nRF2401应用
基于nRF2401智能家居的自组织网络节点设计
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基于nRF2401的足球机器人无线通信系统
ｎ Ｆ ４ １芯片 的用户接 口电路 如 图 １所示 ， 需 少数几个 Ｒ ２０ 仅 外 围元 件就可 以使用 ， 足球 机器 人小车的设计 中 ， 以节省空 在 可 问， 同时 ， 高度集 成还 能提高芯片 的抗干扰 能力 ， 保证通 信 的稳
定 可靠 。
人比赛 能够顺 利 、 畅进行 ， 流 因此要求无线通信系统必须要有抗
摘要 ： 点对 多点无线通信子 系统是半 自主足球 机 器人 系统 的关键 组成部 分 。在 介绍 了 ｎ Ｆ ４ １的特 点和 性 能的基础 上 ， Ｒ ２０
分 别 设 计 了无 线 通 信 数 据 收 发 端 的硬 、 件 ， 软 并且 在 Ｍ ｒｓｔ ｉ ｏ 大场 地 足 球 机 器 人 的 具 体 应 用环 境 下得 到 了应 用 ， 系 统提 供 ｏ 为
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Ｋｅ ｒ ｓ ｒｂ ｔｓ ｃ ｅ ； ｉｅｅ ｓ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｎ ２ ０１ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｏ ｏ ｃ ｒ ｗ ｒｌ ｓ ｏ ｎｃ ｔ ； ＲＦ ４ ｏ
了高效 、 可靠 、 稳定的通信平 台。
关 键 词 ： 球 机 器人 ； 线 通 信 ；Ｒ ２ ０ 足 无 ｎ Ｆ４ １
中图分 类号 ：Ｄ ５ Ｔ ６
பைடு நூலகம்
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：００— ８９ ２ ０ ） ７— ０ ４— ２ １０ ８ ２ （ ０ ８ ０ ０ ９ ０
ｎ ＲＦ２ ０１ Ｂａ ｅ ｏ ｃ ｒ Ｒｏ ｔ Ｓ Ｌｅ ｄ—ｎ Ｃｏ ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ Ｓ ｓ ｅ ４ 一 ｓ ｄ Ｓ ｃ ｅ ｂｏ ’ ａ ｉ ｒ ｅ ｐｏ ｄｅ ｃ ｙ ｔ ｍ
nRF2401无线通信数据传输可靠性技术应用
接收端收到每个编码后，按式（１） （２）和（３）计算出校正 子和对应位做比对，如值非零，则表明存在错码情况，查表１判断出 相应错误位。 具体应用中， 可先取一字节数据分两部分传输，取数据信息 的低四位， 用汉明码对其进行编码，根据数据位由监督关系计算 监督位，我们用ａ３ ａ２ ａ１ ａ０表示数据的低四位，ｈ２ ｈ１ ｈ０分别表 示相应的校验，这样对应的有七位数据，为了让其以字节的方式传 输，需补充一位数据，现在我们以Ｋ表示补充位。 实际传输中按ａ３ ａ２ ａ１ ａ０ ｈ２ ｈ１ ｈ０ ｋ （最低位补ｋ） 设置编码；在解码端接） 、 （２） 和 （３） 计算校正子ｓ１ 、 ｓ２ 和ｓ３
２ 基于传输速率切换的控制
ｎＲＦ２４０１ 支持两种速率 １Ｍｂｐｓ 和 ２５０ｋｂｐｓ，因此可以在两种 速率之间进行切换。１Ｍｂｐｓ 速率下，抗干扰能力强，但传输距离 近，在较大距离下容易丢包；２５０Ｋｂｐｓ速率下，抗干扰能力弱，容易 受干扰，传输距离远
[1 ]
图 １ nRF２４０１ 基于速率切换流程图 首先发送接收双方均以 １Ｍｂｐｓ 的传输速率配置 ｎＲＦ２４０１ 芯 片，并同样配置一个试验包。 首先发送方发送试验包后，接收端接 收，验证副本并以此判读误码和丢包率Ｋ１ （初始值为０） ，并判读 是否小于系统规定的门限 （这里的门限指系统所能允许的误码率
３ nRF２４０１ 信道转换控制
ｎＲＦ２４０１ 具有双通道，信道一既可以发送和接收数据，信道 二只具有接收数据的功能， 并且信道二默认频率比信道一高 ８ＭＨＺ。 无线传输过程中，可能会因为通道的原因造成误码或丢包 的现象产生，针对这一故障，可以在程序设计的时候，选择频道切 换的方式，解决针对通道的干扰。 同样，接收双方预先配置一个相同的试验包，发送方发送试验 包后，接收方接收试验包，并验证试验包副本以此判读误码和丢包 率 Ｋ１ （Ｋ１ 初始值为 ０） ，小于系统传输所要求的门限 Ｎ （这里的门
