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SPI软件模拟 NRF24L01

时间：2022-08-18 12:00:02 2401电阻值

模拟SPI NRF24L简单使用01模块

软件模拟SPI

(注：默认已充分理解SPI通信协议)

软件模拟

  • 软件模拟的好处：
  1. 灵活性好(想想，平时用硬件。SPI如果一开始找那些重复使用的引脚？如果一开始规划好就可以了，但是项目开发到一半，突然来了硬件？SPI，还发现引脚口都被占用了，所以只能慢慢修改引脚或者找其他重用。
  2. 适应范围广。(极端情况，想象一下如果你的单片机不支持。SPI呢 <(￣ˇ￣)/ ）
  3. 移植简单易行。(看看网上开源代码。~~）
  • 软件模拟的坏处
  1. 速度稍慢。(与操作系统一起使用，通信速率~~在一定程度上~~慢于硬件SPI，毕竟人家走的总线。
  2. 单片机标志位较少。(不会像寄存器那样有很多标志位，检查配置是否有问题。看逻辑分析仪，读取模块寄存器。

如何模拟软件？SPI (如果代码)

  • 时序图

    众所周知，SPI常见的模式有四种，其中上图参考手册一拉就出来了，看时序图就可以写了 撸 代码了。
  • 开始写代码
    首先看看spi.h文件
/**@file       spi.h * @brief       软件模拟spi代码配置 * @details     使用IO口模拟SPI时序，进行SPI通信 * @author      LOGOTAO * @date        2021-7-15 * @version     V1.0 ********************************************************************************** * @attention * 使用该文件需要修改引脚口 * ********************************************************************************** */  #ifndef __SPI_H #define __SPI_H  /* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "stm32f4xx_hal.h"  #define SPI_SCK_PIN                     GPIO_PIN_5   //SPI  SCK #define SPI_SCK_GPIO_PORT               GPIOA #define SPI_MOSI_PIN                    GPIO_PIN_7   //SPI MOSI #define SPI_MOSI_GPIO_PORT              GPIOA #define SPI_MISO_PIN                    GPIO_PIN_6   //SPI MISO #define SPI_MISO_GPIO_PORT              GPIOA #define SPI_NSS_PIN                     GPIO_PIN_4   //SPI 片选线 #define SPI_NSS_GPIO_PORT               GPIOA    #define SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE()       __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() #define SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() #define SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() #define SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE()       __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()  #define MOSI_H    HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET)   #define MOSI_L    HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_RESET)   #define SCK_H     HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET)   #define SCK_L     HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET)   #define READ_MISO    HAL_GPIO_ReadPin(SPI_MISO_GPIO_PORT, SPI_MISO_PIN)  #define CSN_H     HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET)   #define CSN_L     HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_RESET)    void SPI_Init(void); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_dat); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t byte); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t byte); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3(uint8_t write_dat); #endif

再次查看实现代码部分spi.h

/**@file       spi.c * @brief       软件模拟spi代码配置 * @details     使用IO口模拟SPI时序，进行SPI通信 * @author      LOGOTAO * @date        2021-7-15 * @version     V1.0 ********************************************************************************** * @attention * 使用该文件需要修改引脚口 * ********************************************************************************** */  #include "spi.h"   /**  *@brief  简单的延迟函数  *@param  延迟时间  *@return  无  * ***/ static void delay_us(uint32_t time) {  uint32_t i;  for(i=0;i

NRF24L01代码部分

准备资料（你可以借鉴代码，但是务必还是看看，毕竟比较重要）

  • 时序图
    作为手撸模拟SPI代码的人，时序图肯定少不了

    这个大概在参考手册的43页左右，前前后后还有几张比较重要的时序图，多看看，必定用的上。比如他会告诉你配置寄存器时CE线拉低，读取时CE线拉高之类的
  • 寄存器
    从第57页开始，画面如下：


