HAL库驱动NRF24L01实现数据传输

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本次使用正点原子精英开发板和野火MINI开发板进行采用NRF24L01的数据收发测试，程序编写平台采用stm32cubeide

1、NRF24L01介绍

我们常见的NRF24L01模块如下所示，其实一般还有更精简一点的，然后还有贴片的，还有就是加上了屏蔽外壳以及还有加上了大功率天线的那种，但其实好像本质都是这个芯片！
在这里插入图片描述
引脚说明：

引脚序号	引脚名称	引脚方向	引脚用途
1	VCC	–	供电电源，必须在2.0-3.6V之间
2	CE	输入	模块控制引脚t
3	CSN	输入	模块片选引脚，用于开始一个 SPI 通信
4	SCK	输入	模块 SPI 总线时钟
5	MOSI	输入	模块 SPI 数据输入引脚
6	MISO	输出	模块 SPI 数据输出引脚
7	IRQ	输出	模块中断信号输出，低电平有效
8	GND	–	地线，连接到电源参考地

由于本文主要是介绍如何进行的通信，这里就不对详细原理进行介绍（主要是寄存器比较多，有些我也没弄明白），这里我将数据手册放到我的gitee上了，有需要的可以下载查看！ NRF24L01模块数据手册

这里把查询的入口指出来，方便大家查看：
在这里插入图片描述

2、驱动程序设计

1、根据原理图进行封装

正点原子精英版接口如下所示
在这里插入图片描述
查询对应的网络标签获取stm32对应的io口如下

野火开发板对应的引脚连接如下

2、cubemx配置

配置SPI及其通信速率
在这里插入图片描述
配置其他通信的辅助引脚，这里事先把CSN和CE的引脚事先拉高（CSN的最好是事先拉高下，同时引脚的通信速率可以事先设置的大一点）

之后就可以生成代码了，配置这么多就可以了（当然也可以就是把IRQ引脚设置成中断输入，这个都无所谓的）

3、收发测试

这里因为是通信，所以我们需要准备两个开发板
在这里插入图片描述
这里我们对另一个开发板设置问哦接受模式

开发板连接示意图如下所示：

将程序下载到开发板，效果如下：

我们可以用逻辑分析仪来看下IRQ引脚的电平变化情况，这样我们就可以不是使用轮询的方法来接收数据而是在中断中进行接收了！
在这里插入图片描述

4、源代码

NRF24L01.c

/*
 * NRF24L01.c
 *
 *  Created on: Mar 5, 2022
 *      Author: LX
 */

#include "NRF24L01.h"

/* 扩展变量 ------------------------------------------------------------------*/
extern SPI_HandleTypeDef hspi1;

#define CE_LOW HAL_GPIO_WritePin(CE_GPIO_Port, CE_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define CE_HIGH HAL_GPIO_WritePin(CE_GPIO_Port, CE_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define CS_LOW HAL_GPIO_WritePin(CS_GPIO_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define CS_HIGH HAL_GPIO_WritePin(CS_GPIO_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_SET)

#define IRQ_READ HAL_GPIO_ReadPin(IRQ_GPIO_Port, IRQ_Pin)

const uint8_t TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH] = {
    
    0xb0, 0x43, 0x10, 0x10, 0x01}; //发送地址
const uint8_t RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH] = {
    
    0xb0, 0x43, 0x10, 0x10, 0x01};

/**
 * 函数功能: 往串行Flash读取写入一个字节数据并接收一个字节数据
 * 输入参数: byte：待发送数据
 * 返 回 值: uint8_t：接收到的数据
 * 说    明：无
 */
uint8_t SPIx_ReadWriteByte(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t byte)
{
    
    
    uint8_t d_read, d_send = byte;
    if (HAL_SPI_TransmitReceive(hspi, &d_send, &d_read, 1, 0xFF) != HAL_OK)
    {
    
    
        d_read = 0xFF;
    }
    return d_read;
}

/**
 * 函数功能: 检测24L01是否存在
 * 输入参数: 无
 * 返 回 值: 0，成功;1，失败
 * 说    明：无
 */
uint8_t NRF24L01_Check(void)
{
    
    
    uint8_t buf[5] = {
    
    0XA5, 0XA5, 0XA5, 0XA5, 0XA5};
    uint8_t i;

