NF2401中文手冊(cè)

1、2.4ghz射頻收發(fā)芯片nrf2401及其應(yīng)用摘要：本文介紹了工作于2.4ghz ism頻段的射頻收發(fā)芯片nrf2401的芯片結(jié)構(gòu)、引腳功能、工作模式、接收與發(fā)送的工作流程，詳細(xì)描述了nrf2401的器件配置，給出了應(yīng)用電路圖，分析了pcb設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題，最后對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：nrf2401；射頻；無(wú)線通信；收發(fā)芯片1.引言nrf2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5ghz ism頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-5dbm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5ma，接收時(shí)工作電流只有1

2、8ma，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。其duoceivertm技術(shù)使nrf2401可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。nrf2401適用于多種無(wú)線通信的場(chǎng)合，如無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無(wú)線鼠標(biāo)、遙控開(kāi)鎖、遙控玩具等。2.芯片結(jié)構(gòu)、引腳說(shuō)明2.1芯片結(jié)構(gòu) nrf2401內(nèi)置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、解調(diào)處理器、時(shí)鐘處理器、gfsk濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來(lái)非常方便。qfn24引腳封裝， 外形尺寸只有55mm。nrf2401的功能模塊如圖1所示。圖nrf2401引腳圖2.2 引腳說(shuō)明表1：nrf2401引腳（附：此處引腳11

3、和12有誤。2006.6.30）3.工作模式nrf2401有工作模式有四種：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)機(jī)模式。nrf2401的工作模式由pwr_up 、ce、tx_en和cs三個(gè)引腳決定，詳見(jiàn)表2。表2：nrf2401工作模式3.1收發(fā)模式nrf2401的收發(fā)模式有shockbursttm收發(fā)模式和直接收發(fā)模式兩種，收發(fā)模式由器件配置字決定，具體配置將在器件配置部分詳細(xì)介紹。3.1.1 shockbursttm收發(fā)模式shockbursttm收發(fā)模式下，使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速?gòu)奈⒖刂破魉腿耄咚?1mbps)發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻

4、數(shù)據(jù)發(fā)射速率。與射頻協(xié)議相關(guān)的所有高速信號(hào)處理都在片內(nèi)進(jìn)行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費(fèi)用(低速微處理器也能進(jìn)行高速射頻發(fā)射)；數(shù)據(jù)在空中停留時(shí)間短，抗干擾性高。nrf2401的shockbursttm技術(shù)同時(shí)也減小了整個(gè)系統(tǒng)的平均工作電流。在shockbursttm收發(fā)模式下，nrf2401自動(dòng)處理字頭和crc校驗(yàn)碼。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)把字頭和crc校驗(yàn)碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)加上字頭和crc校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。3.1.1.1 shockbursttm發(fā)射流程接口引腳為ce，clk1，dataa.當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，其把ce置

5、高，使nrf2401工作；b.把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時(shí)序送入nrf2401；c.微控制器把ce置低，激發(fā)nrf2401進(jìn)行shockbursttm發(fā)射；d.nrf2401的shockbursttm發(fā)射給射頻前端供電；射頻數(shù)據(jù)打包(加字頭、crc校驗(yàn)碼)；高速發(fā)射數(shù)據(jù)包；發(fā)射完成，nrf2401進(jìn)入空閑狀態(tài)。3.1.1.2 shockbursttm接收流程接口引腳ce、dr1、clk1和data(接收通道1)a.配置本機(jī)地址和要接收的數(shù)據(jù)包大小；b.進(jìn)入接收狀態(tài)，把ce置高；c.200us后，nrf2401進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來(lái)；d.當(dāng)接收到正確的數(shù)據(jù)包(正確的地址和crc校驗(yàn)碼

