nrf24l01 数据手册 -凯发k8国际

nrf24l01 数据手册

nrf24l01 是nordic公司的单芯片2.4ghz收发器。我得到的版本是v1.0，发布日期为2008-09。文件是78页的pdf，1,134,034字节。

目录

• 1   介绍
• 1.1   功能
• 1.2   功能框图
• 2   引脚信息
• 2.1   引脚分配
• 2.2   引脚功能
• 3   绝对参数范围
• 4   工作条件
• 5   电气规范
• 6   无线控制
• 6.1   工作模式
• 6.1.1   状态图
• 6.1.2   掉电模式
• 6.1.3   待机模式
• 6.1.4   rx模式
• 6.1.5   tx模式
• 6.1.6   操作模式配置
• 6.1.7   时序信息
• 6.2   空中速率 air data rate
• 6.3   rf频道频率
• 6.4   接收功耗检测器测量
• 6.5   pa控制
• 6.6   rx/tx控制
• 7   enhanced shockburst (tm)
• 7.1   功能
• 7.2   enhanced shockburst概览
• 7.3   enhanced shockburst包格式
• 7.4   自动包事务处理
• 7.4.1   自动应答aa
• 7.4.2   自动重传art
• 7.5   流程图
• 7.5.1   ptx操作
• 7.5.2   prx操作
• 7.6   multiceiver
• 7.7   时序图
• 7.8   事务流程图
• 7.8.1   单一事务包含ack和中断
• 7.8.2   单一事务包含丢包
• 7.8.3   单一事务包含丢失ack包
• 7.8.4   单一事务包括ack载荷包
• 7.8.5   单一事务包括ack载荷和丢包
• 7.8.6   两个事务包括ack载荷和第一个ack包丢失
• 7.8.7   两个事务，到达最大重传次数
• 7.9   兼容shockburst
• 7.9.1   shockburst包结构
• 8   数据和控制接口
• 8.1   功能
• 8.2   功能描述
• 8.3   spi操作
• 8.3.1   spi命令
• 8.3.2   spi时序
• 8.4   数据fifo
• 8.5   中断
• 9   寄存器映射
• 9.1   寄存器映射表
• 9.1.1   config-配置寄存器
• 9.1.2   en_aa-enhanced shockburst的自动应答控制
• 9.1.3   en_rxaddr-启用rx接收地址
• 9.1.4   setup_aw-设置地址宽度
• 9.1.5   setup_retr-自动重发设置
• 9.1.6   rf_ch-射频频道
• 9.1.7   rf_setup-射频设置
• 9.1.8   status-状态寄存器
• 9.1.9   observe_tx-发射观察
• 9.1.10   rpd-接受功率检测器
• 9.1.11   rx_addr_p-接收地址
• 9.1.12   tx_addr-发送地址
• 9.1.13   rx_pw_p-接收数据宽度
• 9.1.14   fifo_status-fifo状态
• 9.1.15   ack_pld-应答包载荷
• 9.1.16   tx_pld-发射载荷
• 9.1.17   rx_pld-接收载荷
• 9.1.18   dynpd-启用动态载荷长度
• 9.1.19   feature-功能寄存器
• 10   外设rf信息
• 11   应用示例
• 12   机械规范
• 13   订购信息
• 14   术语表
• 15   附录a 配置和通信实例
• 16   附录b 配置兼容nrf24xx
• 17   附录c 测试波形

关键功能：

1. 世界范围2.4ghz ism频段
2. 250kbps、1mbps、2mbps的空中速率
3. 超低功耗
4. 11.3ma发射电流，在0dbm输出功率
5. 13.5ma接收电流，在2mbps速率
6. 900na的掉电模式电流
7. 26ua在待机i模式
8. 片内的稳压器
9. 1.9~3.6v供电范围
10. 增强的shockburst模式
11. 自动包处理
12. 自动包事务处理
13. 6个数据管道multiceiver
14. 向下兼容nrf24l01
15. 空中兼容250kbps和1mbps，与nrf24l01a、nrf2402、nrf24e1、nrf24e2
16. 超低bom成本
17. 使用 /-60ppm的16mhz晶振
18. 5v容忍输入
19. 20引脚4x4mm的qfn封装

应用：

1. 无线pc外设
2. 鼠标、键盘、遥控
3. 3合1桌面集线器
4. 高级媒体重心遥控
5. voip痛耳机
6. 游戏控制器
7. 运动手表和传感器
8. rf遥控，给其他消费级产品
9. 家庭和商业自动化
10. 超低功耗传感器网络
11. 活跃的rfid标签
12. 资产跟踪系统
13. 玩具

1   介绍

nrf24l01 是单芯片2.4ghz收发器，使用内置的基带协议引擎(enhanced shockburst(tm))，适合超低功耗无线应用。nrf24l01 设计用于世界范围的ism频段，2.400~2.4835ghz。