    NRF24L01_Write_Buf(NRF_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[i] != 0XA5)
            break;
    if (i != 5)
        return 1; //检测24L01错误
    return 0;     //检测到24L01
}

/**
 * 函数功能: SPI写寄存器
 * 输入参数: 无
 * 返 回 值: 无
 * 说    明：reg:指定寄存器地址
 *
 */
uint8_t NRF24L01_Write_Reg(uint8_t reg, uint8_t value)
{
    
    
    uint8_t status;
    CS_LOW;                                   //使能SPI传输
    status = SPIx_ReadWriteByte(&hspi1, reg); //发送寄存器号
    SPIx_ReadWriteByte(&hspi1, value);        //写入寄存器的值
    CS_HIGH;                                  //禁止SPI传输
    return (status);                          //返回状态值
}

/**
 * 函数功能: 读取SPI寄存器值
 * 输入参数: 无
 * 返 回 值: 无
 * 说    明：reg:要读的寄存器
 *
 */
uint8_t NRF24L01_Read_Reg(uint8_t reg)
{
    
    
    uint8_t reg_val;
    CS_LOW;                                     //使能SPI传输
    SPIx_ReadWriteByte(&hspi1, reg);            //发送寄存器号
    reg_val = SPIx_ReadWriteByte(&hspi1, 0XFF); //读取寄存器内容
    CS_HIGH;                                    //禁止SPI传输
    return (reg_val);                           //返回状态值
}

/**
 * 函数功能: 在指定位置读出指定长度的数据
 * 输入参数: 无
 * 返 回 值: 此次读到的状态寄存器值
 * 说    明：无
 *
 */
uint8_t NRF24L01_Read_Buf(uint8_t reg, uint8_t *pBuf, uint8_t len)
{
    
    
    uint8_t status, uint8_t_ctr;

    CS_LOW;                                   //使能SPI传输
    status = SPIx_ReadWriteByte(&hspi1, reg); //发送寄存器值(位置),并读取状态值
    for (uint8_t_ctr = 0; uint8_t_ctr < len; uint8_t_ctr++)
    {
    
    
        pBuf[uint8_t_ctr] = SPIx_ReadWriteByte(&hspi1, 0XFF); //读出数据
    }
    CS_HIGH;       //关闭SPI传输
    return status; //返回读到的状态值
}

/**
 * 函数功能: 在指定位置写指定长度的数据
 * 输入参数: 无
 * 返 回 值: 无
 * 说    明：reg:寄存器(位置)  *pBuf:数据指针  len:数据长度
 *
 */
uint8_t NRF24L01_Write_Buf(uint8_t reg, uint8_t *pBuf, uint8_t len)
{
    
    
    uint8_t status, uint8_t_ctr;
    CS_LOW;                                   //使能SPI传输
    status = SPIx_ReadWriteByte(&hspi1, reg); //发送寄存器值(位置),并读取状态值
    for (uint8_t_ctr = 0; uint8_t_ctr < len; uint8_t_ctr++)
    {
    
    
        SPIx_ReadWriteByte(&hspi1, *pBuf++); //写入数据
    }
    CS_HIGH;       //关闭SPI传输
    return status; //返回读到的状态值
}

/**
 * 函数功能: 启动NRF24L01发送一次数据
 * 输入参数: 无
 * 返 回 值: 发送完成状况
 * 说    明：txbuf:待发送数据首地址
 *
 */
uint8_t NRF24L01_TxPacket(uint8_t *txbuf)
{
    
    
    uint8_t sta;
    CE_LOW;
    NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, txbuf, TX_PLOAD_WIDTH); //写数据到TX BUF  32个字节
    CE_HIGH;                                                //启动发送

    while (IRQ_READ != 0)
        ; //等待发送完成

    sta = NRF24L01_Read_Reg(STATUS);                 //读取状态寄存器的值
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_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
}

