
    
83.     spi_write(reg);
    
84. 
    
85.     /*读取寄存器的值 */
    
86.     reg_val = spi_write(NOP);
    
87. 
    
88.     /*CSN拉高，完成*/
    
89.     spi_cs_disable();
    
90. 
    
91.     return reg_val;
    
92. }
    
93. 
    
94. 
    
95. /*
    
96. * 函数名：SPI_NRF_ReadBuf
    
97. * 描述  ：用于从NRF的寄存器中读出一串数据
    
98. * 输入  ：reg:NRF的命令+寄存器地址。
    
99.            pBuf：用于存储将被读出的寄存器数据的数组，外部定义
    
100.            bytes: pBuf的数据长度
     
101. * 输出  ：NRF的status寄存器的状态
     
102. * 调用  ：外部调用
     
103. */
     
104. uint8_t SPI_NRF_ReadBuf(uint8_t reg,uint8_t *pBuf,uint8_t bytes)
     
105. {
     
106.     uint8_t status, byte_cnt;
     
107. 
     
108.     spi_ce_disable();
     
109.     /*置低CSN，使能SPI传输*/
     
110.     spi_cs_enable();
     
111. 
     
112.     /*发送寄存器号*/
     
113.     status = spi_write(reg);
     
114. 
     
115.     /*读取缓冲区数据*/
     
116.     for(byte_cnt=0; byte_cnt<bytes; byte_cnt++)
     
117.         pBuf[byte_cnt] = spi_write(NOP); //从NRF24L01读取数据
     
118. 
     
119.     /*CSN拉高，完成*/
     
120.     spi_cs_disable();
     
121. 
     
122.     return status;      //返回寄存器状态值
     
123. }
     
124. 
     
125. 
     
126. 
     
127. /*
     
128. * 函数名：SPI_NRF_WriteBuf
     
129. * 描述  ：用于向NRF的寄存器中写入一串数据
     
130. * 输入  ：reg:NRF的命令+寄存器地址。
     
131.            pBuf：存储了将要写入写寄存器数据的数组，外部定义
     
132.            bytes: pBuf的数据长度
     
133. * 输出  ：NRF的status寄存器的状态
     
134. * 调用  ：外部调用
     
135. */
     
136. uint8_t SPI_NRF_WriteBuf(uint8_t reg,uint8_t *pBuf,uint8_t bytes)
     
137. {
     
138.     uint8_t status,byte_cnt;
     
139.     spi_ce_disable();
     
140.     /*置低CSN，使能SPI传输*/
     
141.     spi_cs_enable();
     
142. 
     
143.     /*发送寄存器号*/
     
144.     status = spi_write(reg);
     
145. 
     
146.     /*向缓冲区写入数据*/
     
147.     for(byte_cnt=0; byte_cnt<bytes; byte_cnt++)
     
148.         spi_write(*pBuf++);    //写数据到缓冲区
     
149. 
     
150.     /*CSN拉高，完成*/
     
151.     spi_cs_disable();
     
152. 
     
153.     return (status);    //返回NRF24L01的状态
     
154. }
     
155. 
     
156. /*
     
157. * 函数名：NRF_RX_Mode
     
158. * 描述  ：配置并进入接收模式
     
159. * 输入  ：无
     
160. * 输出  ：无
     
161. * 调用  ：外部调用
     
162. */
     
163. void NRF_RX_Mode(void)
     
164. {
     
165.     _nRFMode = Recv;
     
166. 
     
167.     spi_ce_disable();
     
168. 
     
169.     SPI_NRF_WriteBuf(W_REGISTER+RX_ADDR_P0,RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH);//写RX节点地址
     
170. 
     
171.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+EN_AA,0x01);    //使能通道0的自动应答
     
172. 
     
173.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+EN_RXADDR,0x01);//使能通道0的接收地址
     
174. 
     
175.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+RF_CH,CHANAL);      //设置RF通信频率
     
176. 
     
177.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);//选择通道0的有效数据宽度
     
178. 
     
179.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+RF_SETUP,0x0f); //设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启
     
180. 
     
181.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+CONFIG, 0x0f);  //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式
     
182. 
     
183.     /*CE拉高，进入接收模式*/
     
184.     spi_ce_enable();
     
185. }
     
186. 
     
187. /*
     
188. * 函数名：NRF_TX_Mode
     
189. * 描述  ：配置发送模式
     
190. * 输入  ：无
     
191. * 输出  ：无
     
192. * 调用  ：外部调用
     
193. */
     
194. void NRF_TX_Mode(void)
     
195. {
     
196.     _nRFMode = Send;
     
197. 
     
198.     spi_ce_disable();
     
199. 
     
