项目设计的前言：作为一个嵌入式的工程师，在编写代码时候，难免会遇到不同电平之间的转换。例如：RS485通讯方式，RS232，TTL信号，为了查看通讯之间数据的正确性，经常使用到不同的电平转换模块，还需要一个USB转串口工具，将数据上传到PC端，这样我们才能将查看控制器或者是负载返回的数据，为了避免调试代码起来方便，让自己的工作变得整洁，方便我们自己的工作，前端时间正好研究SPI通讯方式的NRF24L01这款无线芯片，利用业余时间做了一个无线通讯模块。在这里分享一下开发的经验。
一：原理图展示部分：
这里使用的是STM32F103的主控。实物效果仿真图如下所示：
三：软硬件设计的思路：
在本次项目中使用主控为STM32F103C8T6芯片，当时使用该块芯片是因为该款芯片具有USB功能，该芯片可以虚拟一个USB的串口进行数据交互，而且封装也比较小，在PCB布局方面比较简单。
无线模块采用的是一款SPI通讯的NRF24L01芯片，在实际的使用过程中比较稳定，可以满足数据之间的交互。
软件设计思路：利用串口1的引脚的接收发送引脚，使用消息队列的方式，可以将USB下发的的数据发送出去。
使用串口2完成与SPI之间的交互，
软件配置参数：使用STM32cube MX软件生成USB，SPI，串口底层的驱动部分，这样开发起来也比较容易；
cube软件配置图如下，主要是对该项目中使用到的引脚进行配置
部分代码分享如下：
if(bDeviceState == CONFIGURED) //判断 USB的连接状态被置位时
{
NRF24L01_Stop(); //停止NRF24L01的工作
if(GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_NAK) //判断一下USB下发的字节长度
{
if(CDC_MAXSIZE - queue_size(&Qusart2Send) >= 64 ) //由于无线模块本身的限制，每次只能传输64个字节长度，这里做分包处理
SetEPRxValid(ENDP4);
}
/*下述代码，是判断与主机模块的波特率，校验位，停止位不一致时候，主机需要重新下发串口的配置信息*/
if( linecoding_old.bitrate != linecoding.bitrate ||
linecoding_old.datatype != linecoding.datatype ||
linecoding_old.format != linecoding.format ||
linecoding_old.paritytype != linecoding.paritytype )
{
if( usart2_flag == 0 ) //下发配置信息命令
{
uart2_config_change(linecoding);
memcpy((void *)(&linecoding_old),(void *)&linecoding,sizeof(linecoding));
}
}
else if(queue_size(&Qusart2Send) > 0 && usart2_flag == 0 && GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_VALID) //该处代码为下发串口数据指令
{
QueueElementByte data_byte;
usart2_flag = 1;
if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == 0 )
{
usart2_send(data_byte.buffer);
// USART_SendData(USART2,data_byte.buffer);
}
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_TXE, ENABLE);//开启ENABLE/关闭DISABLE中断
}
if((queue_size(&Daplink_Rec) > 0)) //当下发用作无线DAP时候，需要将数据传输到从机模块的数据引脚
{
QueueElement64Bytes response;
dequene(&Daplink_Rec,&data);
if(data.buffer[0] == 0 && data.buffer[1] == 2)
{
quene_clean(&Daplink_Send);
}
response.len = DAP_ExecuteCommand(data.buffer,response.buffer);
enquene(&Daplink_Send,&response);
SetEPRxValid(ENDP6);
}
else
{
if(GetEPRxStatus(ENDP6) == EP_RX_NAK)
{
SetEPRxValid(ENDP6);
}
}
if(GetEPTxStatus(ENDP6) == EP_TX_NAK && GetEPTxStatus(ENDP4) == EP_TX_NAK && GetEPTxStatus(ENDP0) == EP_TX_STALL)
{
if (dequene(&Daplink_Send,&data) == 0)
{
UserToPMABufferCopy(data.buffer, ENDP6_TXADDR, data.len);
SetEPTxCount(ENDP6, data.len);
SetEPTxValid(ENDP6);
}
else
{
// if(usart2Rec_flag == 0 || queue_size(&Qusart2Rec) >= 64)
if(usart2Rec_flag == 0)
{
QueueElementByte data1;
if(queue_size(&Qusart2Rec) > 0)
{
for(i = 0; i < 64; i ++)
{
if(dequene(&Qusart2Rec,&data1) == -1 )
break;
buffer[i] = data1.buffer;
}
UserToPMABufferCopy(buffer, ENDP4_TXADDR, i);
SetEPTxCount(ENDP4, i);
SetEPTxValid(ENDP4);
}
}
}
}
}
else
{
NRF24L01_Start();
if (dequene(&Daplink_Rec,&data) == 0)
{
QueueElement64Bytes data1 = {0};
data1.len = DAP_ExecuteCommand(data.buffer, data1.buffer) & 0xFFFF;
enquene(&Daplink_Send,&data1);
}
if(queue_size(&Qusart2Send) > 0 && usart2_flag == 0)
{
QueueElementByte data_byte;
usart2_flag = 1;
if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == 0 )
{
usart2_send(data_byte.buffer);
}