nrf2401中文资料_数据手册_参数
2.4GHz射频收发芯片nRF2401应用电路图 器件配置
2.4GHz射频收发芯片nRF2401应用电路图器件配置1. 引言nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。
芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。
其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。
nRF2401适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。
2. 芯片结构、引脚说明2.1 芯片结构nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。
QFN24引脚封装，外形尺寸只有5×5mm。
nRF2401的功能模块如图1所示。
图２nRF2401引脚图2.2 引脚说明表1：nRF2401引脚（附：此处引脚11和12有误。
2006.6.30）3. 工作模式nRF2401有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。
nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三个引脚决定，详见表2。
表2：nRF2401工作模式3.1 收发模式nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定，具体配置将在器件配置部分详细介绍。
3.1.1 ShockBurstTM收发模式ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。
与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。
nRF2401的原理及应用
单片2.4GHz无线收发一体芯片nRF2401及其应用nRF2401是挪威Nordic公司推出的单片2.4GHz无线收发一体芯片。
它将射频、8051MCU、9通道１２位ADC、外围元件、电感和滤波器全部集成到单芯片中，并采用２.４GHz频带和０.18μｍ工艺，可提供ShockBurst、DuoCeiver、片上CRC以及地址计算编码等功能。
文章详细介绍了nRF2401的结构特点、引脚功能和工作原理，给出了它的典型应用电路。
nRF2401无线收发一体芯片和蓝牙一样,都工作在2.4GHz自由频段,能够在全球无线市场畅通无阻.nRF2401支持多点间通信,最高传输速率超过1Mbit/S,而且比蓝牙具有更高的传输速度.它采用SoC方法设计,只需少量外围元件便可组成射频收发电路.与蓝牙不同的是,nRF2401没有复杂的通信协议,它完全对用户透明,同种产品之间可以自由通信.更重要的是,nRF2401比蓝牙产品更便宜.所以nRF2401是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片.2 主要特点和引脚功能nRF2401的引脚排列如图1(顶视图)所示.