系统级RF芯片nRF24E1收发原理与应用编程

 引言
nRF24E1收发器是Nordic VLSI推出的系统级射频芯片，采用先进的0.18μm CMOS工艺、6mm×6mm的36引脚QFN封装，以nRF240 RF芯片结构为基础，将射频率、8051MCU、9输入10位ADC、125通道、UART、SPI、PWM、RTC、WDT全部集成到单芯片中，是目前世界首次推出的、全球2.4GHz通用的、完事的低成本射频系统级芯片。

由于nRF24E1片内集成了RADIO模块，在使用中，只需要一片nRF24E1和少数的外围元件就能完成射频收发功能，因此，大大减少了系统的体积。使用nRF24E1时，必须进行相应的配置工作。下面，详细讲述nRF24E1的收发原理和编程方法，以供读者设计时参考。有关nRF24E1的介绍请见2004年第6期。

1 RADIO口

nRF24E1收发器的收发任务由RADIO口控制。RADIO口使用标准8051中的P2口地址。由于射频收发器是片内置的，并不是双向工作。为了满足射频收发子系统的需要，RADIO口的默认值与标准8051的P2默认值也不一样。

收发器由特殊功能豁口中的RADIO（0A0H）和SPI_CTRL(0B3H)控制。SPI_CTRL=00B时，SPI没用；SPI_CTRL=01B时，SPI连接到P1口；SPI_CTRL=10B时，SPI连到第一个nRF2401频道；SPI_CTRL=11B时，SPI连接到第二个nRF2401频道。RADIO豁口的各个位如图1所示。在nRF24E1头文件中，所定义的各个位的名字与图1中一样。

（1）用SPI口控制收发器用芯片内嵌的SPI口控制收发器的操作非常方便。如RF配置和ShockBurst RX（接收）或TX（发送）。
（2）复位时RADIO口的状态复位引脚为高电平时（无论是时钟是否有效），控制nRF2401收发子系统的RADIO输出位默认为RADIO.3（CS）=0，RADIO.6（CE）=0，RADIO.7(PWR_UP)=1。程序运行后，保持默认值，直到程序通过RADIO寄存器改变各位的值。

2 收发方式

通过PWR_UP、CE和CS三个控制引脚，可以设置nRF2401的工作方式。PWR_UP=1，CE=1，CS=0为收发方式；PWR_UP=1，CE=0，CS=1为配置方式；PWR_UP=1，CE=0，CS=0为空闲方式；PWPWR_UP=0时关机。

2.1 ShockBurst

nRF24E1的nRF2401收发子系统的收发方式只有ShockBurst。ShockBurst的功能由配置字决定。ShockBurst技术使用了片内的FIFO（先入先出）堆栈。虽然数据低速进入，但能高速发送，使能耗减到最低限度。

（1）ShockBurst发送CPU接口引脚为CE、CLK1、DATA，工作流程如下：①CPU有数据要发送时，把CE置高，nRF2401开始工作。②接收节点地址和有效数据按时序被送到nRF2401子系统，可通过应用协议或CPU设置，使这个速度小于1Mbps(如10kbps)。③CPU把CE置低，激活ShockBurst发送。④ShockBurst。*给RF前端供电；*完成RF包处理（加前缀，CRC校验）；*数据高速发送（250kbps或1Mbps，可由用户配置决定）；*发送完成，nRF2401返回空闲信号。
（2）ShockBurst接收CPU的接口引脚为CE、DR1、CLK1、DATA，工作流程如下：①校验接收到的RF包的地址和欲接收的RF包中有效数据的长度。②把CE置高，激活RX。③经过200μs处理，nRF2401子系统监视启动并等待信号的到来。④当收到一个有效的数据包（正确的地址和CRC），nRF2401子系统移去前缀、地址和CRC位。⑤nRF2401子系统通过把DR1置高来通知CPU。⑥CPU把CE置低，把RF前端设为低功耗方式。⑦CPU将按时序以适当的速度（如10kbps）把有效数据取出。⑧当所有的有效数据都送完，nRF2401子系统再次把DR1置低。如果CE保持为高，准备接收下一个数据包；CE为低，重新开始新的接收。

2.2 DuoCeiver

ShockBurst收发方式使nRF24E1能够方便地同时接收两个不同频率的频道发送的数据，并且能够使接收速度达到最大值。这意味着：

*nRF24E1通过一个天线，能够接收两个频率相差8MHz（8个频率通道）的1Mbps发射器（如nRF24E1、nRF2401或nRF2402）发送的数据。

*这两个不同数据频道的数据被分别送到两套不同的接口——数据频道1为CLK1、DATA和DR1，数据频道2为CLK2、DOUT2和DR2。

DuoCeiver技术提供了两个独立、专用于接收的数据频道，而不是采用两个相互独立的接收器。使用第二个数据频道必须满足要求：第二数据频道的工作频率至少比第一个频道的工作频率高8MHz。使用ShockBurst技术，CPU先取出其中一个数据频道中的数据，另一数据频道中的数据等待CPU处理完。这样不至于丢失数据；同时，也降低了对CPU性能的要求。