- 相關推薦
2.4GHz無線收發芯片nRF24E1的原理及應用
摘要：nRF24E1是集成有2.4GHz無線收發器、增強型8051、ADC和其它外設的一款高集成度無線收發芯片，它體積小，功耗低、所需外圍元件少，并有很大的價格優勢，可代替一些場合的藍牙應用需求。文中介紹了nRF24E1發芯片的主要特點、內部結構和引腳功能，最后給出了nRF24E1的無線數據包格式和典型應用電路。
關鍵詞：nRF24E1；ISM頻段；藍牙；無線通信；8051
１ｎＲＦ２４Ｅ１的主要特點
�。睿遥疲玻矗牛笔潜睔W集成電路公司（ＮＯＲＤＩＣ）推出的一款帶２．４ＧＨｚ無線收發器ｎＲＦ２４０１和增強型８０５１內核的無線收發模塊。ｎＲＦ２４Ｅ１適用于各種無線設備的短距離互連應用場合，工作于ＩＳＭ（工業、科學和醫學）頻段。該器件有１２５個頻點，能夠實現點對點、點對多點的無線通信，同時可采用改頻和跳頻來避免干擾。ｎＲＦ２４Ｅ１最大傳輸速率可達１Ｍｂｉｔ／ｓ，其最大發射功率為０ｄＢｍ，在比較理想環境中，其室內傳輸距離可達３０～４０米，室外傳輸距離可達１００～２００米。ｎＲＦ２４Ｅ１的靈敏度為－９０ｄＢｍ，工作電壓為１．９Ｖ～３．３Ｖ，工作溫度范圍為－４０～＋８０℃。
ｎＲＦ２４Ｅ１的主要特性如下：
●帶有２．４ＧＨｚ無線收發器；
●內含增強型８０５１控制器；
●可工作在低電壓?１．９Ｖ～３．６Ｖ?下；
●內有電壓調節器；
●待機電流可低至２μＡ，同時器件還帶有喚醒定時器；
●采用０．１８μｍ的ＣＭＯＳ技術制造；
●所需外圍器件很少；
●設計簡單。
�。惨_功能
ｎＲＦ２４Ｅ１采用３６腳ＱＦＮ（６×６ｍｍ）封裝，其引腳排列如圖１所示，各引腳功能如下：
�。睿遥疲玻矗牛庇校保眰�數字Ｉ／Ｏ引腳，由Ｐ０口（ＤＩＯ２～ＤＩＯ９）和Ｐ１口（ＤＩＯ０、ＤＩＯ１、ＤＩＮ０）組成，除了ＤＩＮ０只能用于輸入外，其余都是雙向引腳，而且大部分數字Ｉ／Ｏ有復用功能。Ｐ０口各個引腳的復用功能如表１所列。
表1P0口引腳的復用功能
引腳P0.7(DIO9)P0.6P0.5P0.4復用功能PWMT1T0INT1引腳P0.3P0.2P0.1P0.0(DIO2)復用功能INT0TXDRXDGPIO
此外，Ｐ０口還有兩個控制寄存器Ｐ０ＡＬＴ和Ｐ０ＤＩＲ。其中Ｐ０ＡＬＴ的控制優先級高于Ｐ０ＤＩＲ。設計時可以通過設定Ｐ０ＡＬＴ來決定哪些引腳使用復用功能，沒有選用復用功能的引腳則為ＧＰＩＯ，而可用Ｐ０ＤＩＲ來設置這些Ｐ０口是輸入還是輸出。
�。校笨谥挥校硞�引腳，可設為ＳＰＩ接口或ＧＰＩＯ，ｎＲＦ２４Ｅ１使用ＳＰＩ時，只能作為主機。ＳＰＩ接口的引腳功能如下：
Ｐ１．２（ＤＩＮ０）：串行數據輸入腳；
�。校保保ǎ模桑危保捍袛祿敵瞿_；
Ｐ１．０（ＤＩＯ０）：串行時鐘引腳。
�。睿遥疲玻矗牛睅в校箓�模擬輸入引腳，其中ＡＩＮ０～ＡＩＮ７為ＡＤＣ的８路模擬輸入，ＡＲＥＦ為ＡＤＣ參考電壓。此外，該器件還有２個天線接口引腳ＡＮＴ１和ＡＮＴ２以及兩個晶振引腳ＸＣ１和ＸＣ２。
ｎＲＦ２４Ｅ１必須用高精度的晶振，為了支持１Ｍｂｉｔ／ｓ的傳輸速率，設計時還必須采用１６ＭＨｚ以上的晶振。
ｎＲＦ２４Ｅ１的其它引腳還有１２個。其中ＩＲＥＦ用于連接外部偏置參考電阻。其余為電源和接地腳。
圖2
�。硟炔拷Y構
