STC8H开发(五): SPI驱动nRF24L01无线模块

目录

• STC8H开发(一): 在Keil5中配置和使用FwLib_STC8封装库(图文详解)
• STC8H开发(二): 在Linux VSCode中配置和使用FwLib_STC8封装库(图文详解)
• STC8H开发(三): 基于FwLib_STC8的模数转换ADC介绍和演示用例说明
• STC8H开发(四): FwLib_STC8 封装库的介绍和使用注意事项
• STC8H开发(五): SPI驱动nRF24L01无线模块

nRF24L01模块

• 整体介绍和STM32F1, STM32F4, STC12的代码
  
  https://www.cnblogs.com/milton/p/14999884.html
• 2x4pin模块和USB测试板, Arduino配置
  
  https://www.cnblogs.com/milton/p/8807436.html
• 利用FIFO队列进行发送速度优化
  
  https://www.cnblogs.com/milton/p/15259485.html

迁移到STC8H

只需要调整SPI发送部分, 为适应nRF24L01的发送方式, 增加了多字节发送方法(节省了字节间拉高拉低CS的GPIO操作)

uint8_t SPI_TxRx(uint8_t dat)
{
	SPDAT = dat;
    while (!SPI_RxTxFinished());
    SPI_ClearInterrupts();
	return SPDAT;
}

void SPI_TxRxBytes(uint8_t *pBuf, uint8_t len)
{
    while(len--)
    {
        *pBuf++ = SPI_TxRx(*pBuf);
    }
}

对应nRF24L01的SPI通信部分. 这里对发送作了一些优化

1. 将命令和后续数据合并为字节数组一并发出, 节约发送开销
2. 发送和接收使用同一段内存地址, 节约内存开销
3. 每次交互后, 地址的第一个字节都是当前nRF24L01的状态数据, 在某些场景可以避免二次调用

void NRF24L01_WriteReg(uint8_t reg, uint8_t value)
{
    NRF_CSN = 0;
    xbuf[0] = reg;
    xbuf[1] = value;
    SPI_TxRxBytes(xbuf, 2);
    NRF_CSN = 1;
}

uint8_t NRF24L01_ReadReg(uint8_t reg)
{
    NRF_CSN = 0;
    xbuf[0] = reg;
    xbuf[1] = NRF24_CMD_NOP;
    SPI_TxRxBytes(xbuf, 2);
    NRF_CSN = 1;
    return xbuf[1];
}

void NRF24L01_ReadToBuf(uint8_t reg, uint8_t len)
{
    NRF_CSN = 0;
    memset(xbuf, NRF24_CMD_NOP, NRF24_PLOAD_WIDTH + 1);
    xbuf[0] = reg;
    SPI_TxRxBytes(xbuf, len + 1);
    NRF_CSN = 1;
}

void NRF24L01_WriteFromBuf(uint8_t reg, const uint8_t *pBuf, uint8_t len)
{
    NRF_CSN = 0;
    xbuf[0] = reg;
    memcpy(xbuf_data, pBuf, len);
    SPI_TxRxBytes(xbuf, len + 1);
    NRF_CSN = 1;
}

nRF24L01模块演示用例

接线方式

因为使用了20pin的 STC8H1K08, 所以可选的SPI引脚只有P3开头的这组, 连线方式如下

20pin的STC8H3K32S2的接线和这个一样. 如果使用的是32pin或者更多pin的型号, 可以选择其它组的SPI

/**
 * Example code of SPI driving NRF24L01 module
 *
 *    Pin connection:
 *    P35(SS, Ignored) => CSN
 *    P34(MOSI)        => MOSI
 *    P33(MISO)        => MISO
 *    P32(SPCLK)       => CLK
 *    P36(INT2)        => IRQ
 *    P37(IO)          => CE
 *
 * test-board: Minimum System; test-MCU: STC8H1K08,STC8H3K32S2
 */

配置

接收和发送方的地址配置在 nrf24l01.c, 对于发送方和接收方, 需要将这两个地址互换.

