CC BY
302
4
Juvenis scientia 2016 № 6 | ИНФОРМАТИКА
УДК: 004.716 ГРНТИ: 47.47.29
ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЗОР МИКРОСХЕМЫ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА nRF2^L01+
М. В. Лихолетова, В. А. Устюгов*
Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина Россия, 167001, г. Сыктывкар, Октябрьский пр., 55 * email: ustyugovva@gmail.com
В статье приведен обзор характеристик популярного приемопередатчика nRF24Loi+, позволяющего организовать дуплексную цифровую радиосвязь между радиоэлектронным устройствами на частотах диапазона 2.4 ГГц. Рассмотрены режимы работы.
Ключевые слова: nRF24Loi+, приемопередатчик, радиомодуль, беспроводная передача данных.
MICROCHIP TECHNOLOGY OVERVIEW TRANSCEIVER nRFz^L01+ M. V. Likholetova, V. A. Ustyugov*
Pitirim Sorokin Syktyvkar State University 55 Oktyabrskiy Pr., 167001, Syktyvkar, Russia * email: ustyugovva@gmail.com
The article presents a brief description of the transceiver nRF2^Loi+ that realizes wireless data transferring among several devices in the worldwide ISM frequency band. It describes the radio transceiver's main parameters, operating modes and the principle of a data packet's transmission.
Keywords: nRF24Loi+, transceiver, radio module, wireless data transferring.
Введение
На сегодняшний день с использованием беспроводных технологий передачи данных функционируют сети цифровых устройств самых разных масштабов: от глобальных сетей операторов сотовой связи до микролокальных, предназначенных для взаимодействия самодельных радиолюбительских конструкций.
Компания Nordic Semiconductor занимается разработкой и производством систем-на-чипе (SoC) с ARM ядром и поддержкой беспроводной передачи данных, а также трансиверов, работающих в диапазоне 2.4 ГГц. Микросхемы используются для создания беспроводных клавиатур, гарнитур и других периферийных устройств персонального компьютера и мобильной электроники, пультов дистанционного управления, спортивного и медицинского оборудования.
Микросхема nRF2^L01+
Однокристальный цифровой приемопередатчик nRF24L0i+ предназначен для организации связи устройств на базе микроконтроллеров. Микросхема имеет корпус типа QFN с 20 выводами и размерами 33x14 мм. Рабочие частоты связи 2.400-2.4835 ГГц. Популярность решения среди радиолюбителей вызвана наличием выпускаемых промышленностью недорогих модулей с распаянной микросхемой, необходимой электронной обвязкой и антенной.
В состав приемопередатчика входят:
• Передатчик с программируемой выходной мощностью 0, -6, -12 или -18 dB;
• Приемник с автоматической регулировкой усиления;
• Синтезатор частот с задающим генератором на недорогом кварцевом резонаторе с частотой 16 МГц;
Рис. 1 - Приемопередатчик nRF24Loi+
• Блок формирования пакетов данных Enhanced ShockBurst, реализующий функции канального уровня модели OSI и позволяющий работать с шестью независимыми абонентами;
• Блок управления питанием, включающий стабилизатор напряжения и поддерживающий ряд режимов пониженного энергопотребления;
• Блок для связи с микроконтроллером, позволяющий обмениваться данными по интерфейсу SPI и имеющий по з раздельных FIFO буфера для приема и передачи.
Помимо выводов, необходимых для реализации основных функций (питание, подключение антенны и кварцевого резонатора, линии интерфейса SPI) микросхема имеет следующие управляющие линии:
• Вывод CE используется для выбора режима приёма или передачи;
• Вывод IRQ может быть использован для генерации аппаратного прерывания, сигнализирующего внешнему устройству об окончании процесса передачи или приема пакета.
Приемопередатчик nRF24L01+ имеет встроенный ко-
COMPUTER SCIENCE | Juvenis scientia 2016 № 6
5
Рис. 2 - Блок-схема nRF2^Loi+ (согласно [2])
нечный автомат для управления режимами работы. Он может пребывать в одном из четырех состояний: выключенном (Power Down), режиме бездействия (Standby), приема (RX) или передачи (TX). Переход автомата из одного состояния в другое может происходить при изменении уровня на выводе CE, опустошении буфера передачи и других событиях.