/**
 * 函数功能:启动NRF24L01接收一次数据
 * 输入参数: 无
 * 返 回 值: 无
 * 说    明：无
 *
 */
uint8_t NRF24L01_RxPacket(uint8_t *rxbuf)
{
    
    
    uint8_t sta;
    sta = NRF24L01_Read_Reg(STATUS);                 //读取状态寄存器的值
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_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
}

/**
 * 函数功能: 该函数初始化NRF24L01到RX模式
 * 输入参数: 无
 * 返 回 值: 无
 * 说    明：无
 *
 */
void NRF24L01_RX_Mode(void)
{
    
    
    CE_LOW;
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + CONFIG, 0x0F);    //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + EN_AA, 0x01);     //使能通道0的自动应答
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01); //使能通道0的接收地址
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + RF_CH, 40);       //设置RF通信频率
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_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(NRF_WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH); //选择通道0的有效数据宽度

    NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + RX_ADDR_P0, (uint8_t *)RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); //写RX节点地址

    CE_HIGH; // CE为高,进入接收模式
    HAL_Delay(1);
}

/**
 * 函数功能: 该函数初始化NRF24L01到TX模式
 * 输入参数: 无
 * 返 回 值: 无
 * 说    明：无
 *
 */
void NRF24L01_TX_Mode(void)
{
    
    
    CE_LOW;
    NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + TX_ADDR, (uint8_t *)TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);    //写TX节点地址
    NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + RX_ADDR_P0, (uint8_t *)RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); //设置TX节点地址,主要为了使能ACK

    NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + EN_AA, 0x01);      //使能通道0的自动应答
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01);  //使能通道0的接收地址
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + SETUP_RETR, 0xff); //设置自动重发间隔时间:4000us + 86us;最大自动重发次数:15次
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_WRITE_REG + RF_CH, 40);        //设置RF通道为40
    NRF24L01_Write_Reg(NRF_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(NRF_WRITE_REG + CONFIG, 0x0e);     //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,接收模式,开启所有中断
    CE_HIGH;                                              // CE为高,10us后启动发送
    HAL_Delay(1);
}

NRF24L01.h

/*
 * NRF24L01.h
 *
 *  Created on: Mar 5, 2022
 *      Author: LX
 */

#ifndef NRF24L01_H_
#define NRF24L01_H_

#include "main.h"

// NRF24L01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 // 32字节的用户数据宽度
#define RX_PLOAD_WIDTH 32 // 32字节的用户数据宽度

// NRF24L01寄存器操作命令
#define NRF_READ_REG 0x00  //读配置寄存器,低5位为寄存器地址
#define NRF_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 NRF_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;

void NRF24L01_SPI_Init(void);
void NRF24L01_RX_Mode(void);                                              //配置为接收模式
void NRF24L01_TX_Mode(void);                                              //配置为发送模式
uint8_t NRF24L01_Write_Buf(uint8_t reg, uint8_t *pBuf, uint8_t uint8_ts); //写数据区
uint8_t NRF24L01_Read_Buf(uint8_t reg, uint8_t *pBuf, uint8_t uint8_ts);  //读数据区
uint8_t NRF24L01_Read_Reg(uint8_t reg);                                   //读寄存器
uint8_t NRF24L01_Write_Reg(uint8_t reg, uint8_t value);                   //写寄存器
uint8_t NRF24L01_Check(void);                                             //检查24L01是否存在
uint8_t NRF24L01_TxPacket(uint8_t *txbuf);                                //发送一个包的数据
uint8_t NRF24L01_RxPacket(uint8_t *rxbuf);                                //接收一个包的数据

#endif /* NRF24L01_H_ */