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_TXE, ENABLE);//开启ENABLE/关闭DISABLE中断
}
}
}//外部中断1服务程序
void EXTI4_IRQHandler(void)
{
uint8_t buffer[32] = {0};
QueueElementByte data = {0};
uint8_t i;
LINE_CODING line = {0};
static char flag = 0;
if(NRF24L01_RxPacket(buffer) == 0)
{
if(nrf2dap_Data(buffer) == -1)
{
if(buffer[0] == 33)//串口配置指令
{
memcpy((void *)&line,(void *)(buffer+1),sizeof(line));
uart2_config_change(line);
NRF24L01_Write_ACKPacket(0,buffer,sizeof(line) + 1);
LED1 = 0;
usart_led = 1;
flag = 1;
return ;
}
else if(buffer[0] < 32 && buffer[0] != 0)
{
for(i = 0; i < buffer[0]; i ++) //从机模块将无线接收到的数据，通过串口2 发出去，并作出提示
{
data.buffer = buffer[i + 1];
enquene(&Qusart2Send,&data);
}
LED1 = 0;
usart_led = 1;
}
}
if(dap2nrf_Data() == -1)
{
if(flag == 1)
{
buffer[0] = 0;
if(queue_size(&Qusart2Rec) > 0)
{
for(i = 1; i < 32; i ++)
{
if(dequene(&Qusart2Rec,&data) == -1 )
break;
buffer[i] = data.buffer;
}
buffer[0] = i - 1;
LED1 = 0;
usart_led = 1;
}
NRF24L01_Write_ACKPacket(0,buffer,buffer[0] + 1);
}
else
{
buffer[0] = 33;//上电后自动要求配置串口
NRF24L01_Write_ACKPacket(0,buffer,1);
}
}
}
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line4); //清除LINE4上的中断标志位
}int dap2nrf_Data(void)
{
static uint8_t state = 0,send_len = 0,send_maxlen = 29;
static QueueElement64Bytes data={0};
uint8_t buffer[32];
if(state == 0)
{
if((queue_size(&Daplink_Send) > 0))
{
dequene(&Daplink_Send,&data);
state ++;
}
else
{
return -1;
}
}
if(state == 1)
{
if((int)data.len - send_len >= send_maxlen)
{
buffer[0] = 34;
buffer[1] = id;
buffer[2] = send_maxlen;
memcpy(buffer+3,data.buffer + send_len,buffer[2]);
NRF24L01_Write_ACKPacket(0,buffer,32);;
send_len += buffer[2];
}
else
{
buffer[0] = 34;
buffer[1] = id;
buffer[2] = (int)data.len - send_len;
memcpy(buffer+3,data.buffer + send_len,buffer[2]);
NRF24L01_Write_ACKPacket(0,buffer,buffer[2]+3);
send_len = 0;
id ++;
state = 0;
}
}
return 0;
}
int nrf2dap_Data(uint8_t *buf)
{
static uint8_t state = 0,id_last = 0,rec_len = 0,rec_maxlen = 29;
static QueueElement64Bytes data={0};
if(buf[0] != 34)
return -1;
if(buf[1] != id_last)//此条件成立即数据传输出错
{
id_last = buf[1];
quene_clean(&Daplink_Rec);
quene_clean(&Daplink_Send);
rec_len = 0;
id ++;
}
if(buf[2] == rec_maxlen)
{
memcpy(data.buffer + rec_len,buf+3,buf[2]);
rec_len += buf[2];
}
else
{
memcpy(data.buffer + rec_len,buf+3,buf[2]);
rec_len += buf[2];
data.len = rec_len;
enquene(&Daplink_Rec,&data);
rec_len = 0;
id_last ++;
}
return 0;
}在实际使用中发现，硬件功耗大概在130ma左右，在数据交互的时候功耗会增加至170ma左右，不过并不影响模块的使用。
使用该模块的最大好处就是可以让硬件工程师的桌面更加的整洁。
硬件设计的时候，设计注意事项：
使用PS7516用作升压芯片，将电池电压3.7V升压至5V，为外设可以提供5v的电压输出。
MP2155为降压型LDO，具有可关断功能，当不使用时候，可以使整个系统处于低功耗状态，从而延长电池寿命。
PW4054为锂电池充电芯片，可使用type-c为电池充电，充电电流由R26取样电阻设定。
同时PL5356A芯片为锂电池电压检测芯片，可以显示当前的电池电量，后期将电池电压分压至单片机的ADC内，从而精准的检测电池电压。
在软件开发时候，有以下的注意事项：
抗干扰能力：NRF24L01工作在2.4GHz频段，该频段易受到WiFi、蓝牙等设备的干扰。在布局布线时要尽量减少干扰源的影响，并合理设置通信参数以提高抗干扰能力。
功耗管理：在不需要通信时及时将NRF24L01置于待机模式或掉电模式以降低功耗。
距离与障碍物：无线通信距离受环境因素影响较大，障碍物会严重影响通信质量。在实际应用中要考虑通信距离和障碍物的影响并采取相应的措施。
NRF24L01的开发过程需要仔细规划硬件连接、合理配置软件参数、掌握调试技巧并关注实际应用中的注意事项。通过不断的实践和总结可以逐渐提高开发效率和应用效果。
实物效果如下所示：
测试效果如下所示：
原理图如下所示：
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