2.4GHz无线收发芯片nRF24E1的原理及应用

2.4GHz 无线收发芯片 nRF24E1 的原理及应用
摘要 241 是集成有 24 无线收发器、增强型 8051、和其它外设的一款高集成 度无线收发芯片，它体积小，功耗低、所需外围元件少，并有很大的价格优势， 可代替一些场合的蓝牙应用需求。

文中介绍了 241 发芯片的主要特点、内部结构和引脚功能，最后给出了 241 的无线数据包格式和典型应用电路。

关键词 241；频段；蓝牙；无线通信；8051 １ｎＲＦ２４Ｅ１的主要特点 ｎＲＦ２４Ｅ１是北欧集成电路公司ＮＯＲＤＩＣ推出的一款带２．４ＧＨ ｚ无线收发器ｎＲＦ２４０１和增强型８０５１内核的无线收发模块。

ｎＲＦ２４Ｅ１适用于各种无线设备的短距离互连应用场合，工作于ＩＳＭ 工业、科学和医学频段。

该器件有１２５个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信，同时可采 用改频和跳频来避免干扰。

ｎＲＦ２４Ｅ１最大传输速率可达１Ｍｂｉｔ／ｓ，其最大发射功率为０ｄ Ｂｍ，在比较理想环境中，其室内传输距离可达３０～４０米，室外传输距离可 达１００～２００米。

ｎＲＦ２４Ｅ１的灵敏度为－９０ｄＢｍ， 工作电压为１． ９Ｖ～３． ３Ｖ， 工作温度范围为－４０～＋８０℃。

ｎＲＦ２４Ｅ１的主要特性如下


●带有２．４ＧＨｚ无线收发器； ●内含增强型８０５１控制器； ●可工作在低电压 ●内有电压调节器； ●待机电流可低至２μＡ，同时器件还带有唤醒定时器； ●采用０．１８μｍ的ＣＭＯＳ技术制造； ●所需外围器件很少； ●设计简单。

２引脚功能 ｎＲＦ２４Ｅ１采用３６脚ＱＦＮ６×６ｍｍ封装，其引脚排列如图１所示， 各引脚功能如下 ｎＲＦ２４Ｅ１有１１个数字Ｉ／Ｏ引脚，由Ｐ０口ＤＩＯ２～ＤＩＯ９和 Ｐ１口ＤＩＯ０、ＤＩＯ１、ＤＩＮ０组成，除了ＤＩＮ０只能用于输入外，其 余都是双向引脚，而且大部分数字Ｉ／Ｏ有复用功能。

Ｐ０口各个引脚的复用功能如表１所列。

表 10 口引脚的复用功能 引脚 079060504 复用功能 101 引脚 030201002 复用功能 0 此外，Ｐ０口还有两个控制寄存器Ｐ０ＡＬＴ和Ｐ０ＤＩＲ。