const uint8_t TX_ADDRESS[NRF24_ADDR_WIDTH] = {0x32,0x4E,0x6F,0x64,0x22};
const uint8_t RX_ADDRESS[NRF24_ADDR_WIDTH] = {0x32,0x4E,0x6F,0x64,0x65};

pin脚的配置在 nrf24l01.h, 如果有变化, 这里要相应地调整

#define NRF_CSN  P35
#define NRF_MOSI P34
#define NRF_MISO P33
#define NRF_SCK  P32
#define NRF_IRQ  P36
#define NRF_CE   P37

初始化方法

如果只发送, 则只需要进行SPI和GPIO初始化

const NRF24_SCEN CURRENT_SCEN = NRF24_SCEN_HALF_DUPLEX;
extern uint8_t __IDATA xbuf[NRF24_PLOAD_WIDTH + 1];

void SPI_Init(void)
{
    // SPI预分频
    SPI_SetClockPrescaler(SPI_ClockPreScaler_16);
    // 时钟在空闲时保持低电平
    SPI_SetClockPolarity(HAL_State_OFF);
    // 由拉低SS脚触发数据传输
    SPI_SetClockPhase(SPI_ClockPhase_LeadingEdge);
    // 数据顺序MSB
    SPI_SetDataOrder(SPI_DataOrder_MSB);
    // 设定SPI的输出脚
    SPI_SetPort(SPI_AlterPort_P35_P34_P33_P32);
    // 忽略SS脚, 使用 MSTR 控制主从模式
    SPI_IgnoreSlaveSelect(HAL_State_ON);
    // 主模式
    SPI_SetMasterMode(HAL_State_ON);
    // 开启SPI
    SPI_SetEnabled(HAL_State_ON);
}

void GPIO_Init(void)
{
    // 在配置SPI之前配置GPIO
    // MISO(P33) MOSI(P34)
    GPIO_P3_SetMode(GPIO_Pin_4, GPIO_Mode_InOut_QBD);
    // SCLK(P32) CSN(P35) CE(P37)
    GPIO_P3_SetMode(GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7, GPIO_Mode_Output_PP);
    // IRQ(P36)
    GPIO_P3_SetMode(GPIO_Pin_6, GPIO_Mode_Input_HIP);
}

如果需要接收, 则还需要初始化中断和中断处理方法

void INT_Init()
{
    EXTI_Int2_SetIntState(HAL_State_ON);
    EXTI_Global_SetIntState(HAL_State_ON);
}

INTERRUPT(Int2_Routine, EXTI_VectInt2)
{
    NRF24L01_HandelIrqFlag();
}

接收模式

main()
{
    ...
    NRF24L01_Init(NRF24_MODE_RX);
    INT_Init();
    while (1);

发送模式

发送部分使用了FIFO队列的快速写入模式

main()
{
    ...
    NRF24L01_Init(NRF24_MODE_TX);
    UART1_TxString("NRF24L01 Initialized\r\n");
    while (1)
    {
        if (NRF24L01_WriteFast(tmp) == 0)
        {
            NRF24L01_ResetTX();
            err++;
        }
        else
        {
            succ++;
        }
        if (err >= 255 || succ >= 255)
        {
            UART1_TxHex(err);
            UART1_TxHex(succ);
            UART1_TxChar('.');
            err = 0;
            succ = 0;
        }
        SYS_Delay(50);
    }

半双工模式

在半双工模式下, 使用的还是普通的发送方法. 空闲时处于接收状态, 只有当发送数据时切换到发送状态, 发送后自动回到接收状态.

main()
{
    ...
    NRF24L01_Init(NRF24_MODE_RX);
    INT_Init();
    while (1)
    {
        NRF24L01_Tx(tmp);
        SYS_Delay(1000);
    }

实际测试性能

使用 STC8H1K08 fastwrite发送, STC8H3K32S2 使用中断接收

• 以下都是不带内容输出的测试结果
• 发送间隔1ms时发送速率最高, 能达到720~748个package每秒, 每个package是32字节, 差不多23K字节每秒
• 发送间隔为0ms时速度下降明显, 只有1ms间隔时的80%

完整代码

• GitHub FwLib_STC8/tree/master/demo/spi/nrf24l01
• Gitee FwLib_STC8/tree/master/demo/spi/nrf24l01