6、)，nrf2401自動(dòng)把字頭、地址和crc校驗(yàn)位移去；e.nrf2401通過(guò)把dr1(這個(gè)引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器；f.微控制器把數(shù)據(jù)從nrf2401移出；g.所有數(shù)據(jù)移完，nrf2401把dr1置低，此時(shí)，如果ce為高，則等待下一個(gè)數(shù)據(jù)包，如果ce為低，開(kāi)始其它工作流程。3.1.2直接收發(fā)模式在直接收發(fā)模式下，nrf2401如傳統(tǒng)的射頻收發(fā)器一樣工作。3.1.2.1直接發(fā)送模式接口引腳為ce、dataa.當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，把ce置高；b.nrf2401射頻前端被激活；c.所有的射頻協(xié)議必須在微控制器程序中進(jìn)行處理 (包括字頭、地址和crc校驗(yàn)碼) 。3.1.2.2直

7、接接收模式接口引腳為ce、clk1和dataa.一旦nrf2401被配置為直接接收模式，data引腳將根據(jù)天線接收到的信號(hào)開(kāi)始高低變化(由于噪聲的存在)；b.clk1引腳也開(kāi)始工作；c.一旦接收到有效的字頭，clk1引腳和data引腳將協(xié)調(diào)工作，把射頻數(shù)據(jù)包以其被發(fā)射時(shí)的數(shù)據(jù)從data引腳送給微控制器；d.這頭必須是8位；e.dr引腳沒(méi)用上，所有的地址和crc校驗(yàn)必須在微控制器內(nèi)部進(jìn)行。 3.2配置模式在配置模式，15字節(jié)的配置字被送到nrf2401，這通過(guò)cs、clk1和data三個(gè)引腳完成，具體的配置方法請(qǐng)參考本文的器件配置部分。3.3空閑模式nrf2401的空閑模式是為了減小平均工作電流

8、而設(shè)計(jì)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)，縮短芯片的起動(dòng)時(shí)間。在空閑模式下，部分片內(nèi)晶振仍在工作，此時(shí)的工作電流跟外部晶振的頻率有關(guān)，如外部晶振為4mhz時(shí)工作電流為12ua，外部晶振為16mhz時(shí)工作電流為32ua。在空閑模式下，配置字的內(nèi)容保持在nrf2401片內(nèi)。3.4關(guān)機(jī)模式在關(guān)機(jī)模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時(shí)的工作電流小于1ua。關(guān)機(jī)模式下，配置字的內(nèi)容也會(huì)被保持在nrf2401片內(nèi)，這是該模式與斷電狀態(tài)最大的區(qū)別。4.器件配置nrf2401的所有配置工作都是通過(guò)cs、clk1和data三個(gè)引腳完成，把其配置為shockbursttm收發(fā)模式需要15字節(jié)的配置字，而如把其配置

9、為直接收發(fā)模式只需要2字節(jié)的配置字。由上文對(duì)nrf2401工作模式的介紹，我們可以知道，nrf2401一般工作于shockbursttm收發(fā)模式，這樣，系統(tǒng)的程序編制會(huì)更加簡(jiǎn)單，并且穩(wěn)定性也會(huì)更高，因此，下文著重介紹把nrf2401配置為shockbursttm收發(fā)模式的器件配置方法。shockbursttm的配置字使nrf2401能夠處理射頻協(xié)議，在配置完成后，在nrf2401工作的過(guò)程中，只需改變其最低一個(gè)字節(jié)中的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間切換。shockbursttm的配置字可以分為以下四個(gè)部分：數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得nrf2401能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的

10、數(shù)據(jù)和crc校驗(yàn)碼；地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得nrf2401能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)；地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道1的地址和通道2的地址；crc：使nrf2401能夠生成crc校驗(yàn)碼和解碼。當(dāng)使用nrf2401片內(nèi)的crc技術(shù)時(shí)，要確保在配置字中crc校驗(yàn)被使能，并且發(fā)送和接收使用相同的協(xié)議。 nrf2401配置字的各個(gè)位的描述如表3所示。表3：nrf2401配置字描述在配置模式下，注意保證pwr_up引腳為高電平，ce引腳為低電平。配置字從最高位開(kāi)始，依次送入nrf2401。在 cs引腳的下降沿，新送入的配置字開(kāi)始工作。5.應(yīng)用電路圖2為nrf2401的應(yīng)用電路，由圖可知，其