要设计一个基于nrf24l01 的无线系统，你只需要一个mcu和一些外围元件。

你可以通过spi来操作和控制nrf24l01 。寄存器映射可以通过spi控制，包括所有配置寄存器，可以操作芯片所有模式。

内置的基带协议引擎(enhaced shockburst tm)基于包通信，支持多种模式，从手动到自动协议操作。内部的fifo会确保无线前端与mcu的平滑数据流动。enhanced shockburst会降低系统开销，通过处理所有高速连接层操作。

无线电前端使用gfsk调制。可以通过用户配置频率通道、输出功率、空中速率。nrf24l01 支持空中速率包括250kbps、1mbps、2mbps。内置的两种省电模式使得nrf24l01 非常适合超低功耗设计。

nrf24l01 向下兼容nrf24l01，以及空中兼容nrf2401a、nrf2402、nrf24e1、nrf24e2。交互调制和宽带阻塞值比nrf24l01改进了许多。nrf24l01 内部的滤波器在满足rf监管的情况下改进了边际。

内部的稳压器确保了电源抑制比(psrr=power supply rejection ratio)，以适应更宽的电源范围。

1.1   功能

nrf24l01 支持的功能：

1. 无线电：
1. 世界范围的2.4ghz ism频段
2. 126 rf通道
3. 通用的rx和tx接口
4. gfsk调制
5. 250kbps、1mbps、2mbps速率
6. 1mhz非交叠频道空间在1mbps
7. 2mhz非交叠频道空间在2mbps
2. 发射器：
1. 可编程输出功率：0、-6、-12、-18dbm
2. 11.3ma在0dbm输出功率
3. 接收器：
1. 快速agc用以改进动态范围
2. 集成频道滤波器
3. 13.5ma在2mbps
4. -82dbm灵敏度在2mbps
5. -85dbm灵敏度在1mbps
6. -94dbm灵敏度在250kbps
4. rf合成器(synthesizer)：
1. 全集成合成器
2. 没有外部环滤波器，vco变容二极管、谐振器
3. 可以接受低成本的 /-60ppm 16mhz晶振
5. enhanced shockburst (tm)：
1. 1到32字节动态负载长度
2. 自动包处理
3. 自动包事务处理
4. 6个数据管道multiceiver (tm)供1:6星形网络
6. 电源管理：
1. 集成稳压器
2. 1.9~3.6v电源范围
3. 空闲模式支持快速启动，用于高级电源管理
4. 26ua的待机i电流，900na的掉电模式
5. 最大1.5ms的启动时间，从掉电模式
6. 最大130us的启动时间，从待机i模式
7. 上位机接口：
1. 4脚硬件spi
2. 最大10mbps
3. 3个独立的32byte tx和rx fifo
4. 5v容忍输入
8. 20引脚4x4mm，qfn封装

1.2   功能框图

2   引脚信息

2.1   引脚分配

2.2   引脚功能

di=digital input，do=digital output，ai=analog input、ao=analog output，po=power output。

3   绝对参数范围

超过如下数值会导致永久性损坏。

4   工作条件

5   电气规范

@page 14-20 一堆的表格参数

6   无线控制

本章描述nrf24l01 无线收发器的操作模式和控制参数。

nrf24l01 有内置的状态机来控制收发器的工作模式。状态机接收用户定义的寄存器数值和内部信号作为输入。

6.1   工作模式

可配置的工作模式：掉电、待机、rx、tx模式。

6.1.1   状态图

如下状态图展示了操作模式，及其功能。有三种类型的严格状态。

1. 推荐操作模式：就是推荐的状态，在正常操作
2. 可能的操作模式：有可能的操作模式，但在正常操作中不会用到
3. 过渡状态(transition state)：有时间限制的状态，用于晶振启动，以及设置pll

当vdd到达1.9v或更高，nrf24l01 进入上电复位状态，并保持直到进入掉电模式。

6.1.2   掉电模式

在掉电模式，nrfl24l01 被禁用，并消耗最少的电流。所有寄存器值会保留，spi保持活跃，允许修改配置和传输数据寄存器。掉电模式通过config.pwr_up=0来进入。

6.1.3   待机模式

待机i模式

通过设置config.pwr_up=1，设备进入待机1模式。该模式用于最小化电源消耗的同时最短的启动时间。此模式只有一部分晶振有效。进入活跃状态仅在ce变为高电平。而ce变低的过程，无论之前是tx还是rx模式，都会进入待机i模式。

待机ii模式

此模式外部时钟缓冲有效，以及更加节电。仅在ptx设备上空tx_fifo且ce保持高电平。如果有新的包上传到tx_fifo，pll立即启动，并发送包，在特定的pll设置延迟(130us)之后。

寄存器值会保留，spi可以激活两种待机模式。

6.1.4   rx模式

rx模式是作为接收机的模式。要进入这个模式，需要pwr_up=1、prim_rx=1、ce=1。

在rx模式接收机解调rf频道的信号处理基带协议引擎。基带协议引擎会搜索有效的包。如果找到了有效的包(匹配地址和有效的crc)，包的载荷就会先发送到一个rx_fifo的空槽。如果rx_fifo已经满了，接受到的包会被丢弃。

nrf24l01 在mcu配置进入待机i模式或掉电模式之前会一直保持在rx模式。如果自动协议功能被启用，则nrf24l01 可以进入其他模式来执行协议。

在rx模式，rpd信号有效。当接收到的信号大于-64dbm则rpd=1。内部的rpd信号会在进入rpd寄存器之前进行滤波。rf信号必须持续超过40us才会影响rpd信号。

