引言

在单片机无线通信方案选型中，2.4GHz技术、蓝牙和WiFi是三种主流选择。SI24R1作为一款完全兼容NRF24L01的国产芯片，以其优异的性价比和简单易用的特性成为许多项目的首选。虽然ESP系列芯片在物联网领域表现突出，但对于需要简单可靠无线通信的应用场景，SI24R1提供了更加经济高效的解决方案。下面我将使用大夏龙雀科技有限公司的两个纯硬件模块NR-02和DX-PJ26开发板进行简单的无线通信。

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开发板概述

DX-PJ26是一款开发套件，具备以下突出特性：

• 主控芯片：STM32F103C8T6
• PC系统：推荐Windows10
• MCU集成开发环境：keil5，STM32F1xxMDm
• 烧录方式：typc数据线（串口烧录）
• 调试工具：串口助手（log调试信息）

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芯片特性概述

SI24R1工作在2.4GHz全球开放ISM频段，具备以下突出特性：

• 传输速率最高可达2Mbps，采用GFSK调制技术，抗干扰能力出色
• 支持126个通信频道，满足多点通信和跳频需求
• 内置硬件CRC校验和多点通信地址控制机制
• 工作电压范围1.9-3.6V，待机电流仅22μA，掉电模式低至900nA
• 集成稳压电路，在各种电源环境下都能保持稳定通信
• 标准2.54mm间距DIP封装，便于集成和使用

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工作状态管理

SI24R1基于状态机设计，主要工作状态包括：

• 掉电模式（Power Down Mode）
• 发射模式（Tx Mode
• 接收模式（Rx Mode）
• 两种待机模式（Standby-1/2 Mode）

上面五种模式之间的相互切换方法以及切换所需要的时间参照下图：

按照惯例，我们先查看模块的引脚，然后将它们一一对应到开发板的引脚上，进行引脚初始化操作

图3-2 NR02模块

      

图3-3 PJ26开发板

由于我们带插针的NR02模块和PJ26开发板属于配套的开发套件，我们只需要将NR02插入PJ26对应的脚位即可

我们在.h文件里面进行一下管脚定义

确定了管脚的对应关系，就可以给每个管脚进行初始化操作了

void SW_SPI_Init(void)

{

              GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

              RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

              RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

              GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;

              GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;

              GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

              GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

              GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;

              GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;

              GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

              GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

              GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_15;

              GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);

              SPI_CE_PIN=0;

              SPI_SCK_PIN=0;

              SPI_IRQ_PIN=1;

              SPI_CSN_PIN=1;

}

使用stm32内部硬件操作SPI需要我们设置SPI相关的时钟配置，就要去看手册里面的时序图，时序图规定了通信双方之间的时序规则

通过官方手册查看时序图可以知道，读操作时，CSN信号线要处于低电平，SCL时钟线处于上升沿，数据位从高位开始，一次读写8位。所以在配置SPI时，我们设置SPI发送接收8位帧结构，初始时钟悬空低，数据捕获于第一个时钟沿，数据传输从MSB位开始。

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SPI通信接口实现

SI24R1通过SPI接口与主控制器通信，最高支持10MHz时钟频率。配置时需注意：

• 读操作期间CSN保持低电平
• 数据在SCL上升沿采样
• 采用MSB优先的传输格式
• 对知识管理工具感兴趣的自学者

SPI读写操作实现如下：

// SPI字节读写函数

uint8_t SPI_ReadWriteByte(uint8_t tx_data)

{

    uint8_t rx_data = 0;    

    for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) {

        MOSI_PIN = (tx_data & 0x80) ? 1 : 0;

        tx_data <<= 1;

        SCLK_PIN = 1;

        rx_data = (rx_data << 1) | MISO_PIN;

        SCLK_PIN = 0;

    }

    return rx_data;

}

// 寄存器写操作

uint8_t Write_Register(uint8_t reg, uint8_t value)

{

    CSN_PIN = 0;

    uint8_t status = SPI_ReadWriteByte(reg);

    SPI_ReadWriteByte(value);

    CSN_PIN = 1;

    

    return status;

}

// 寄存器读操作  

uint8_t Read_Register(uint8_t reg)