11、只需要14個(gè)外圍元件。nrf2401應(yīng)用電路一般工作于3v，它可用多種低功耗微控制器進(jìn)行控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者可使用單鞭天線或環(huán)形天線，上圖為50歐姆單鞭天線的應(yīng)用電路。在使用不同的天線時(shí)，為了得到盡可能大的收發(fā)距離，電感電容的參數(shù)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。6.pcb設(shè)計(jì)pcb設(shè)計(jì)對(duì)nrf2401的整體性能影響很大，所以pcb設(shè)計(jì)在nrf2401收發(fā)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要的工作之一， 在pcb設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到各種電磁干擾，注意調(diào)整電阻、電容和電感的位置，特別要注意電容的位置。nrf2401的pcb一般都是雙層板，底層一般不放置元件，為地層，頂層的空余地方一般都敷上銅，這些敷銅通過(guò)過(guò)孔與底層的地相連。直流

12、電源及電源濾波電容盡量靠近vdd引腳。nrf2401的供電電源應(yīng)通過(guò)電容隔開(kāi)，這樣有利于給nrf2401提供穩(wěn)定的電源。在pcb中，盡量多打一些通孔，使頂層和底層的地能夠充分接觸。7.結(jié)束語(yǔ)nrf2401通過(guò)shockbursttm收發(fā)模式進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送，收發(fā)可靠，其外形尺寸小，需要的外圍元器件也少，因此，使用方便，在工業(yè)控制、消費(fèi)電子等各個(gè)領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。duoceiver 同步雙通道接收模式在這兩個(gè)shockburst 直接模式的nrf2401a可以方便同聲傳譯接待的兩個(gè)平行獨(dú)立的頻道，在最高數(shù)據(jù)傳輸率。 這意味著： nrf2401a可以接收數(shù)據(jù)，從兩個(gè)1 mbps的發(fā)射機(jī)（當(dāng)

13、然： nrf2401a 或nrf2402 ） 8兆赫（ 8頻道） ，除了通過(guò)一根天線界面。 輸出從兩個(gè)數(shù)據(jù)通道是美聯(lián)儲(chǔ)以兩個(gè)單獨(dú)的微控制器接口。 數(shù)據(jù)通道1 ： clk1 ，數(shù)據(jù)和dr1 數(shù)據(jù)通道2 ： clk2 ， dout2 ， dr2 dr1和dr2只提供在shockburst 。 該nrf2401a duoceiver 技術(shù)提供了2條單獨(dú)的專用數(shù)據(jù)通道為收發(fā)，并取代需要兩個(gè)，單獨(dú)成立接收機(jī)系統(tǒng)。 nrf2401a tx /收發(fā)nrf2401a tx /收發(fā)nrf2401a tx /收發(fā)圖8同時(shí)傳送2頻道接收nrf2401a 有一個(gè)絕對(duì)的要求，為使用第二個(gè)數(shù)據(jù)頻道。為nrf2401a要能

14、夠接受在第二個(gè)數(shù)據(jù)頻道的頻道必須8mhz高于頻率的數(shù)據(jù)通道1 。該nrf2401a必須程控接收，在頻率的數(shù)據(jù)通道1 。任何時(shí)候都多的是用在nrf2401a履行這一職能。在直接模式的單片機(jī)必須能夠要處理好兩個(gè)同時(shí)來(lái)襲的數(shù)據(jù)包，如果它不復(fù)之間兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。在shockburst 是有可能為單片機(jī)時(shí)鐘出一個(gè)數(shù)據(jù)頻道上的時(shí)間，而數(shù)據(jù)對(duì)其他數(shù)據(jù)通道等待單片機(jī)供貨， 沒(méi)有任何丟失的數(shù)據(jù)包，并通過(guò)這樣做，減少了所需要的性能分析單片機(jī)。圖9 duoceivertm兩個(gè)同時(shí)獨(dú)立接收通道。配置模式在配置模式配置字的多達(dá)15個(gè)字節(jié)是下載到nrf2401a 。這是通過(guò)簡(jiǎn)單的3線接口（政務(wù)司司長(zhǎng)， clk1和數(shù)據(jù)） 。 更多信息，電腦配置，請(qǐng)參閱該nr