    多去读读，代码跑不通时就可以读取模块寄存器看出了什么毛病

模块注意事项

  1. 注意3.3V供电，否则自己串电阻分压去

    2.接线图

    全是网上 淘宝 找的资料，没事多去逛逛，比某度娘好用

代码实现部分

老样子，先看NRF24L01.h部分

/**@file       nrf24l01.c
* @brief       软件模拟SPI进行nrf24l01通信
* @details		 
* @author      LOGOTAO
* @date        2021-7-15
* @version     V1.0
**********************************************************************************
* @attention
* 使用该文件需要自己依据需要修改引脚口
*
**********************************************************************************
*/
#ifndef _NRF24L01_H
#define _NRF24L01_H
 
#include "stm32f4xx.h"
 
/****************************************************************************************************/
//NRF24L01寄存器操作命令
#define SPI_READ_REG    0x00  //读配置寄存器,低5位为寄存器地址
#define SPI_WRITE_REG   0x20  //写配置寄存器,低5位为寄存器地址
#define RD_RX_PLOAD     0x61  //读RX有效数据,1~32字节
#define WR_TX_PLOAD     0xA0  //写TX有效数据,1~32字节
#define FLUSH_TX        0xE1  //清除TX FIFO寄存器.发射模式下用
#define FLUSH_RX        0xE2  //清除RX FIFO寄存器.接收模式下用
#define REUSE_TX_PL     0xE3  //重新使用上一包数据,CE为高,数据包被不断发送.
#define NOP             0xFF  //空操作,可以用来读状态寄存器	
 
//SPI(NRF24L01)寄存器地址
#define CONFIG          0x00  //配置寄存器地址;bit0:1接收模式,0发射模式;bit1:电选择;bit2:CRC模式;bit3:CRC使能;
                              //bit4:中断MAX_RT(达到最大重发次数中断)使能;bit5:中断TX_DS使能;bit6:中断RX_DR使能
#define EN_AA           0x01  //使能自动应答功能  bit0~5,对应通道0~5
#define EN_RXADDR       0x02  //接收地址允许,bit0~5,对应通道0~5
#define SETUP_AW        0x03  //设置地址宽度(所有数据通道):bit1,0:00,3字节;01,4字节;02,5字节;
#define SETUP_RETR      0x04  //建立自动重发;bit3:0,自动重发计数器;bit7:4,自动重发延时 250*x+86us
#define RF_CH           0x05  //RF通道,bit6:0,工作通道频率;
#define RF_SETUP        0x06  //RF寄存器;bit3:传输速率(0:1Mbps,1:2Mbps);bit2:1,发射功率;bit0:低噪声放大器增益
#define STATUS          0x07  //状态寄存器;bit0:TX FIFO满标志;bit3:1,接收数据通道号(最大:6);bit4,达到最多次重发
                              //bit5:数据发送完成中断;bit6:接收数据中断;
#define MAX_TX  	    0x10  //达到最大发送次数中断
#define TX_OK       	0x20  //TX发送完成中断
#define RX_OK   	    0x40  //接收到数据中断
 
#define OBSERVE_TX      0x08  //发送检测寄存器,bit7:4,数据包丢失计数器;bit3:0,重发计数器
#define CD              0x09  //载波检测寄存器,bit0,载波检测;
#define RX_ADDR_P0      0x0A  //数据通道0接收地址,最大长度5个字节,低字节在前
#define RX_ADDR_P1      0x0B  //数据通道1接收地址,最大长度5个字节,低字节在前
#define RX_ADDR_P2      0x0C  //数据通道2接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P3      0x0D  //数据通道3接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P4      0x0E  //数据通道4接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define RX_ADDR_P5      0x0F  //数据通道5接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等;
#define TX_ADDR         0x10  //发送地址(低字节在前),ShockBurstTM模式下,RX_ADDR_P0与此地址相等
#define RX_PW_P0        0x11  //接收数据通道0有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P1        0x12  //接收数据通道1有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P2        0x13  //接收数据通道2有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P3        0x14  //接收数据通道3有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P4        0x15  //接收数据通道4有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define RX_PW_P5        0x16  //接收数据通道5有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法
#define FIFO_STATUS     0x17  //FIFO状态寄存器;bit0,RX FIFO寄存器空标志;bit1,RX FIFO满标志;bit2,3,保留
                              //bit4,TX FIFO空标志;bit5,TX FIFO满标志;bit6,1,循环发送上一数据包.0,不循环;
/**********************************************************************************************************/
 