它采用5mm×5mm的24引脚QFN封装.nRF2401的主要特点如下:●采用全球开放的2.4GHz频段,有125个频道,可满足多频及跳频需要;●速率(1Mbps)高于蓝牙,且具有高数据吞吐量;●外围元件极少,只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路;●发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置;●电源电压范围为1.9～3.6V,功耗很低;●电流消耗很小,-5dBm输出功率时的典型峰值电流为10.5mA;●芯片内部设置有专门的稳压电路,因此,使用任何电源(包括DC/DC开关电源)均有很好的通信效果;●每个芯片均可以通过软件设置最多40bit地址,而且只有收到本机地址时才会输出数据(提供一个中断指示),同时编程也很方便;●内置CRC纠检错硬件电路和协议;●采用DuoCeiver技术可同时接收两个nRF2401的数据;●采用ShockBurstTM模式时,能适用极低的功率操作和不严格的MCU执行;●带有集成增强型8051内核、9路10bitADC、UART异步串口、SPI串口和PWM输出;●内置看门狗;●无需外部SAW滤波器;●可100%RF检验;●带有数据时隙和数据时钟恢复功能.3 工作原理nRF2401的内部结构原理及外部组成框图如图2所示,下面介绍其工作原理.3.1 ShockBurstTM模式nRF2401的ShockBurstTM RX/TX模式采用片上先进先出(FIFO)来进行低数据率的时钟同步和高数据率的传输,因此极大的降低了功耗.ShockBurstTM发射主要通过MCU接口引脚CE、CLK1和DATA来完成.当MCU请求发送数据时,置CE为高电平,此时的接收机地址和有效载荷数据作为nRF2401的内部时钟,可用请求协议或MCU将速率调至1Mbps;置CE为低电平可激活ShockBurstTM发射.ShockBurstTM接收主要使用MCU接口引脚CE、DR1、CLK1和DATA来实现.当正确设置射频包输入载荷的地址和大小后,置CE为高电平可激活RX.此后便可在nRF2401监测信息输入200μs,若收到有效数据包,则给MCU一个中断并置DR1为高电平,以使MCU 以时钟形式输出有效载荷数据,待系统收到全部数据后nRF2401再置DR1为低此时如果CE保持高电平,则等待新的数据包.若CE置低电平,则开始接收新的序列.3.2 DuoCeiverTM的双信道接收模式nRF2401的DuoCeiverTM技术为RX提供了两个独立的专用数字信道,因而可代替两个单独接收系统.图3所示是DuoCeiverTM同时双接收信道结构图.nRF2401 可以通过一个天线接口从相隔8MHz的两个1Mbps接收机上接收数据.同时将两个数字信道的输出反馈到两个单独的MCU接口.具体的两个信道如下:数字信道1:CLK1,DATA,DR1;数字信道2:CLK2,DOUT2,DR2;应当说明的是,数字信道2的频率只有在比数字信道1的频率高出8MHz时,才能保证正常接收.4 典型应用nRF2401的电源电压范围为1.9～3.6V,可工作在-40～+85℃的温度范围内.灵敏度为-90dbm.图4是nRF2401的一个典型应用电路.该电路由50V陶瓷电容器(C1～C9)、nRF2401无线电收发器(U1)以及一个晶振组成,由图可见,该电路外围元件很少.。
nrf2401引脚定义
nrf2401引脚定义nRF2401是一款低功耗无线收发器，广泛应用于无线通信领域。
它具有丰富的引脚定义，下面将逐一介绍这些引脚的功能和用途。
1. VCC：这个引脚用于连接芯片的电源正极，通常连接到3.3V电源引脚上。
2. GND：这个引脚用于连接芯片的地，通常连接到电源的负极或地线上。
3. CE（Chip Enable）：这个引脚用于使能或禁用芯片，控制芯片的工作状态。
当CE为高电平时，芯片处于工作状态；当CE为低电平时，芯片处于停止工作状态。
4. CSN（Chip Select Not）：这个引脚用于选择芯片，控制芯片与其他设备之间的通信。
当CSN为低电平时，芯片处于选中状态；当CSN为高电平时，芯片处于非选中状态。
5. SCK（Serial Clock）：这个引脚用于控制数据的传输速度，通过时钟信号同步数据传输。
6. MOSI（Master Out Slave In）：这个引脚用于从主设备向从设备传输数据。
7. MISO（Master In Slave Out）：这个引脚用于从从设备向主设备传输数据。
8. IRQ（Interrupt Request）：这个引脚用于检测中断请求，当芯片有中断事件发生时，IRQ引脚会产生相应的信号。