6.1.5   tx模式

tx模式用以激活数据发送。需要pwr_up=1，prim_rx=0，tx_fifo中有载荷，ce的一个超过10us的高电平脉冲。

在发送完成数据包以后，会停留在tx模式。如果ce=0则回到待机i模式。如果ce=1则tx_fifo的状态决定了下一步动作。如果tx_fifo不为空则会继续在tx模式发送数据。如果tx_fifo为空则进入待机ii模式。tx模式下发射器的pll工作在开环。注意不要保持tx模式超过4ms。如果在enhanced shockburst功能则tx模式不会持续超过4ms。

6.1.6   操作模式配置

如何配置操作模式：

如上的两种模式，对于ce持续为高，则发送完成tx_fifo里所有东西后，会立即进入待机ii模式。此模式下如果上传数据到tx_fifo，并csn重新拉高，则立即会继续发送数据。

如果ce为一个大于10us的高电平脉冲。则允许发送一个数据包，这是平常的操作模式。在包发送完成后，进入待机i模式。

6.1.7   时序信息

这里的时序信息是关于模式之间过渡的，以及ce引脚。从tx到rx模式的过渡，或相反(vice versa)，以及待机模式与tx/rx模式之间的过渡都是相同的时间，最大130us。

要葱掉电模式进入tx/rx模式，必须先经过待机模式。延时至少要达到tpd2stby，从离开掉电模式到ce设置为高。

如果掉电时vdd也关闭了，则重新进入tx/rx之前需要重新配置。

6.2   空中速率 air data rate

就是调制信号的速率，用以发射和接收。可以是250kbps、1mbps、2mbps。使用较低的速率会有更好的接收灵敏度。但更高的速率使得功耗降低，并降低空中碰撞的机率。

空中速率通过rf_setup.rf_dr来设置。发射机和接收机必须使用相同的速率才能通信。

nrf24l01 全兼容nrf24l01。要兼容nrf2401a、nrf2402、nrf24e1、nrf24e2，空中速率必须设置为250kbps或1mbps。

6.3   rf频道频率

rf频道是指实际使用的频道重心。频道占用的带宽在250kbps和1mbps时小于1mhz，在2mbps时小于2mhz。可操作频率范围在2.400ghz到2.525ghz。编程控制的分辨率是1mhz。

在2mbps时，频道占用比实际设置的要宽。要确保在2mbps时频道之间不要重叠，频道空间至少留出2mhz或更多。在1mbps和250kbps，频道带宽与rf设置的分辨率相同。

rf频道通过rf_ch寄存器设置，遵循如下公式 f₀ = 2400   rf_ch ⁄ mhz 。

你必须确保发射机和接收机使用相同的频道来通信。

6.4   接收功耗检测器测量

received power detector=rpd，地址是0x09，其bit0指出接收功率是否低于-64dbm。如果接收功率低于-64dbm，rdp=0。

rpd可以在接收模式的任何时间读取。这提供了当前频率接收功率级别的信息。当接到无效包时，rdp状态会锁存，指出从发射机获得的信号强度。如果没有收到包，则rpd是上次接收结果，即mcu设置ce=0而rx超时。

rpd的状态通过rx模式校验启用且等待时间为tstby2a tdelay_agc=130us 40us。rx增益会随着温度变化，所以rpd的阈值也会随着温度变化。rpd阈值在t=-40时-5db，在t= 85时 5db。

6.5   pa控制

pa=power amplifier时用于设置输出功率的。在tx模式，有4种可编程功率，通过rf_setup.rf_pwr设置：

条件时vdd=3.0v、vss=0v、t_a=27、负载阻抗15r j88r。

6.6   rx/tx控制

rx和tx的控制通过config寄存器的prim_rx位来控制。

7   enhanced shockburst (tm)

enhanced shockburst是基于包的数据链路层，支持自动包组装和计时，自动应答和重发。允许实现超低功耗，和高性能的通信，在低成本的mcu。功能允许显著改善功效，无论是单向还是双向通信系统，而无需增加唉上位机的复杂性。

7.1   功能

enhanced shockburst的主要功能：

1. 1~32自己诶动态负载长度
2. 自动包处理
3. 自动包事务处理
1. 自动应答
2. 自动重发
4. 6个数据管道multiceiver (tm)用于1:6的星形网络

