基于MCU和nRF24L01的无线通信系统设计

摘要 介绍了一种由STC12L5608AD高性能MCU和nRF24L01无线传输芯片组成的网络化无线通讯系统；阐述了系统的硬件电路设计和软件开发关键技术，以及软件的配置要点。实现了多点对单点的双向通讯需求，并通过无线传输方式对单片机EEPROM进行读写操作，保存系统信息。系统运行结果表明，该系统能可靠稳定地实现无线数据传输，达到了预期效果，满足了网络化条件下无线通讯的功能。
关键词 无线通讯；STC12L5608AD；nRF24L01；网络化；双向通讯；EEPROM

随着微电子技术的迅速发展，高性能MCU广泛地运用在嵌入式系统中，完成数据的采集、分析、处理与通讯功能。有线模式下的数据通讯系统，由于受时空、环境等因素的制约，不能完全满足所有条件下任务的执行，而通过无线数据传输方式代替有线数据传输，则能很好地解决此类问题。综上论述，文中提出一种基于高性能MCU和nRF24L01的网络化无线通信系统的解决方案，稳定可靠地实现数据传输，满足各种条件的需要。

1 系统硬件设计
1．1 nRF24L01无线通讯模块介绍
系统选用云佳科技的nRF24L01无线射频收发模块来实现子母机间的通讯，它使用Nordic公司的nRF24L01芯片开发而成，是一款工作在2．4～2．5 GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片，其具有如下性能特点：
(1)低工作电源电压，且范围广1．9～3．6 V，体积小巧，能方便集成到各种电子器件。
(2)极低的功耗。当工作在发射模式下发射功率为-6 dBm时电流消耗为9 mA，接收模式时为12．3 mA。待机模式下电流消22μA，掉电模式电流消耗仅为900 nA。
(3)无线速率达到2 Mbit·s-1，SPI接口速率为0～8 Mbit·s-1，具自动应答机制，极大地降低丢包率。
(4)拥有自动重发功能、地址及CRC校验功能。
(5)具有125个可选工作频道，拥有很短的频道切换时间，可用于跳频。
nRF24L01引脚封装如图1所示。

1．2 STC12L5608AD芯片简介
STC12L5608AD型MCU是宏晶科技新一代低电压增强型8051单片机，该系列单片机具有如下特性：宽工作电压(2．1～3．6 V)；具有1个时钟／机器周期的高速性能，比普通8051快8～12倍，可用低频晶振；自带-8路10位AD转换器等；加密性强，无法解密；超强抗干扰、高抗静电、轻松过4 kV快速脉冲干扰(EFT测试)、宽温度范围(-40～85℃)；超低功耗，正常工作模式2．7～7 mA，空闲模式1．8mA，掉电模式功耗0．1μA；能在系统编程等。
1．3 硬件接口电路
nRF24L01通过SPI接口与外部单片机进行数据交换，CE作为片选端，它与CONFIG寄存器的PWR_UP和PRIM_RX位组合用于选择芯片的工作方式；CSN为芯片内部SPI硬件接口的使能端，低电平有效；SCK为SPI的时钟输入端，MOSI为SPI接口的数据输入端，MISO为SPI接口的数据输出端，IRQ为中断请求端，与单片机的外部中断1相连，当nRF24L01产生中断后IRQ将置低，单片机检测到此中断后通过程序得知其与nRF24L01无线射频模块的数据收发情况。通过单片机与无线通讯模块的硬件连接，从而实现模式控制和数据交换。图2给出两模块的硬件接口设计。整个无线通讯系统由3个模块组成。