由于无线数据通信不用布线，快速布局，因此具有有线数据通信无法比拟的便捷性，在特殊场合具有不可替代性。然而，传统的由基本射频集成电路搭建的无线数据通信系统存在电路复杂，成本高，传输速率低，可靠性差等缺点。为此，Nordic公司推出一款工业级内置硬件链路层协议的低成本单芯片nRF24L01型无线收发器件。该器件采用GFSK调制，128个频点自动跳频，片内自动生成报头和CRC校验码，具有出错自动重发功能，这些特性使得由nRF24L0l构建的无线数据传输系统具有成本低，速率高，传输可靠等优点。
nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术。其中，输出功率、通信频道、自动重发次数等参数可通过编程设置。内置的SPI接口，其速率为0～8Mb／s，MCU通过SPI接口控制nRF 24L0l。nRF24L01的特点如下：①功耗低。能够在以一6 dBm的功率发射时，工作电流只有9 mA；在以0 dBm的功率发射时，工作电流仅11.3 mA；而在接收时，工作电流仅12.3 mA，因此具有掉电和空闲多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便……②体积小，采用QFN20引脚4 mm×4 mm封装。供电电压为1.9~3.6 V，可方便集成到各种电子器件。图l给出nRF24L0l的引脚排列。
发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据；若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除；若未收到应答，则自动重新发射该数据（自动重发已开启），若重发次数（ARC）达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发；MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。发射成功时，若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下发射；若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。
接收数据时，首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。
nRF241L01工作模式
通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表1所示。
| 模式 | PWR_UP | PRIM_RX | CE | FIFO寄存器状态 |
| 接收模式 | 1 | 1 | 1 | - |
| 发射模式 | 1 | 0 | 1 | 数据在TX FIFO 寄存器中 |
| 发射模式 | 1 | 0 | 1→0 | 停留在发送模式，直至数据发送完 |
| 待机模式2 | 1 | 0 | 1 | TX FIFO 为空 |
| 待机模式1 | 1 | - | 0 | 无数据传输 |
| 掉电 | 0 | - | - | - |
表 （1）
待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的；
待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此没收；
待机模式下，所有配置字仍然保留。
在掉电模式下电流损耗，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。
IPC214x系列是Philips公司的基于ARM7内核的高性能器件，与LPC213x系列器件相兼容，并增加了一些新功能，性能得到了大大的提升。LPC214x系列器件特色是内置2kB终端RAM的USB 2.0全速控制器，1个（LPC2141／42）或2个（LPC2144/46/48）10位A/D转换器，多个串行接口，包括2个UART、2个高速I2C总线、SPI和具有缓冲作用及可变数据长度的SSP。LPC214x系列器件采用单电源供电，具有上电复位（POR）和掉电检测（BOD）电路。相对于普通ARM7来说，LPC214x还提升了I／O端口的速度，并且内置8—40 KB的静态RAM和32~512 KB的高速Flash存储器；工作频率高达60MHz；采用超小型LQFP64封装。
该系统采用模块化设计，主要由LPC2144、nRF24L01、射频功放和天线模块组成。其中，射频功放采用台湾K一BEST公司的2.4 G双向功放模块。图2是系统总体设计图。上位机为PC机，LPC2144与nRF24L01连接，根据需要配置2.4 G功放和增益天线模块。如果配置0.5 W功放和高增益天线，则传输距离可达5~10 km。下位机为嵌入式平台，该嵌入式平台可以是单片机、ARM、DSP和FPGA，nRF24L0l可通过SPI接口直接与嵌入式平台连接。