7.2   enhanced shockburst概览

用于自动包处理和时序。在发射时，会组装包，并时钟输出数据包的每个位来发射。在接收时，会在调制信号搜索有效地址。当找到有效地址，会处理包剩余的部分，并验证crc。如果包有效，载荷会移动到空的rx_fifo。所有高速位处理和时序都由shockburst控制。

enhanced shockburst功能的自动包事务管理，使得实现双向灵活数据连接变得简单。一个包事务是在两个收发器之间的数据包交换，包括一个收发器作为主接收机(prx=primary receiver)，以及其他收发器作为主发射机(ptx=primary transmitter)。一个包事务总是通过一次ptx的包发送来初始化，事务在发射机接到prx的应答包后完成。prx可以在ack包附加用户数据来实现双向数据连接。

自动包事务管理工作如下：

1. 开始事务通过ptx发射数据包到prx，enhanced shockburst会自动设置ptx到接收模式来等待ack包
2. 如果prx收到数据包，enhanced shockburst会自动组装和发送应答包ack到ptx，然后才会回到接收模式
3. 如果ptx没有立即接到ack包，会在可编程的时延后自动重发原始数据包，并设置ptx到接收模式来等待ack包

enhanced shockburst可以配置的参数如最大重传次数，以及重发延迟时间。所有自动处理都会自动完成，而无需mcu的介入。

7.3   enhanced shockburst包格式

enhanced shockburst的包按照如下格式，包含包头、地址、包控制、载荷、crc，msb优先在左侧。

@page 28-32

7.4   自动包事务处理

有两个自动包事务处理功能：自动应答和自动重传。

7.4.1   自动应答aa

自动应答是接收端收到有效数据包后，自动发送一个ack包给ptx。自动应答功能降低了mcu的系统负载，并可以去掉对专用spi硬件的需求。折页降低了成本和功耗。自动应答功能通过en_aa寄存器启用。

如果收到的包有no_ack标识，自动应答就不会执行。

一个ack包包含可选的载荷，从prx到ptx。想要使用该功能，动态载荷长度(dpl=dynamic payload length)需要启用。prx一端的mcu必须上传载荷到tx_fifo，通过w_ack_payload命令。载荷会在tx_fifo中等待(prx)，直到从ptx收到了有效数据包。nrf24l01 可以同时有3个ack包载荷处于prx的tx_fifo中等待。

上图展示了prx种tx_fifo种如何处理应答包载荷的。mcu将载荷用w_ack_payload命令传入。地址解码器和缓冲控制器确保了载荷存储在空的tx_fifo。当收到了包，地址解码器和缓冲控制器会通知ptx地址。这确保了正确的载荷会被传入ack生成器。

如果tx_fifo包含了多于一个到ptx的载荷，载荷会使用先入先出原则处理。tx_fifo会阻塞，如果所有到ptx的载荷，但连接却丢失了。此时mcu应该清空tx_fifo，通过flush_tx命令。

想要启用包含载荷的自动应答，使用feature.en_ack_pay=1。

7.4.2   自动重传art

自动重传是一个功能来在没收到ack时重新发射数据包。用于ptx的自动应答系统。当一个数据包没有得到应答，你可以设置setup_retr.arc来决定重传多少次。每次重传后ptx进入接收模式来等待应答包。ptx进入rx模式的周期基于如下条件：

1. 自动重传延迟(ard=auto retransmit delay)的设置
2. 没有地址匹配在250us(或250kbps的500us)
3. 在接收到数据包后(crc正确与否)

nrf24l01 会确保收到数据包后设置tx_ds事件。

nrf24l01 在tx模式里没有更多需要传输的数据而ce=0时，就进入待机1模式。如果ack包还没收到，则nrf24l01 在ard延迟后进入tx模式并重传数据。这会持续，直到接到应答，或到达重传限制arc。

有两个丢包计数器会在丢包时自增，arc_cnt和plos_cnt，在observe_tx寄存器。arc_cnt会统计当前事务种重传的次数。开始新的事务会自动对arc_cnt复位。plos_cnt则统计改变通道以来重传的总次数。通过写rf_ch来复位plos_cnt。可以用observe_tx来评估频道的质量。

ard定义了重传的事件延迟，通过setup_retr设置，步幅是250us。ptx没收到ack就重传。

使用带载荷的ack时有个ard限制。ard事件必须不能短于ack的启动时间和空中时间:

1. 对2mbps数据，5字节地址，15byte最大ack载荷，对应ard=250us
2. 对1mbps速度，5字节地址，5byte最大ack载荷，对应ard=250us

ard=500us就足够ack在1mbps和2mbps中带有足够在载荷了。

对250kbps和5字节地址，如下值的限制：

与其自动重传，还可以手工重传。通过reuse_tx_pl命令实现。mcu必须初始化每个包的发送，以及在该命令后给ce一个高脉冲。

7.5   流程图

7.5.1   ptx操作

如下是ptx在待机i模式后的操作：

通过ce=1激活ptx模式。如果tx_fifo中有包需要发送，则进入tx模式并发射数据包。如果自动重传启用了，则状态机会检查no_ack标识，如果=0，则nrf24l01 进入rx模式等待ack包。如果收到的ack包为空，则只要设置tx_ds事件。如果ack包包含载荷，则同时设置tx_ds和rx_dr事件，之后才会让nrf24l01 回到待机i模式。