{

    CSN_PIN = 0;

    SPI_ReadWriteByte(reg);

    uint8_t value = SPI_ReadWriteByte(0xFF);

    CSN_PIN = 1;

    

    return value;

}

接着，我们需要测试主机与SI24R1的读写是否正常，以便后面进行无线通信做准备。可以编写一个检查函数如下：

u8 Si24R1_Check(void)

{

    u8 check_in_data[5] = {0X55, 0XAA, 0X55, 0XAA, 0X55};

    u8 check_out_data[5] = {0x00};

    

    SPI_CE_PIN = 0;

    Si24R1_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR, check_in_data, 5);

    Si24R1_Read_Buf(NRF_READ_REG+TX_ADDR, check_out_data, 5);

    

    if((check_out_data[0] == 0x55) &&

       (check_out_data[1] == 0xAA) &&

       (check_out_data[2] == 0x55) &&

       (check_out_data[3] == 0xAA) &&

       (check_out_data[4] == 0x55))

        return 0;

    else

        return 1;

}

void Si24R1_Init(void)

{

    while(Si24R1_Check())

    {

        printf("No Si24R1 Error\r\n");

        delay_ms(500);

    }

    // 其他射频初始化

}

如果串口没打印"No Si24R1 Error"，证明我们的通信是正常的。接下来就可以安心进行设置SI24R1状态机和发送数据以及接收数据函数的编写了。

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设置SI24R1状态

众所周知，SI24R1常用的有5种状态，这里我们只讨论能够实现通信功能的发送模式和接收模式。实际上要设置这两种模式也很简单，无非就是下面的固定几步：

Tx模式初始化过程：

• 写Tx节点的地址TX_ADDR
• 写Rx节点的地址（主要是为了使能Auto Ack）RX_ADDR_P0
• 使能AUTO ACK EN_AA
• 使能PIPE 0 EN_RXADDR
• 配置自动重发次数SETUP_RETR
• 选择通信频率RF_CH
• 配置发射参数（低噪放大器增益、发射功率、无线速率）RF_SETUP
• 选择通道0有效数据宽度Rx_Pw_P0
• 配置SI24R1的基本参数以及切换工作模式CONFIG

Rx模式初始化过程：

• 初始化步骤SI24R1相关寄存器
• 写Rx节点的地址RX_ADDR_P0
• 使能AUTO ACK EN_AA
• 使能PIPE 0 EN_RXADDR
• 选择通信频率RF_CH
• 选择通道0有效数据宽度Rx_Pw_P0
• 配置发射参数（低噪放大器增益、发射功率、无线速率）RF_SETUP
• 配置SI24R1的基本参数以及切换工作模式CONFIG

Tx模式初始化：

代码如下：

void Si24R1_TX_Mode(void)

{

    SPI_CE_PIN = 0;

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RX_PW_P0, R_RX_PAYLOAD_WIDTH);

    Si24R1_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR, (u8*)TX_ADDRESS, TX_ADDR_WIDTH);

    Si24R1_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0, (u8*)RX_ADDRESS, RX_ADDR_WIDTH);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA, 0x01);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR, 0x01);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+SETUP_RETR, 0x03);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH, 2);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_SETUP, 0x0f);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+CONFIG, 0x0e);

    SPI_CE_PIN = 1;

}

Rx模式初始化过程：

有了配置Tx模式初始化的经验，Rx模式初始化和它高度一致，直接上配置完成的代码：

void Si24R1_RX_Mode(void)

{

    SPI_CE_PIN = 0;

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RX_PW_P0, R_RX_PAYLOAD_WIDTH);

    Si24R1_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+TX_ADDR, (u8*)TX_ADDRESS, TX_ADDR_WIDTH);

    Si24R1_Write_Buf(NRF_WRITE_REG+RX_ADDR_P0, (u8*)RX_ADDRESS, RX_ADDR_WIDTH);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_AA, 0x01);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+EN_RXADDR, 0x01);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+SETUP_RETR, 0x03);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_CH, 2);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+RF_SETUP, 0x0f);

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+CONFIG, 0x0f);

    delay_ms(5);

    SPI_CE_PIN = 1;