200.     SPI_NRF_WriteBuf(W_REGISTER+TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);    //写TX节点地址
     
201. 
     
202.     SPI_NRF_WriteBuf(W_REGISTER+RX_ADDR_P0,RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH); //设置TX节点地址,主要为了使能ACK
     
203. 
     
204.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+EN_AA,0x01);     //使能通道0的自动应答
     
205. 
     
206.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+EN_RXADDR,0x01); //使能通道0的接收地址
     
207. 
     
208.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+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
     
209. 
     
210.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+RF_CH,CHANAL);       //设置RF通道为CHANAL
     
211. 
     
212.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+RF_SETUP,0x0f);  //设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启
     
213. 
     
214.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+CONFIG,0x0e);    //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,发射模式,开启所有中断
     
215. 
     
216.     /*CE拉高，进入发送模式*/
     
217.     spi_ce_enable();
     
218.     delay_10us(1); //CE要拉高一段时间才进入发送模式
     
219. }
     
220. 
     
221. 
     
222. 
     
223. /*
     
224. * 函数名：NRF_Check
     
225. * 描述  ：主要用于NRF与MCU是否正常连接
     
226. * 输入  ：无
     
227. * 输出  ：SUCCESS/ERROR 连接正常/连接失败
     
228. * 调用  ：外部调用
     
229. */
     
230. uint8_t NRF_Check(void)
     
231. {
     
232.     uint8_t buf[5]= {0xC2,0xC2,0xC2,0xC2,0xC2};
     
233.     uint8_t buf1[5];
     
234.     uint8_t i;
     
235. 
     
236.     /*写入5个字节的地址.  */
     
237.     SPI_NRF_WriteBuf(W_REGISTER+TX_ADDR,buf,5);
     
238. 
     
239.     /*读出写入的地址 */
     
240.     SPI_NRF_ReadBuf(TX_ADDR,buf1,5);
     
241. 
     
242.     /*比较*/
     
243.     for(i=0; i<5; i++)
     
244.     {
     
245.         if(buf1[i]!=0xC2)
     
246.             break;
     
247.     }
     
248. 
     
249.     if(i==5)
     
250.         return SUCCESS ;        //MCU与NRF成功连接
     
251.     else
     
252.         return ERROR ;        //MCU与NRF不正常连接
     
253. }
     
254. 
     
255. 
     
256. /*
     
257. * 函数名：NRF_Tx_Dat
     
258. * 描述  ：用于向NRF的发送缓冲区中写入数据
     
259. * 输入  ：txBuf：存储了将要发送的数据的数组，外部定义
     
260. * 输出  ：发送结果，成功返回TXDS,失败返回MAXRT或ERROR
     
261. * 调用  ：外部调用
     
262. */
     
263. uint8_t NRF_Tx_Dat(uint8_t *txbuf)
     
264. {
     
265.     uint8_t state;
     
266. 
     
267.     /*ce为低，进入待机模式1*/
     
268.     spi_ce_disable();
     
269. 
     
270.     /*写数据到TX BUF 最大 32个字节*/
     
271.     SPI_NRF_WriteBuf(W_TX_PAYLOAD,txbuf,TX_PLOAD_WIDTH);
     
272. 
     
273.     /*CE为高，txbuf非空，发送数据包 */
     
274.     spi_ce_enable();
     
275. 
     
276.     /*等待发送完成中断 */
     
277.     while(read_IRQ() != RESET)
     
278.     {
     
279.         if(_nRFMode == Recv)
     
280.             return MODECHANGE;
     
281.     }
     
282. 
     
283.     /*读取状态寄存器的值 */
     
284.     state = SPI_NRF_ReadReg(STATUS);
     
285. 
     
286.     /*清除TX_DS或MAX_RT中断标志*/
     
287.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+STATUS,state);
     
288. 
     
289.     SPI_NRF_WriteReg(FLUSH_TX,NOP);    //清除TX FIFO寄存器
     
290. 
     
291.     /*判断中断类型*/
     
292.     if(state&MAX_RT)                     //达到最大重发次数
     
293.     {
     
294.         //uint8_t cdVal = NRF_Carrier_Detect();
     
295.                                 //PackLoss = NRF_Check_PackageLoss();
     
296.         return MAX_RT;
     
297.     }
     
298.     else if(state&TX_DS)                  //发送完成
     
299.         return TX_DS;
     
300.     else
     
301.     {
     
302.         cdVal = NRF_Carrier_Detect();
     
303.         return ERROR;                 //其他原因发送失败
     
304.     }
     
305. }
     
306. 
     
307. 
     