其中Ｐ０ＡＬＴ的控制优先级高于Ｐ０ＤＩＲ。

设计时可以通过设定Ｐ０ＡＬＴ来决定哪些引脚使用复用功能，没有选用复 用功能的引脚则为ＧＰＩＯ，而可用Ｐ０ＤＩＲ来设置这些Ｐ０口是输入还是输 出。

１．９Ｖ～３．６Ｖ 下；


Ｐ１口只有３个引脚，可设为ＳＰＩ接口或ＧＰＩＯ，ｎＲＦ２４Ｅ１使用 ＳＰＩ时，只能作为主机。

ＳＰＩ接口的引脚功能如下 Ｐ１．２ＤＩＮ０串行数据输入脚； Ｐ１．１ＤＩＮ１串行数据输出脚； Ｐ１．０ＤＩＯ０串行时钟引脚。

ｎＲＦ２４Ｅ１带有９个模拟输入引脚，其中ＡＩＮ０～ＡＩＮ７为ＡＤＣ 的８路模拟输入，ＡＲＥＦ为ＡＤＣ参考电压。

此外，该器件还有２个天线接口引脚ＡＮＴ１和ＡＮＴ２以及两个晶振引脚 ＸＣ１和ＸＣ２。

ｎＲＦ２４Ｅ１必须用高精度的晶振，为了支持１Ｍｂｉｔ／ｓ的传输速率， 设计时还必须采用１６ＭＨｚ以上的晶振。

ｎＲＦ２４Ｅ１的其它引脚还有１２个。

其中ＩＲＥＦ用于连接外部偏置参考电阻。

其余为电源和接地脚。

图2 ３内部结构 图２是ｎＲＦ２４Ｅ１的内部结构框图和外围元件。

从芯片的内部结构图可以看出，ｎＲＦ２４Ｅ１内有增强型８０５１内核、 无线收发器ｎＲＦ２４０１、９路１００ｋｓｐｌｓ／ｓ的１０ｂｉｔ模数转换 器、ＵＡＲＴ异步串口、ＳＰＩ接口、ＰＷＭ输出、ＲＣ振荡器、看门狗和唤醒 定时器，此外，ｎＲＦ２４Ｅ１还内置了专门的稳压电路。

在ｎＲＦ２４Ｅ１的内部存储空间中，５１２ＢＲＯＭ用于存储引导程序。

上电后，它可将ＥＥＰＲＯＭ中存储的程序下载到４ｋＢＲＡＭ的程序运行 空间，另外的２５６ＢＲＡＭ为数据存储器。

４无线数据包格式和收发器配置字 数据包格式是通信协议的重要部分，ｎＲＦ２４Ｅ１的无线数据包格式如下 其中，Ｐｒｅａｍｂｌｅ是前导码，是由硬件自动加上去的；ＡＤＤＲ是要 发送的３２～４０位地址码；ＰＡＹＬＯＡＤ是有效数据；ＣＲＣ是ＣＲＣ校验 和，它可由内置ＣＲＣ纠检错硬件电路自动加上，可设为０、８或１６位。

ＡＤＤＲ、ＰＡＹＬＯＡＤ和ＣＲＣ的总长度最大为２５６位，因此，设置 较短的地址和校验和可以提高传输效率，但会使可靠性降低。

无线收发器ｎＲＦ２４０１有一个１４４ｂｉｔ的配置字，该配置字规定了 无线收发器的接收地址、收发频率、发射功率、无线传输速率、无线收发模式以 及ＣＲＣ校验和的长度和有效数据的长度。

在同一时刻，无线收发器只能处于接收或发送模式中的一种，一般以接收模 式为待机状态。

５应用电路 ｎＲＦ２４Ｅ１可工作于２．４ＧＨｚ 的国际通用ＩＳＭ频段而无需申请无线应用许可证，从而大大方便了开发者 和用户。

ｎＲＦ２４Ｅ１内置了增强型８０５１控制器，是一种集无线数据接收和发 送于一体 并可对数据进行处理的片上系统ＳｏＣ，这使得ｎＲＦ２４Ｅ１的应 用系统更为简化，并且大大增强了无线系统的稳定性和可靠性，同时也使得开发


变得简单，而且可以降低了成本。

图3 ｎＲＦ２４Ｅ１体积小、功耗低，因此非常适用于对体积和功耗要求较高的 应用场合。

可广泛应用于计算机外设、无线耳机、玩具、游戏手柄、汽车电子、医疗器 械、遥控和工业传感器等方面。

图３所示是ｎＲＦ２４Ｅ１的应用电路。

图中，ｎＲＦ２４Ｅ１通过ＳＰＩ口与ＥＥＰＲＯＭ进行连接。

上电后，电路可在５１２ＢＲＯＭ中存储的引导程序的控制下，通过ＳＰＩ 将ＥＥＰＲＯＭ中存储的用户程序传送至ｎＲＦ２４Ｅ１的４ｋＢＲＡＭ程序 运行空间中，以把控制的任务转到用户程序，这样 通过ＳＰＩ口就可以与其它 器件进行通讯了。