圖２是ｎＲＦ２４Ｅ１的內部結構框圖和外圍元件。
從芯片的內部結構圖可以看出，ｎＲＦ２４Ｅ１內有增強型８０５１內核、無線收發器ｎＲＦ２４０１、９路１００ｋｓｐｌｓ／ｓ的１０ｂｉｔ模數轉換器、ＵＡＲＴ異步串口、ＳＰＩ接口、ＰＷＭ輸出、ＲＣ振蕩器、看門狗和喚醒定時器，此外，ｎＲＦ２４Ｅ１還內置了專門的穩壓電路。
在ｎＲＦ２４Ｅ１的內部存儲空間中，５１２ＢＲＯＭ用于存儲引導程序。上電后，它可將ＥＥＰＲＯＭ中存儲的程序下載到４ｋＢＲＡＭ的程序運行空間，另外的２５６ＢＲＡＭ為數據存儲器。
�。礋o線數據包格式和收發器配置字
數據包格式是通信協議的重要部分，ｎＲＦ２４Ｅ１的無線數據包格式如下：
PerambleADDRPAYLOADCRC
其中，Ｐｒｅａｍｂｌｅ是前導碼，是由硬件自動加上去的；ＡＤＤＲ是要發送的３２～４０位地址碼；ＰＡＹＬＯＡＤ是有效數據；ＣＲＣ是ＣＲＣ校驗和，它可由內置ＣＲＣ糾檢錯硬件電路自動加上，可設為０、８或１６位。ＡＤＤＲ、ＰＡＹＬＯＡＤ和ＣＲＣ的總長度最大為２５６位，因此，設置較短的地址和校驗和可以提高傳輸效率，但會使可靠性降低。
無線收發器ｎＲＦ２４０１有一個１４４ｂｉｔ的配置字，該配置字規定了無線收發器的接收地址、收發頻率、發射功率、無線傳輸速率、無線收發模式以及ＣＲＣ校驗和的長度和有效數據的長度。在同一時刻，無線收發器只能處于接收或發送模式中的一種，一般以接收模式為待機狀態。
�。祽秒娐�
�。睿遥疲玻矗牛笨晒ぷ饔冢玻矗牵龋膰H通用ＩＳＭ頻段而無需申請無線應用許可證，從而大大方便了開發者和用戶。ｎＲＦ２４Ｅ１內置了增強型８０５１控制器，是一種集無線數據接收和發送于一體?并可對數據進行處理的片上系統（ＳｏＣ），這使得ｎＲＦ２４Ｅ１的應用系統更為簡化，并且大大增強了無線系統的穩定性和可靠性，同時也使得開發變得簡單，而且可以降低了成本。
圖3
ｎＲＦ２４Ｅ１體積小、功耗低，因此非常適用于對體積和功耗要求較高的應用場合�？蓮V泛應用于計算機外設、無線耳機、玩具、游戲手柄、汽車電子、醫療器械、遙控和工業傳感器等方面。圖３所示是ｎＲＦ２４Ｅ１的應用電路。圖中，ｎＲＦ２４Ｅ１通過ＳＰＩ口與ＥＥＰＲＯＭ進行連接。上電后，電路可在５１２ＢＲＯＭ中存儲的引導程序的控制下，通過ＳＰＩ將ＥＥＰＲＯＭ中存儲的用戶程序傳送至ｎＲＦ２４Ｅ１的４ｋＢＲＡＭ程序運行空間中，以把控制的任務轉到用戶程序，這樣?通過ＳＰＩ口就可以與其它器件進行通訊了。
當上電后，首先必須對無線收發器ｎＲＦ２４０１的配置字進行初始化，這可通過８０５１對配置字寫數據來實現。
�。督Y束語
眾所周知，藍牙芯片也工作在２．４ＧＨｚ頻段，但由于其成本一直居高不下，產品也很難開發，因此?到目前為止，藍牙的市場產品還很少。另外，市場也尚未出現非要藍牙不可的應用需求，這樣，藍牙的一些市場定位便能夠輕易的被其他更專業的產品所取代，ｎＲＦ２４Ｅ１就是其中很有價格優勢和較容易開發的一種，可用來代替一些領域的藍牙應用需求。
【2.4GHz無線收發芯片nRF24E1的原理及應用】相關文章：
單片2.4GHz無線收發一體芯片nRF2401及其應用08-06
2.4GHz DSSS收發器芯片組RFW320原理與應用08-06
藍牙收發芯片RF2968的原理及應用08-06