308. /*
     
309. * 函数名：NRF_Rx_Dat
     
310. * 描述  ：用于从NRF的接收缓冲区中读出数据
     
311. * 输入  ：rxBuf：用于接收该数据的数组，外部定义
     
312. * 输出  ：接收结果，
     
313. * 调用  ：外部调用
     
314. */
     
315. uint8_t NRF_Rx_Dat(uint8_t *pRxbuf)
     
316. {
     
317.     uint8_t state;
     
318. 
     
319.     spi_ce_enable();   //进入接收状态
     
320. 
     
321.     /*等待接收中断*/
     
322.     while(read_IRQ() != RESET)
     
323.     {
     
324.         if(_nRFMode == Send)
     
325.             return MODECHANGE;
     
326.     }
     
327. 
     
328.     //进入待机状态
     
329.     spi_ce_disable();
     
330. 
     
331.     /* 读取status寄存器的值  */
     
332.     state=SPI_NRF_ReadReg(STATUS);
     
333. 
     
334.     /* 清除中断标志*/
     
335.     SPI_NRF_WriteReg(W_REGISTER+STATUS,state);
     
336. 
     
337.     /*判断是否接收到数据*/
     
338.     if(state& RX_DR)                                 //接收到数据
     
339.     {
     
340.         SPI_NRF_ReadBuf(R_RX_PAYLOAD,pRxbuf,RX_PLOAD_WIDTH);//读取数据
     
341.         SPI_NRF_WriteReg(FLUSH_RX,NOP);          //清除RX FIFO寄存器
     
342.         return SUCCESS;
     
343.     }
     
344.     else
     
345.     {
     
346.         cdVal = NRF_Carrier_Detect();
     
347.                                 PackLoss = NRF_Check_PackageLoss();
     
348.         return ERROR;                    //没收到任何数据
     
349.     }
     
350. }
     
351. 
     
352. /*
     
353. * 函数名：NRF_Check_PackageLoss
     
354. * 描述  ：nRF24l01发送检测
     
355. * 输入  ：
     
356. * 输出  ：返回值的7-4位表示数据包丢失计数，3-0位表示重发计数
     
357. * 调用  ：外部调用
     
358. */
     
359. uint8_t NRF_Check_PackageLoss(void)
     
360. {
     
361.     return SPI_NRF_ReadReg(OBSERVE_TX);
     
362. }
     
363. 
     
364. /*
     
365. * 函数名：NRF_Carrier_Detect
     
366. * 描述  ：nRF24l01载波检测
     
367. * 输入  ：
     
368. * 输出  ：返回1，通道拥挤，需要更改通信频道
     
369. * 调用  ：外部调用
     
370. */
     
371. uint8_t NRF_Carrier_Detect(void)
     
372. {
     
373.     return SPI_NRF_ReadReg(CD);
     
374. }
     
375. 
     
376. /*
     
377. * 函数名：NRF_GetStatus
     
378. * 描述  ：获取nRF24l01的状态
     
379. * 输入  ：
     
380. * 输出  ：返回nRF24l01的发送和接收状态，
     
381. * 调用  ：外部调用
     
382. */
     
383. NRF_Mode NRF_GetStatus(void)
     
384. {
     
385.     return _nRFMode;
     
386. }
     
387. 
     
388. /*
     
389. * 函数名：NRF_SetStatus
     
390. * 描述  ：设置nRF24l01的状态
     
391. * 输入  ：
     
392. * 输出  ：
     
393. * 调用  ：中断调用
     
394. */
     
395. void NRF_SetStatus(NRF_Mode newMode)
     
396. {
     
397.     _nRFMode = newMode;
     
398. }
     
399. 
     

复制代码

代码还是做了很详细的注释，有疑问的同学可以留言。

懒猫爱飞

不错，棒棒的……

bqgup

这个对讲机应该不是用来传递声音信号的吧，能不能远距离语音通信呢，看代码像是传送数据的

英尚微电子

leifengfirst

多谢分享！

ketose

bqgup 发表于 2018-9-29 09:14
这个对讲机应该不是用来传递声音信号的吧，能不能远距离语音通信呢，看代码像是传送数据的

是传递的语音信号。是要把语音信号转换数字信号进行传输的。
目前我在我们小区测，有几百米的距离是没有问题的。

leifengfirst

ketose 发表于 2018-9-29 15:04
是传递的语音信号。是要把语音信号转换数字信号进行传输的。
目前我在我们小区测，有几百米的距离是没有 ...

这么牛，多大的采样率？8k还是16k

hujj

也准备通过射频模块通讯，已经购买了SI4463芯片的无线模块，还没有开始使用，正好可以参照学习楼主的经验。

ketose

leifengfirst 发表于 2018-9-30 09:34
这么牛，多大的采样率？8k还是16k

8K采样

leifengfirst

声音效果怎么样？是否压缩？静等测试视频