当上电后，首先必须对无线收发器ｎＲＦ２４０１的配置字进行初始化，这 可通过８０５１对配置字写数据来实现。

６结束语 众所周知，蓝牙芯片也工作在２．４ＧＨｚ频段，但由于其成本一直居高不 下，产品也很难开发，因此 到目前为止，蓝牙的市场产品还很少。

另外，市场也尚未出现非要蓝牙不可的应用需求，这样，蓝牙的一些市场定 位便能够轻易的被其他更专业的产品所取代，ｎＲＦ２４Ｅ１就是其中很有价格 优势和较容易开发的一种，可用来代替一些领域的蓝牙应用需求。

《原生生物的主要类群》习题 一、选择题 1、桃花的下列结构中，经过发育最终成为果实的是（ A、子房 B、子房壁 ） B、分解有机物，释放能量 D、合成有机物，释放能量 ） C、 胚珠 ） D、 受精卵
2、呼吸作用的实质是（ A、分解有机物，贮存能量 C、合成有机物，贮存能量
3、旱地里的农作物被水淹没后，要及时排涝，主要是为了促进（ A、叶的光合作用 C、根的呼吸作用 B、叶的蒸腾作用 D、根的吸水 ）
4、农业生产中对农作物进行合理密植主要是为了（ A、提高作物对水分的吸收 率 C、提高作物的蒸腾作用
B、提高作物对土壤中无机盐的利用
D、提高作物的光合作用 ）
5、下列关于光合作用原料的叙述中，不正确的是（ A、光合作用的原料是二氧化碳 C、二氧化碳和水都用于制造淀粉 料
B、光合作用的唯一原料是二氧化碳 D、二氧化碳和水都是光合作用的原
6、 晚上， 将金鱼藻放在盛有水的试管中， 将试管先后放在离白炽灯如下距离处， 在相同时间内试管内产生气泡数量最多的是（ ）


A、10 厘米
B、20 厘米
C、30 厘米 ）
D、40 厘米
7、贮藏蔬菜、水果要保持低温，这是因为（ A、温度低，减少细菌病害 少 C、温度低，促进光合作用积累 二、实验探究题
B、温度低，呼吸作用弱，有机物消耗
D、温度低，蒸腾作用弱
1、下面是验证“绿叶在光下制造淀粉的实验”的具体步骤，请回答有关问题： ① 把盆栽的天竺葵放在黑暗处一昼夜。

② 用黑纸把一片叶的一部分的正面和背面盖住， 然后移到阳光下， 照射 3 小时～ 4 小时。

③ 剪下遮光的叶片，去掉黑纸。

④ 将叶片放在盛有酒精的小烧杯中，再放入大烧杯内隔水加热，叶片颜色逐渐 由 变成 。

⑤ 取出叶片，用清水漂洗干净。

然后放在培养皿里，向叶片滴加碘液。

⑥ 稍停片刻，用清水冲洗掉碘液。

这时可以看到，叶片遮光部分呈 没有遮光的部分呈 （ 是： （ 是： （ 3 ） 这 个 实 2 ） 步 骤 ④ 中 酒 精 。

验 说 明 1 ） 步 色。

骤 ① 的 。

的 作 用 作 用 色，


了：。

2、有一次小明上街买回来一袋黄豆芽放在阳光下，下午去打开一看，发现许多 黄豆芽 变成了 “绿豆芽”，小明觉得奇怪，他把这一发现告诉了同学们，
他们决定把问 题搞清楚，请你和他们一起去探究。

（1）你的问题是：______________________能影响叶绿素的产生吗？ （2）针对你提出的问题，请作出假设：____________对叶绿素的产生有影响。

（3）设计实验方案： A、取一定数量的新鲜的黄豆芽分成两份，分别放在甲、乙两个容器中。

B、把甲放在___________下培养，把乙放在__________处培养。

（4）该实验的预期效果是：甲中的黄豆芽_______绿，乙中的黄豆芽_______。

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