如果ack包在超时前没收到，则nrf24l01 回到待机ii模式。会持续在待机ii模式知道arc到达。如果重传次数还没到arc，则会进入tx模式来发射上次的包。

当执行自动重传功能时，重传次数可以达到最大arc次。如果这发生了，则nrf24l01 会设置max_rt事件，并返回待机i模式。

如果ce=1且tx_fifo为空，则nrf24l01 进入待机ii模式。

7.5.2   prx操作

如下时prx在待机i模式后的操作：

ce=1来激活prx模式。nrf24l01 进入rx模式并开始搜索包。如果收到的有效的包，且自动应答启用了，则nrf24l01 决定包是否是新的，或者是之前收到包的拷贝。如果包是新的，载荷会进入rx_fifo，且设置rx_dr事件。如果上次收到的包是应答包，且包含ack载荷，tx_ds会指出ptx收到的ack包有载荷。如果收到的包没有no_ack标识，prx会进入tx模式。如果有未决的载荷在tx_fifo，则会自动附加到ack包里。在ack包发送后，nrf24l01 回到rx模式。

一个之前收到包的拷贝会被直接丢弃。此时prx丢弃接到的包并重新发射ack包，随后回到rx模式。

7.6   multiceiver

multiceiver是一个rx模式的功能，包含了一组6个并行数据通道，每个有独立的地址。一个数据通道是个逻辑通道，在物理rf通道之内。每个数据通道都有自己的物理地址。

配置位prx后可以接收最多6个数据通道地址的数据，在同一频率通道。每个数据通道都有独立地址，并可以配置为独立的行为。

最高留个ptx可以与这个prx模块通信。所有数据通道都会同时搜索。同一时间只有一个数据通道可以接收数据包。所有数据通道都可以作为enhanced shockburst功能。

如下设置对所有数据通道共用的：

1. crc启用/禁用，在enhanced shockburst功能里总是启用
2. crc编码样式
3. rx地址宽度
4. 频率通道
5. 空中速率
6. lna增益

通过en_rxaddr可以启用数据通道。缺省时只有通道0和1是启用的。每个数据通道地址通过rx_addr_p来配置。

每个通道最高5字节地址。数据通道0拥有唯一的5字节地址。数据通道1~5共享后4字节地址。lsb字节必须与其他留个不同。

使用multiceiver的prx可以从多个ptx接收数据包。要确保prx的ack正确发到ptx，prx接收的数据通道地址会处理对应tx地址的ack。而ptx上的tx_addr与rx_addr_p0的地址必须相同。

一个数据通道拿到完整的包以后，其他数据通道才会开始接收数据。当多个ptx一起发送到prx时，ard可以用于歪斜自动重发，因此他们只是互相阻塞。

7.7   时序图

@page 42-44

7.8   事务流程图

自动包处理的脚本。下载(download=dl)是包到mcu，而上传(upload=ul)是将负载送入发射机。

7.8.1   单一事务包含ack和中断

如下包含自动应答。在包被ptx发送并接到prx的ack包之后。prx的rx_dr被设置，而ptx接收到ack并设置tx_ds。

7.8.2   单一事务包含丢包

如下是包含重传的，第一个包丢了。在包被发送之后，ptx进入rx模式来接收ack包。第一次发送后，ptx等待ack包超时，就会重新发送这个包。

当一个地址发现ptx在rx模式直到接到数据包。当重发的包被prx接收到，rx_dr事件就发生，并发出ack到ptx。当ack被ptx收到，就发生tx_ds事件。

7.8.3   单一事务包含丢失ack包

丢失ack包之后还要重传，对应中断也是现在的。

7.8.4   单一事务包括ack载荷包

如下是基本的自动应答包含载荷。在ptx发送数据包，prx接收数据包后，ack 载荷就会从prx发到ptx。之后prx的rx_dr才被设置，而ptx的tx_ds在接到应答包后，新的包被接收了才设置。具体事件取看对应的irq。

7.8.5   单一事务包括ack载荷和丢包

第一个包丢了，并在prx的rx_dr设置前重传。对ptx，在收到ack包以后会设置tx_ds和rx_dr。在第二个包(pid=2)被prx收到后，同时设置rx_dr(pid=2)和tx_ds(ack包载荷)事件。

7.8.6   两个事务包括ack载荷和第一个ack包丢失

ack包丢失，ptx需要重传，然后才设置tx_ds，但rx_dr会立即设置。重传的包(pid=1)结果被丢弃。对于ptx，tx_ds和rx_dr都会在收到第二次发射的ack后设置。在第二个包(pid=2)被prx收到后，rx_dr(pid=2)和tx_ds(ack1pay)会被设置。

7.8.7   两个事务，到达最大重传次数

max_rt是在arc_cnt到达arc时被设置的。包重传以max_rt结束。tx_fifo种的载荷不会倍删除，而由mcu决定下一步如何处理。一个ce的翻转会重新开始发射序列。flush_tx可以删除tx_fifo种的内容。