 
 
 
 
#define NRF24L01_CE_PIN					GPIO_PIN_10			//NRF24L01	使能端口
#define NRF24L01_CE_GPIO_PORT				GPIOB
#define NRF24L01_IRQ_PIN				GPIO_PIN_12			//NRF24L01	中断引脚
#define	NRF24L01_IRQ_GPIO_PORT				GPIOB
#define NRF24L01_IRQ					EXTI15_10_IRQn


#define NRF24L01_CE_GPIO_CLK_ENABLE()			__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define NRF24L01_IRQ_GPIO_CLK_ENABLE()		        __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()

#define CE_H						HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CE_GPIO_PORT, NRF24L01_CE_PIN, GPIO_PIN_SET)
#define CE_L						HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CE_GPIO_PORT, NRF24L01_CE_PIN, GPIO_PIN_RESET)
#define NRF24L01_IRQ_SetPriority		        HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 0, 0);
#define	NRF24L01_IRQ_ENABLE				HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn)

//NRF2401片选信号

 

   
IRQ中断脚，我暂时不用，可以少一个引脚不接，需要的自己打开就好
//#define 		IRQ_L     	GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_7) 
//#define 		IRQ_H     	GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_7)
// 
//#define 		READ_IRQ    GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD,GPIO_Pin_7)
 
 
//NRF24L01发送接收数据宽度定义
#define TX_ADR_WIDTH    5                   //5字节的地址宽度
#define RX_ADR_WIDTH    5                   //5字节的地址宽度
#define TX_PLOAD_WIDTH  32                  //20字节的用户数据宽度
#define RX_PLOAD_WIDTH  32                  //20字节的用户数据宽度
									   	   
 
void Init_NRF24L01(void);                    //NRF24l01初始化
uint8_t SPI_ReadWriteByte(uint8_t TxData) ;  //模拟SPI通讯函数
void RX_Mode(void);                          //配置为接收模式
void TX_Mode(void);                          //配置为发送模式
uint8_t NRF24L01_Write_Buf(uint8_t regaddr, uint8_t *pBuf, uint8_t datalen); //写数据区
uint8_t NRF24L01_Read_Buf(uint8_t regaddr, uint8_t *pBuf, uint8_t datalen);  //读数据区		  
uint8_t NRF24L01_Read_Reg(uint8_t regaddr);		                 //读寄存器
uint8_t NRF24L01_Write_Reg(uint8_t regaddr, uint8_t data);              //写寄存器
uint8_t NRF24L01_Check(void);                                      //检查NRF24L01是否在位
uint8_t NRF24L01_TxPacket(uint8_t *txbuf);                         //发送一个包的数据
uint8_t NRF24L01_RxPacket(uint8_t *rxbuf);                         //接收一个包的数据
 
void Delay(__IO uint32_t nCount);
#endif

再看看nrf24l01.c部分

/**@file       nrf24l01.c
* @brief       软件模拟SPI进行nrf24l01通信
* @details		 
* @author      LOGOTAO
* @date        2021-7-15
* @version     V1.0
**********************************************************************************
* @attention
* 使用该文件需要自己依据需要修改引脚口
*
**********************************************************************************
*/
#include "NRF24L01.h"
#include "spi.h"
 
 
const uint8_t TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x02,0x02,0x10,0x10,0x01}; //发送地址
const uint8_t RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x02,0x02,0x10,0x10,0x01}; //接收地址					    
 
 /**
	*@brief		简单延迟函数
	*@param		延迟时间
	*@return 	无
	*
***/
void Delay(__IO uint32_t nCount)
{
  for(; nCount != 0; nCount--);
}

/**
	*@brief		初始化NRF24L01IO口
	*@param		无
	*@return 	无
	*
***/
void Init_NRF24L01(void)
{
  CE_H;           //初始化时先拉高
  CSN_H;					//初始化时先拉高
	