通过对nRF2401芯片的引脚定义的了解，我们可以看出，这些引脚在芯片的工作中起到了关键的作用。
通过合理地使用这些引脚，我们可以实现无线通信的功能。
同时，我们还可以根据具体的需求，选择合适的引脚来连接其他外部设备，实现更多的功能扩展。
总结起来，nRF2401的引脚定义为VCC、GND、CE、CSN、SCK、MOSI、MISO和IRQ。
每个引脚都有自己的功能和用途，在设计应用时需要根据具体的需求进行合理的配置和连接。
通过充分理解和利用这些引脚，我们可以实现丰富多样的无线通信功能。
基于nRF2401的智能家居无线网络节点设计
低 压 电 器 （０７￣１ ） ２ ０ １ ４
现代建筑电气 篇
・ 智能家居 ・
基 于 ｎ Ｆ ４ １的智 能 家居 Ｒ ２０ 无 线 网络 节点 设 计 水
郑 君 刚 ， 吴成 东 ， 韩 中华 ， 杨英 翔
（ 阳建 筑大 学 ， 宁 沈 阳 沈 辽
ｄ ｓｇ ｆｈ ｒ ｗａ ｅ ａ ｄ ｓｆｗ ｅ ｏ ｒ ｌｓ ｅｗｏｋ ｎ ｄ ａ ｅ ｎ ｎ ２ ０ ｈ ｐ ｗｅｅ ｍａ ｎｙ ｓｕ ｉｄ ｅ ｉｎ ｏ ａ ｄ ｒ ｎ ｏｔ ａ ｆ ｅｅ ｓ ｎ ｔ ｒ ｏ ｅｂ ｓ ｄ ｏ ＲＦ ４ １ ｃ ｉ ｒ ｉ ｌ ｔ ｄｅ ．Ｔ ｅ ｌ ｅ ｓ ｒ ｗｉ ｈ ｉ ｎ ｅ ｃ
摘
１０ ６ １ １８）
要： 将无线 网络技术应用于家居 网络 已成 为智 能家居领域研究 的热点 。智 能
郑 君 刚 （ ９ ３ ） １７ 一 ，
家居无线 网络主要 包括 家居 网关和 无线 网络节 点等 部分 。主要 研究 了基 于 ｎ Ｆ ４ １ Ｒ ２０
芯片无线 网络 节点 的硬件和软件设计 ， 采用 了一种许 可证 技术 ， 提高 了网络节 点无线 通
信 的安全性和抗干扰能力 。经测试表 明 ， 无线 网络 节点在 无线 通信和控 制 中工作稳 该
定、 可靠 。 关键词 ：智能家居 ； 无线 网络节点 ； ＲＦ ４ １芯片 ；许可证技术 ；家居网关 ｎ ２０ 中图分类号 ：Ｔ ２ ３ ５ Ｔ ９ 文献标 识码 ： 文 章编 号 ：０ １ ５ １ ２０ ） ４ Ｐ ７ ．： Ｎ ２ Ｂ １０ － ３ （ ０ ７ １－ ５
关键。 本 文 根 据 ｎ Ｆ ４ １芯 片 和 无 线 网 络 节 点 Ｒ ２０
地满足用户对家居 网络 的灵活性 、 可靠性以及便 捷性等方面需求 。它不但克服了有线系统的高成 本和不方便等缺点 ， 而且还可 以使用户方便、 快捷 地管理家务 、 监测家居环境 、 遥控家用电器等。智 能家居 无线 网络 主要 包括 家居 网关 和无 线 网络节 点等部分。无线网络节点是一种嵌入式无线通信 接 口， 是连接家居 内各种传感器和被控制设备的
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摘要：nRF2401是挪威Nordic公司推出的单片2.4GHz无线收发一体芯片。
它将射频、8051MCU、9通道１２位ADC、外围元件、电感和滤波器全部集成到单芯片中，并采用２.４GHz频带和０.18μｍ工艺，可提供ShockBurst、DuoCeiver、片上CRC以及地址计算编码等功能。
文章详细介绍了nRF2401的结构特点、引脚功能和工作原理，给出了它的典型应用电路。
关键词：无线收发器；
ShockBurst；
DuoCeiver;nRF2401
１概述
ｎＲＦ２４０１无线收发一体
芯片和蓝牙一样，都工作在２．４Ｇ
Ｈｚ自由频段，能够在全球无线市场
畅通无阻。
ｎＲＦ２４０１支持多点
间通信，最高传输速率超过１Ｍｂｉ
ｔ／Ｓ，而且比蓝牙具有更高的传输
速度。
它采用ＳｏＣ方法设计，只需
少量外围元件便可组成射频收发电
路。
与蓝牙不同的是，ｎＲＦ２４０
１没有复杂的通信协议，它完全对用
户透明，同种产品之间可以自由通
信。
更重要的是，ｎＲＦ２４０１比
蓝牙产品更便宜。
所以ｎＲＦ２４０
１是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片。