图3给出LPC2144与nRF24L0l的硬件接口设计。配置LPC2144的P0.2、P1.19作为GPIO端口分别与nRF24L0l的CE和CSN连接；配置LPC2144的P0.4、P0.5、P0.6作为SPIO端口分别与nRF24L0l的SCK、MISO、MOSI连接：配置LPC2144的P0.16作为EINT0端口与nRF24L0l的IRQ连接。
发送端LPC214x完成初始化后，把nRF24L01配置成PTX工作模式。若从上位机接收到数据，则启动nRF24L01发送数据。若发送成功，则产生TX_DS中断；若重发超限，则产生MAX_RT中断；若发送成功，则继续发送，否则进行出错处理。接收端LPC214x完成初始化后，把nRF24L0l配置成PRX工作模式。当正确接收数据时，nRF24L0l产生接收中断标志，LPC214x从nRF24L01读取数据并向下位机发送。图4给出软件流程图。软件开发环境为ADSl.2。
nRF24L01通过SPI接口和外部控制器件如MCU、ARM、DSP进行数据交换，其SPI协议是MSB在前，LSB在后。如果要读写多个字节，先读写低字节。如果外部控制器件没有SPI接口，可用普通I／O接口模拟。这里选用带SPI接口且可方便地与nRF24L0l连接的LPC21440表l给出nRF24L0l的命令表。
由表可见，通过SPI接口传入nRF24L01的个字节是命令字，nRF24L0l的各种命令字都只有一个字节，分为读寄存器、写寄存器、读数据接收缓冲区、写发送数据缓冲区等。在输入任意命令字的同时，MISO输出的都是STATUS寄存器的内容。nRF24L0l的数据传输模式有ShockBurst和Enhanced ShockBurst两种数据包。后者比前者多了一个确认数据传输的信号，保证数据传输的可靠性。该器件内部完成需要高速处理的RF协议，发送数据时只需将数据放入发送数据缓冲区，器件会自行产生前导字符和CRC数据，并将这些数据地址和地址信息、发送数据缓冲区的数据等组成一个数据包发送出去。图5给出两种模式的数据包格式。
现按后一种模式初始化。在配置为接收数据时，nRF24L01接收到数据包后，由硬件解析地址数据和信息数据，当接收到有效信息数据后，在IRQ引脚产生中断，并通知外部处理器读取数据。在配置为发送数据时，nRF24L0l发送数据包后，自动切换到接收模式已接收返回的确认信号，当收到确认信号后，IRQ引脚产生数据发送完成中断，如果没有握手信号返回，则表示发送失败，器件自动重新发送，如果重新发送的次数超过在ARC_CNT寄存器中的设定值时，会在IRQ引脚产生重发次数超限中断。MCU查询STATUS寄存器的值，即可判断是发送完成中断，还是重发次数超限中断。
当发送端nRF24L0l配置成PTX模式时，配置nRF24L01工作在后一种发送模式下，重新发送的等待时间为250μs，重新发送次数为10次，地址是TX_AW，输出功率为0 dBm，速度为2 Mb／s，并且使能发送完成和重发送次数超限两种中断，CRC校验位为2字节，nRF24L01处于POWER_UP状态。函数中WRITE_REG为写命令基地址0x20。程序如下：
当接收端nRF24L01模块配置成PRX模式时，配置nRF24L0l工作在接收模式下，地址是RX_AW，负载数据宽度是TX_PL_W，使能接收完数据中断，CRC校验位为2字节，nRF24L01处于POWER_UP状态。程序如下：
（1）发送数据 当nRF24L0l模块配置成发送模式后，向发送FIFO输入数据即可启动传输。发送8 Byte的程序如下：
（2）接收数据 当nRF24L0l模块配置成接收模式后，在接收到数据中断发生时，从接收FIFO读取数据。接收8字节的程序如下：
ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。
ARM Holdings 是的半导体知识产权 （IP） 提供商，并因此在数字电子产品的开发中处于地位。 ARM 公司的总部位于英国剑桥，它拥有 1700 多名员工，在设立了多个办事处，其中包括比利时、法国、印度、瑞典和美国的设计中心。
公司的几大亮点:
ARM 的商业模式主要涉及 IP 的设计和许可，而非生产和销售实际的半导体芯片。 我们向合作伙伴网络（包括的半导体公司和系统公司）授予 IP 许可证。 这些合作伙伴可利用 ARM 的 IP 设计创造和生产片上系统设计，但需要向 ARM 支付原始 IP 的许可费用并为每块生产的芯片或晶片交纳版税。 除了处理器 IP 外，我们还提供了一系列工具、物理和系统 IP 来优化片上系统设计。
介绍了基于ARM和nRF24L0l的无线数字传输系统的硬软件设计。该系统已应用于微型飞行器的实时图像传输和遥测中。在实际应用中，可根据需要，将nRF24LOl组成一对一、一对多、多对多的结构。该系统还可广泛应用于无线测控、文件传输等领域。
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