7.9   兼容shockburst

要兼容nrf2401a、nrf2402、nrf24e1、nrf24e2，必须禁用enhanced shockburst功能。设置en_aa=0x00和arc=0来禁用。另外nrf24l01 的空中速率必须是1mbps或2mbps。

nrf24l01 是支持enhanced shockburst的，而其他同一公司的产品则是支持shockburst。

7.9.1   shockburst包结构

enhanced shockburst与shockburst的包结构区别：

1. 后者没有9bit的packet control字段
2. crc是后者可选的，使用config.en_crc来控制

8   数据和控制接口

数据和控制接口允许访问nrf24l01 的所有功能。使用6个5v容忍的数字信号：

1. irq：低电平有效，由3个可屏蔽中断源来控制
2. ce：高电平有效，用以激活rx或tx模式
3. csn：spi片选
4. sck：spi时钟
5. mosi：spi数据
6. miso：spi数据

使用1字节spi命令，可以激活nrf24l01 的数据fifo或寄存器映射，在任何模式。

8.1   功能

1. 指定spi命令用以快速访问大部分常用功能
2. 0-10mbps，4线spi
3. 8bit命令集
4. 基于配置的寄存器映射
5. 全三级fifo用于tx和rx方向

8.2   功能描述

spi是标准的spi，最高速率10mbps。

8.3   spi操作

8.3.1   spi命令

spi命令如下表，每个新的命令必须以csn的下降沿开始。

status寄存器的值，会在spi命令字输入的同时输出。

串行的spi命令格式如下：

1. 命令字：msb到lsb
2. 数据字节：lsb到msb，每个字节中msb

如上的r_rx_pl_wid、w_ack_payload、w_tx_payload_noack需要feature寄存器的设置。

w_register和r_register命令基于单字节或多字节寄存器。当访问多字节寄存器时，读写是lsb优先。你可以在所有字节写入前终止写入，此时离开会保持后续的msb部分字节不变。例如rx_addr_p0的lsb可以通过修改一个字节来改变。而status寄存器总是在csn拉低后首次spi通信输出。

status寄存器的3bit管道信息会在irq的下降沿更新。在irq从高到低转换过程中status寄存器的管道信息是不可信的。

8.3.2   spi时序

spi操作和时序如下图。nrf24l01 必须在待机或掉电模式才能哪过写配置寄存器。

如下缩写：

1. cn：spi命令位
2. sn：status寄存器位
3. dn：数据位，lsb到msb，每个字节里msb优先

如下则是表格22和27对应的r_pull和c_load：

@page 53-55 后续是一堆表格，展示各种时序对应的时间

8.4   数据fifo

数据fifo存储传输的载荷(tx_fifo)或接收的载荷(rx_fifo)。fifo可以在ptx模式或prx模式访问。

nrf24l01 有如下fifo：

1. tx三级，32byte fifo
2. rx三级，32byte fifo

这两个fifo都有控制器，并通过spi访问，使用特定的spi命令。一个prxtx fifo可以存储ack包载荷对应三个不同的ptx设备。如果tx_fifo包含多余一个载荷，载荷使用先入先出策略处理。prx的tx_fifo在地址到管道连接的ptx丢失时会阻塞。此时，mcu可以清空tx_fifo，通过flush_tx命令。

prx的rx_fifo可以包含载荷，来自最高3个不同的ptx设备，一个ptx的tx_fifo可以最高存储3个载荷。

可以用w_tx_payload写tx_fifo，以及ptx模式的w_tx_payload_no_ack和prx模式的w_ack_payload。所有三个命令都提供了访问tx_pld寄存器。

rx_fifo可以在ptx/prx模式通过r_rx_payload读取。这个命令提供了rx_pld寄存器的访问。

ptx模式的tx_fifo载荷在max_rt irq发生时不会被删除。

可以通过fifo_status寄存器获得tx_fifo或rx_fifo是否为满或空的信息。

8.5   中断

nrf24l01 有个低电平有效的irq引脚。可以通过tx_ds、rx_dr、max_rt来激活。irq通过status寄存器设置为高，irq会在mcu写1到status对应的中断源为1时复位。irq屏蔽在config寄存器，用以选择允许哪些事件来激活irq。通过设置mask位，对应的中断源可以被禁用。缺省所有中断源都启用。

status的3bit管道信息在irq的下降沿更新。在irq的下降沿时读取status不可信。

9   寄存器映射

通过spi访问如下寄存器映射来控制和访问。

9.1   寄存器映射表

所有未定义的位都是多余的，读出的值都是0。

地址0x18到0x1b都保留供测试目的，修改他们可能导致芯片功能异常。

reserved对应的位，如果需要写则必须写0。

9.1.1   config-配置寄存器

地址：0x00，默认值0x08。

1. mask_rx_dr：屏蔽rx_dr中断，1=中断不影响irq，0=映射rx_dr为低电平激活irq
2. mask_tx_ds：屏蔽tx_ds中断，1=中断不影响irq，0=映射tx_ds为低电平激活irq
3. mask_max_rt：屏蔽max_rt中断，1=中断不影响irq，0=映射max_rt为低电平激活irq
4. en_crc：启用crc，如果en_aa中任意一位为高，则自动启用
5. crco：crc编码样式，0=1字节，1=2字节
6. pwr_up：上电，1=上电，0=掉电
7. prim_rx：rx/tx控制，1=prx、0=ptx