２主要特点和引脚功能
ｎＲＦ２４０１的引脚排列如图１（顶视图）所示。
它采用５ｍｍ×５ｍｍ的２４引脚ＱＦＮ封装。
ｎＲＦ２４０１的主要特点如下：
●采用全球开放的２.４ＧＨｚ频段，有１２５个频道，可满足多频及跳频需要；
●速率（１Ｍｂｐｓ）高于蓝牙，且具有高数据吞吐量；
●外围元件极少，只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路；
●发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置；
●电源电压范围为１.９～３.６Ｖ，功耗很低；
●电流消耗很小，－５ｄＢｍ输出功率时的典型峰值电流为１０.５ｍＡ；
●芯片内部设置有专门的稳压电路，因此，使用任何电源（包括ＤＣ／ＤＣ开关电源）均有很好的通信效果；
●每个芯片均可以通过软件设置最多４０ｂｉｔ地址，而且只有收到本机地址时才会输出数据（提供一个中断指示），同时编程也很方便；
●内置ＣＲＣ纠检错硬件电路和协议；
●采用ＤｕｏＣｅｉｖｅｒ技术可同时接收两个ｎＲＦ２４０１的数据；
●采用ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ模式时，能适用极低的功率操作和不严格的ＭＣＵ执行；
●带有集成增强型８０５１内核、９路１０ｂｉｔＡＤＣ、ＵＡＲＴ异步串口、ＳＰＩ串口和ＰＷＭ输出；
●内置看门狗；
●无需外部ＳＡＷ滤波器；
●可１００％ＲＦ检验；
●带有数据时隙和数据时钟恢复功能。
３工作原理
ｎＲＦ２４０１的内部结构原理及外部组成框图如图２所示，下面介绍其工作原理。
３．１ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ模式
ｎＲＦ２４０１的ＳｈｏｃｋＢ
ｕｒｓｔＴＭＲＸ／ＴＸ模式采用片
上先进先出（ＦＩＦＯ）来进行低数据
率的时钟同步和高数据率的传输，因此
极大的降低了功耗。
ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ发射
主要通过ＭＣＵ接口引脚ＣＥ、ＣＬＫ
１和ＤＡＴＡ来完成。
当ＭＣＵ请求发
送数据时，置ＣＥ为高电平，此时的接
收机地址和有效载荷数据作为ｎＲＦ
２４０１的内部时钟，可用请求协议或
ＭＣＵ将速率调至１Ｍｂｐｓ；置ＣＥ为低电平可激活ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ发射。
ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ接收主要使用ＭＣＵ接口引脚ＣＥ、ＤＲ１、ＣＬＫ１和ＤＡＴＡ来实现。
当正确设置射频包输入载荷的地址和大小后，置ＣＥ为高电平可激活ＲＸ。
此后便可在ｎＲＦ２４０１监测信息输入２００μｓ，若收到有效数据包，则给ＭＣＵ一个中断并置ＤＲ１为高电平，以使ＭＣＵ以时钟形式输出有效载荷数据，待系统收到全部数据后 ｎＲＦ２４０１再置ＤＲ１为低 此时如果ＣＥ保持高电平，则等待新的数据包。
若ＣＥ置低电平，则开始接收新的序列。
３．２ＤｕｏＣｅｉｖｅｒＴＭ的双信道接收模式
ｎＲＦ２４０１的ＤｕｏＣｅｉｖｅｒＴＭ技术为ＲＸ提供了两个独立的专用数字信道，因而可代替两个单独接收系统。
图３所示是ＤｕｏＣｅｉｖｅｒＴＭ同时双接收信道结构图。
ｎＲＦ２４０１可以通过一个天线接口从相隔８ＭＨｚ的两个１Ｍｂｐｓ接收机上接收数据。
同时将两个数字信道的输出反馈到两个单独的ＭＣＵ接口。
具体的两个信道如下:
数字信道１：ＣＬＫ１，ＤＡＴＡ，ＤＲ１；
数字信道２：ＣＬＫ２，ＤＯＵＴ２，ＤＲ２；
应当说明的是,数字信道２的频率只有在比数字信道１的频率高出８ＭＨｚ时，才能保证正常接收。
图4
４典型应用
ｎＲＦ２４０１的电源电压范围为１.９～３.６Ｖ，可工作在－４０～＋８５℃的温度范围内。
灵敏度为－９０ｄｂｍ。
图４是ｎＲＦ２４０１的一个典型应用电路。
该电路由５０Ｖ陶瓷电容器（Ｃ１～Ｃ９）、ｎＲＦ２４０１无线电收发器（Ｕ１）以及一个晶振组成，由图可见，该电路外围元件很少。