	
  /*## Enable peripherals and GPIO Clocks #################################*/
  NRF24L01_CE_GPIO_CLK_ENABLE();
  NRF24L01_IRQ_GPIO_CLK_ENABLE();
  
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
#if 0								//没有必要进中断可以不用打开
  /*Configure GPIO pin : NRF24L01_IRQ_PIN */
  GPIO_InitStruct.Pin = NRF24L01_IRQ_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  HAL_GPIO_Init(NRF24L01_IRQ_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

  /* EXTI interrupt init*/
  HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);
  
  HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_IRQ_GPIO_PORT, NRF24L01_IRQ_PIN, GPIO_PIN_SET);
#endif

  GPIO_InitStruct.Pin = NRF24L01_CE_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  HAL_GPIO_Init(NRF24L01_CE_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);  
	
	CE_H;           //初始化时先拉高，敲拉失能SPI总线上设备，避免干扰
        CSN_H;					//初始化时先拉高
	
	//IRQ_H;			 							//IRQ置高
	CE_L; 	                  //使能NRF24L01
	CSN_H;                    //SPI片选取消
}
 

/**
	*@brief		模拟SPI读写数据函数
	*@param		无
	*@return 	无
	*
***/
uint8_t SPI_ReadWriteByte(uint8_t TxData)                                        
{		
	uint16_t bit_ctr;
   	for(bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++) 
   	{
		if(TxData & 0x80)
		MOSI_H;         
		else
		MOSI_L;
		TxData = (TxData << 1);           
		SCK_H; 
		Delay(0xff);
		if(READ_MISO)                     
		TxData |= 0x01;       		  
		SCK_L; 
		Delay(0xff);           		 
   	}
    return(TxData);           		  		    
}

/**
	*@brief		上电检测NRF24L01是否在位
	*@details	写5个数据然后再读回来进行比较
	*@param		无
	*@return 	相同时返回值0，表示在位;否则返回1，表示不在位.
	*
***/	
uint8_t NRF24L01_Check(void)
{
	uint8_t buf[5]={0XA5,0XA5,0XA5,0XA5,0XA5};
	uint8_t buf1[5];
	uint8_t i;   	 
	NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+TX_ADDR,buf,5);//写入5个字节的地址.	
	NRF24L01_Read_Buf(TX_ADDR,buf1,5);              //读出写入的地址  	
	for(i=0;i<5;i++)
		if(buf1[i]!=0XA5) break;					   
	if(i!=5) return 1;                               //NRF24L01不在位
		
	return 0;		                                //NRF24L01在位
}	 	 
/**
	*@brief		通过SPI写寄存器
	*@details	
	*@param		reg_addr:NRF24L01的相关地址			data：需要写入的数据
	*@return 	status
	*@retval 	返回状态值
***/	
uint8_t NRF24L01_Write_Reg(uint8_t reg_addr,uint8_t data)
{
	uint8_t status;	
    CSN_L;                    //使能SPI传输
  	status =SPI_ReadWriteByte(reg_addr); //发送寄存器号 
  	SPI_ReadWriteByte(data);            //写入寄存器的值
  	CSN_H;                    //禁止SPI传输	   
  	return(status);       		         //返回状态值
}

/**
	*@brief		读取SPI寄存器值
	*@details	
	*@param		reg_addr:NRF24L01要读的寄存器
	*@return 	status
	*@retval 	返回状态值
***/	
uint8_t NRF24L01_Read_Reg(uint8_t reg_addr)
{
	uint8_t reg_val;	    
 	CSN_L;                //使能SPI传输		
  	SPI_ReadWriteByte(reg_addr);     //发送寄存器号
  	reg_val=SPI_ReadWriteByte(0);//读取寄存器内容
 
  	CSN_H;                //禁止SPI传输		    
  	return(reg_val);                 //返回状态值
}	