9.1.2   en_aa-enhanced shockburst的自动应答控制

地址0x01，默认值0x3f。

1. enaa_p：启用数据通道的自动应答，n取0~5

9.1.3   en_rxaddr-启用rx接收地址

地址0x02，默认值0x03。

1. erx_p：启用数据通道，n取0~5

9.1.4   setup_aw-设置地址宽度

地址0x03，默认值0x03，应用于所有数据通道。

1. aw：rx/tx地址字段宽度，00=无效，01=3字节，10=4字节，11=5字节

如果地址长度低于5字节，则优先使用lsb。

9.1.5   setup_retr-自动重发设置

地址0x04，默认值0x03。

1. ard：自动重发的延迟，0000=250us，0001=500us，0010=750us，继续向上每次递增250us，直到1111=4000us
2. arc：自动重发次数，0000=禁用，0001=1次重发，继续向上，1111=15次重发

ard延迟的定义是上次发送结束到下次发送之前的时间。ard是ptx在重传之前等待ack包的时间，如果ptx在rx模式有250us()等待地址匹配。如果检测到地址匹配，会保持rx模式一直到包结束，除非ard到达。然后进入待机ii模式来等待剩余的ard。在ard之后进入tx模式，然后重传包。

ard的定义需要小心，如果ack载荷超过15byte @ 2mbps，则ard必须>=500us，如果ack载荷5byte @ 1mbps，则ard>=500us，在250kbps模式，哪怕载荷不在ack中，ard>=500us。

9.1.6   rf_ch-射频频道

地址0x05，默认值0x02。

1. rf_ch：设置频率通道

9.1.7   rf_setup-射频设置

地址0x06，默认值0x0e。

1. cont_wave：启用持续发送
2. rf_dr：设置数据速率，注意高位和低位，00=1mbps、01=2mbps、10=250kbps、11=保留
3. pll_lock：强制pll锁定信号，仅用于测试
4. rf_pwr：发射输出功率，00=-18dbm、01=-12dbm、10=-6dbm、11=0dbm
5. obsolete：无所谓

9.1.8   status-状态寄存器

地址0x07，默认值0x0e。在spi命令模式，输入命令字的时候输出的就是status的值。

1. rx_dr：数据就绪，rx_fifo中断，写1清零
2. tx_ds：数据发送出去了，tx_fifo中断，如果auto_ack被激活，当收到ack后才会设置为1，写1清零
3. max_rt：达到最大重发次数中断，写1清零，如果达到了则必须清零后才能继续通信
4. rx_p_no：收到数据载荷的管道，000-101对应数据管道，110未用，111=rx_fifo空
5. tx_full：tx_fifo满了

rx_dr事件断言新的包到达事件。处理这个中断的流程是：

1. 通过spi读取载荷
2. 清除rx_dr irq
3. 读取fifo_status来检查是否还有rx_fifo的包可用
4. 如果rx_fifo中还有数据，就继续回到1读取

9.1.9   observe_tx-发射观察

地址0x08，默认值，0x00。

1. plos_cnt：对丢包计数，最高到15来溢出保护，知道复位前不会继续，写rf_ch来复位计数器
2. arc_cnt：对重发计数，计数器在新的包开始后复位

9.1.10   rpd-接受功率检测器

地址0x09，默认值0x00。与nrf24l01不同。

1. rpd：接收功率检测器，在nrf24l01里叫cd(carrier detect)，对应不同的输入功率门限

9.1.11   rx_addr_p-接收地址

n取0~5，地址0x0a~0x0f。0x0a的默认值0xe7e7e7e7e7，0x0b默认值0xc2c2c2c2c2，后续4个寄存器的后4字节必须与0x0b的后4字节相同，第一字节分别是0xc3、0xc4、0xc5、0xc6，即lsb。

最大允许5字节地址，lsb优先，有效地址长度由setup_aw决定。

9.1.12   tx_addr-发送地址

地址0x10，默认值0xe7e7e7e7e7。

仅用于ptx设备，lsb优先。设置rx_addr_p0等于这个地址来处理自动包应答，如果这个设备也支持enhanced shockburst。

9.1.13   rx_pw_p-接收数据宽度

n取0~5，地址0x11~0x16。

1. rx_pw_p：数据通道的接收数据载荷字节数，0=该通道未用，1~32字节

9.1.14   fifo_status-fifo状态

地址0x17，默认值0x11。

1. tx_reuse：仅用于ptx设备，脉冲rfce为高至少10us来复用上次发送的载荷；tx载荷复用在w_tx_payload或flush_tx执行前一直有效，tx_reuse通过spi命令reuse_tx_pl来设置，通过w_tx_payload或flush_tx来复位
2. tx_full：tx_fifo满，1=满，0=还有有效位置
3. tx_empty：tx_fifo空，1=空，0=tx_fifo中有数据
4. rx_full：rx_fifo满，1=满，0=还有有效位置
5. rx_empty：rx_fifo空，1=空，0=rx_fifo中有数据