Находясь в режиме приема, микросхема производит демодуляцию полученного радиосигнала, передавая извлеченные биты протоколу канального уровня, процедуры которого выполняют поиск пакета данных. Если пакет данных был опознан (адрес приемника в пакете совпадает с адресом микросхемы и контрольная сумма CRC оказалась правильной), полезная нагрузка помещается в приемный буфер.
Приемопередатчик находится в режиме приема до тех пор, пока микроконтроллер не переведет его в режим Standby или Power Down. Однако, если используются функции Enhanced Shockburst, то может быть осуществлен автоматический переход в другие режимы.
Режим TX — активный режим передачи. Для перехода в него необходимо наличие данных в буфере передатчика и подача высокого уровня на вывод CE не менее 10 мкс. В этом режиме микросхема будет находиться до тех пор, пока не окончится передача пакета данных. Затем в зависимости от состояния вывода CE она может перейти в режим Standby (если CE=o), либо продолжить передачу если приемный буфер не пуст.
Для приема и передачи данных можно выбирать скорость 250 кБит/с, 1 Мбит/с, 2 Мбит/с. Снижение скорости приема позволяет увеличить чувствительность приемника, однако при высокой скорости обмена информацией снижается среднее потребление тока и вероятность возникновения коллизий, т.е. возникновения ситуации одновременной передачи с другими устройствами.
Для передачи используется 126 частотных каналов, каждый канал занимает полосу частот менее 1 МГц при скорости передачи 250 кБит/с и 1 МГц на скорости передачи 1 МГц. Для исключения взаимовлияния каналов расстояние между центральными частотами должно составлять не менее 2 МГц. Также существует возможность настройки коэффициента усиления выходного усилителя мощности.
Заявленная дальность связи при отсутствии препятствий до 1100 метров при скорости 250 кбит/c, при 1 Мбит/с
- 750 метров, при скорости 2 Мбит/c - 520 метров.
Enhanced ShockBurst
Микросхема поддерживает работу протокола канального уровня Enhanced ShockBurst, гарантирующего надежную пеоедачу данных.
Paria.S 0 - Ji kr1E
Рис. з - Пакет данных Enhanced ShockBurst
Заголовок (Preamble) представляет собой последовательность битов, сгенерированную автоматически на основе адреса абонента, необходимую для синхронизации приемника с передатчиком.
Поле адреса (Address) может иметь длину три, четыре или пять байт.
Поле управления пакетом (Packet Control Field) содержит 9 бит. Первые шесть бит определяют количество битов, содержащихся в поле полезной нагрузки (Payload). Следующие 2 бита нужны для того, чтобы определить новый ли пакет получил приемник или отправленный повторно. Последний бит говорит о том, надо ли высылать подтверждение получения пакета.
Контрольная сумма (CRC) рассчитывается по полю адреса, управляющему полю и полю данных. Если при приёме пакета контрольная сумма не совпала, то пакет игнорируется, никаких действий не предпринимается.
Получив пакет данных, приемник распознает адрес этого пакета и тем самым идентифицирует, какой передатчик его ему отправил. Далее приемник высылает пакет подтверждения приёма с таким же адресом, как и принятый пакет. Если это сделать ему не удалось, то он посылает его еще раз, при этом количество таких попыток можно задать программно. Если же отправить данные в итоге не получилось, то генерируется прерывание.
ЛИТЕРАТУРА
1. Atmel Corporation, ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P [pdf] / авт. San Jose. - 2015. - 660 с.
2. Nordic Semiconductor, nRF24L01 Product Specification [pdf] / авт. Otto Nielsens. - 2007. - 74 c.
3. Однокристальные трансиверы Nordic Semiconductor - новые стандарты беспроводной связи / авт. Архипов А. // Современная электроника. - М.: СТА-ПРЕСС - 2006. - №4. - С. 40-44.
Поступила в редакцию 30.09.2016