/**
	*@brief		在指定位置读出指定长度的数据
	*@details	
	*@param		reg_addr:NRF24L01要读的寄存器			*pBuf:数据指针			data_len：数据长度
	*@return 	status
	*@retval 	此次读到的状态寄存器值
***/	
uint8_t NRF24L01_Read_Buf(uint8_t reg_addr,uint8_t *pBuf,uint8_t data_len)
{
	uint8_t status,i;	       
  	CSN_L;                     //使能SPI传输
  	status=SPI_ReadWriteByte(reg_addr);   //发送寄存器值(位置),并读取状态值   	   
 	for(i=0;i基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,PRIM_RX接收模式 
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+CONFIG, 0x0f); 
    //CE为高,进入接收模式 
  	CE_H;                                
}			


/**
	*@brief		该函数初始化NRF24L01到TX模式
	*@details	设置TX地址,写TX数据宽度,设置RX自动应答的地址,填充TX发送数据,选择RF频道,波特率和LNA HCURR PWR_UP,CRC使能，当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了，CE为高大于10us,则启动发送.	 
	*@param		无
	*@return 	无
	*@retval 	无
***/  	 
void TX_Mode(void)
{														 
	CE_L;	    
    //写TX节点地址 
  	NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+TX_ADDR,(uint8_t*)TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);    
    //设置TX节点地址,主要为了使能ACK	  
  	NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(uint8_t*)RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH); 
 
    //使能通道0的自动应答    
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_AA,0x01);     
    //使能通道0的接收地址  
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01); 
    //设置自动重发间隔时间:500us + 86us;最大自动重发次数:10次
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+SETUP_RETR,0x1a);
    //设置RF通道为40
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_CH,40);       
    //设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启   
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);  
    //配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,PRIM_RX发送模式,开启所有中断
  	NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+CONFIG,0x0e);    
    // CE为高,10us后启动发送
	CE_H;                                  
}

主函数部分

至于数据校验问题，其实看了寄存器不难知道，NRF24L01自带CRC校验，打开了基本不会数据丢包，要是不放心，可以试试加一个简单的校验
以之前一个我写的一份简单项目为例

  • 初始化部分
  • 实现部分
  • 解包部分
/*****************************************************************************
 * 函  数： Data_Break
 * 功  能： 将数据分解，打包为数据包
 * 参  数：	
 * 返回值： 
 * 重  要： 0x02+摇杆数据+钮子开关数据+和校验+0x09
 * 备  注： 
*****************************************************************************/

void Data_Break(uint8_t flag_1,uint8_t flag_2,uint8_t flag_3,uint8_t flag_4,uint8_t flag_5,uint8_t flag_6){
	TX_nrf[0]=0x02;//帧头

	unsigned char i=0,num=0;
	
	for (i = 0; i < 4; i++)//32位转八位
	{
		TX_nrf[num + 1] = (unsigned char)((adc_aver[i] >> 24));
		TX_nrf[num + 2] = (unsigned char)((adc_aver[i] >> 16));
		TX_nrf[num + 3] = (unsigned char)((adc_aver[i] >> 8));
		TX_nrf[num + 4] = (unsigned char)(adc_aver[i]);
		num += 4;
	}
	TX_nrf[17] = flag_1;
	TX_nrf[18] = flag_2;
	TX_nrf[19] = flag_3;
	TX_nrf[20] = flag_4;
	TX_nrf[21] = flag_5;
	TX_nrf[22] = flag_6;
	TX_nrf[23] = 0;
	for(i=1;i<23;i++){TX_nrf[23] += TX_nrf[i];}//求和校验
	TX_nrf[24] = 0x09;
}

接收部分

  • 初始化
  • 实现部分

  • 解包部分
//解包数据
void UN_Rx_pack(void)
{
	uint8_t i,num=0;
	uint8_t	add=0;
	uint32_t xrocker[4];
	for(i=0;i<=7;i++)
	{
		if(RX_pack[i]== 0x02)//找帧头0x02
		{
			for(num=0;num<4;num++)
			{
				xrocker[num] = ( (RX_pack[i+4*num+1]<<24)|(RX_pack[i+4*num+2]<<16)|(RX_pack[i+4*num+3]<<8)|(RX_pack[i+4*num+4]));//解包数据
			}
			for(num=i+1;num

总结

对于模拟通信协议和各种模块的使用方法

  1. 时序图
  2. 参考手册注意事项
  3. 各模块寄存器
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