9.1.15   ack_pld-应答包载荷

无地址，无默认值。长度256bit。只能写不能读。

用w_ack_payload来写入到数据通道ppp。仅用于rx模式。最大3个ack包载荷可以在未决状态。相同ppp的载荷，先入先出。

9.1.16   tx_pld-发射载荷

无地址，无默认值。长度256bit。只能写不能读。

用w_tx_payload来写入1~32字节。这个寄存器实现为fifo，有3级。仅用于tx模式。

9.1.17   rx_pld-接收载荷

无地址，无默认值。长度256bit。只能读不能写。

用r_rx_payload读出，1~32字节。实现为3级fifo。所有rx通道共享相同的fifo。

9.1.18   dynpd-启用动态载荷长度

地址0x1c，默认值0x00。

1. dpl_p：启用数据通道的动态载荷长度，需要en_dpl和enaa_p

9.1.19   feature-功能寄存器

地址0x1d，默认值0x00。

1. en_dpl：启用动态载荷长度
2. en_ack_pay：允许载荷带ack
3. en_dyn_ack：允许w_tx_payload_noack命令

如果ack包载荷被激活(en_ack_pay)，ack包哟你欧冠有动态载荷长度，以及动态载荷长度应该在ptx和prx设备的pipe0启用。这确保了他们可以接收到带有载荷的ack包。如果ack载荷多于15字节，在2mbps模式，ard必须是500us或以上，如果ack载荷多于5字节，在1mbps模式，ard必须在500us或以上。在250kbps模式(哪怕载荷不在ack中)，ard也必须在500us以上。

10   外设rf信息

外设电路与pcb布局需求，这些都会影响nrf24l01 的性能。

@page 64-65

11   应用示例

只有单端匹配网络晶振，偏置电阻和解耦电容：

@page 66-70 只有电路设计的例子

12   机械规范

@page 71-72

13   订购信息

@page 73-73

14   术语表

@page 74-74

15   附录a 配置和通信实例

enhanced shockburst发送载荷：

1. 设置config.prim_rx=0
2. 把接收端地址tx_addr和载荷数据tx_pld通过spi写入nrf24l01 ，发送数据宽度会在写入tx fifo时自动计数；tx_pld在csn=0时必须持续写入，tx_addr如果没有改变则不用重新写入；如果ptx设备要接收应答，配置数据通道0为接收ack包；rx_addr_p0必须等于tx_addr
3. 一个ce上的高电平脉冲会开启发送，脉冲最小宽度10us
4. nrf24l01 shockburst：
1. radio上电
2. 16mhz内部时钟启动
3. rf包完成
4. data发送以高速度
5. 如果自动应答开启了(enaa_p0=1)，芯片会立即进入rx模式，除非接收包使用了no_ack位；如果收到有效的包并在有效应答时间内，发送会看做成功，status.tx_ds=1，tx_fifo被清空；如果没能在时间窗口内收到有效的ack包，载荷会被重新发送(启用了自动重发)；如果自动重发计数器arc_cnt到达最大值arc，status.max_rt=1，tx_fifo中的载荷不会被清空；如果max_rt或tx_ds为高，则irq会激活，要关闭irq，写status对应中断源；如果重发后还没收到ack，则max_rt中断被清除之前不会发送任何包了；丢包计数器plos_cnt会在每次max_rt中断时自增；这是因为arc_cnt对重发计数，需要通过一个包，plos_cnt计数没有在最大重发后通过的包数量
6. nrf24l01 会在ce=0时进入待机i模式，否则下一个tx_fifo载荷会被发送，如果ce=1时tx_fifo为空，则nrf24l01 进入待机ii模式
7. 如果nrf24l01 在待机ii模式，ce=0时会立刻进入待机i模式

enhanced shockburst接收载荷：

1. 通过config.prim_rx=1选中rx模式，所有要接收数据的管道都需使用en_rxaddr启用，用en_aa启用自动应答进入enhanced shockburst模式，用rx_pw_p设置正确的载荷宽度，设置地址通过发射流程的第二步
2. 让ce进入高电平激活rx模式
3. 在130us后，nrf24l01 会开始监听输入的通信
4. 当收到有效数据包(地址匹配且crc正确)，载荷会存入rx_fifo，status.rx_dr=1，irq会被激活，status.rx_p_no指出实际收到数据的管道
5. 如果启用了自动应答，会自动发送ack包，除非接收到的包有no_ack位，如果tx_pld fifo中有载荷，载荷会自动添加ack包
6. mcu设置ce进入低电平进入待机i模式(低电流模式)
7. mcu可以读出数据
8. nrf24l01 现在可以进入tx、rx、掉电模式

16   附录b 配置兼容nrf24xx

@page 77-77

17   附录c 测试波形

@page 78-78