}

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发送和接收数据包

发送流程：

• 配置接收地址和要接收的数据包大小
• SI24R1通过把STATUS寄存器置位(STATUS一般引起微控制器中断)通知微控制器
• 读取中断标志位
• 清除中断标志位以便下一次中断的正常进行
• 判断发生了哪种中断，若发生超时中断则清除发送超时的发送缓冲区

// 启动SI24R1发送一次数据// txbuf:待发送数据首地址// 返回值:发送完成状况

u8 Si24R1_TxPacket(u8 *txbuf)

{

    u8 sta;

    SPI_CE_PIN = 0;

    Si24R1_TX_Mode();

    Si24R1_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, txbuf, W_RX_PAYLOAD_WIDTH); // 写数据到TX BUF 32个字节

    SPI_CE_PIN = 1;

    

    while(SPI_IRQ_PIN != 0); // 等待数据发送完成中断

    sta = Si24R1_Read_Reg(STATUS); // 读取状态寄存器的值

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS, sta); // 清除TX_DS或MAX_RT中断标志

    Si24R1_RX_Mode();

    

    if(sta & MAX_TX) // 达到最大重发次数

    {

        Si24R1_Write_Reg(FLUSH_TX, 0xff); // 清除TX FIFO寄存器

        return 2;

    }

    

    if(sta & TX_OK) // 发送完成

    {

        return 1;

    }

    

    return 0; // 其他原因发送失败

}

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接收流程：

• 当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，SI24R1自动把字头、地址和CRC校验位移去
• SI24R1通过把STATUS寄存器的RX_DR置位(STATUS一般引起微控制器中断)通知微控制器
• 微控制器把数据从FIFO读出(0X61指令)
• 所有数据读取完毕后，可以清除STATUS寄存器。SI24R1可以进入四种主要的模式之一

// SI24R1接收一次数据// rxbuf:SI24R1接收数据缓冲区// 返回值:0，接收完成；其他，错误代码

u8 Si24R1_RxPacket(u8 *rxbuf)

{

    u8 sta;

    

    sta = Si24R1_Read_Reg(STATUS); // 读取状态寄存器的值

    Si24R1_Write_Reg(NRF_WRITE_REG+STATUS, sta); // 清除TX_DS或MAX_RT中断标志

    

    if(sta & RX_OK) // 接收到数据

    {

        Si24R1_Read_Buf(RD_RX_PLOAD, rxbuf, R_RX_PAYLOAD_WIDTH); // 读取数据

        Si24R1_Write_Reg(FLUSH_RX, 0xff); // 清除RX FIFO寄存器

        return 0;

    }

    return 1; // 没收到任何数据

}

最后提供一个主函数实例供大家参考：

int main(void)

{

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

    delay_init();

    uart_init(115200); // 串口1初始化

    LED_Init();

    RF_RX_Init();

    

    APP_Process();

}

// 收发一体void APP_Process(void)

{

    for(;;)

    {

        APP_RecieveHandler();

        APP_TransmitHandler();

    }

}

// 发送处理void APP_TransmitHandler(void)

{

    u8 rx_buf[32] = "hello\r\n";

    Si24R1_TxPacket(rx_buf);

    delay_ms(50);

}

// 接收处理void APP_RecieveHandler(void)

{

    u8 u[32];

    if(Si24R1_RxPacket(u) == 0)

    {

        LED1_ON();

        printf("%s", u);

        GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);

    }

}

通过上述代码，我们可以实现基于SI24R1芯片的无线通信功能。

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总结

SI24R1作为国产无线通信芯片的优秀代表，完全兼容NRF24L01且具有更好的性价比。通过本文介绍的SPI通信接口、工作模式配置和数据收发方法，开发者可以快速上手使用这款芯片。其低功耗、高可靠性的特点使其特别适合工业控制、智能家居和物联网等应用领域。

在实际项目中，建议注意以下几点：

• 电源稳定性对通信性能有重要影响
• 合理选择通信频道避免干扰
• 根据实际需求调整发射功率和数据速率
• 实现适当的错误处理和重传机制

通过合理利用SI24R1的特性，可以构建出高效可靠的无线通信系统，为各类嵌入式应用提供强有力的通信支持。