普冉PY32系列(九) GPIO模拟和硬件SPI方式驱动无线收发芯片XL2400

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普冉PY32系列(三) PY32F002A资源实测 - 这个型号不简单
普冉PY32系列(四) PY32F002A/003/030的时钟设置
普冉PY32系列(五) 使用JLink RTT代替串口输出日志
普冉PY32系列(六) 通过I2C接口驱动PCF8574扩展的1602LCD
普冉PY32系列(七) SOP8,SOP10,SOP16封装的PY32F002A/PY32F003管脚复用
普冉PY32系列(八) GPIO模拟和硬件SPI方式驱动无线收发芯片XN297LBW
普冉PY32系列(九) GPIO模拟和硬件SPI方式驱动无线收发芯片XL2400

XL2400

前面介绍了 XN297LBW, 顺带再介绍一个非常类似的型号 XL2400, 生产商是深圳芯岭技术, 同时市面上还有一个 WL2400, 从数据手册看和 XL2400 是一模一样的. XL2400 和XN297LBW 一样都是 SOP8 封装的2.4GHz频段无线收发芯片, 但是零售价格更便宜, 在0.7元左右. 寄存器设置也存在大量 NRF24L01 的痕迹, 但是有一些区别.

产品页地址: http://www.xinlinggo.com/pd.jsp?id=1

芯岭对 XL2400 的介绍: “XL2400 系列芯片是工作在 2.400~2.483GHz 世界通用 ISM 频段的单片无线收发芯片. 该芯片集成射频收发机、频率收生器、晶体振荡器、调制解调器等功能模块, 并且支持一对多组网和带 ACK 的通信模式. 发射输出功率、工作频道以及通信数据率均可配置. 芯片已将多颗外围贴片阻容感器件集成到芯片内部. 容易过 FCC 等认证.”

XL2400 主要特性

无线
- 通信频段：2.400GHz~2.483GHz
- 数据速率：2Mbps,1Mbps,250Kbps,125Kbps
- 调制方式：GFSK
发射器
- 输出功率：最高8dBm
接收器
- -90dBm@2Mbps
- -92dBm@1Mbps
- -95dBm@250Kbps
- -96.5dBm@125Kbps
协议引擎
- 支持最大数据长度为 128 字节(4 级 FIFO)
- 支持一对多组网和带 ACK 的通信模式
电源管理
- 工作电压：1.7V~3.6V
- 发射模式(0dBm)工作电流 13.7mA
- 接收模式工作电流 12.3mA
- 休眠电流 2uA
主机接口
- 支持3引脚SPI, SPI接口速率最高支持 4Mbps
封装
- SOP8
- 1M/2Mbps模式需要晶振精度 ±40ppm&C L =12pF
- 125K/250kbps模式需要晶振精度 ±20ppm&C L =12pF
- BLE 广播包模式需要晶振精度 ±10ppm&C L =12pF
- 工作温度支持-40~+125℃

与XN297L相比

发射功率低2个dbm, 但是支持125Kbps速率, 有更高的灵敏度. 因为存在虚标的可能性, 需要在实际使用中验证
4级FIFO, 最大数据长度128字节, 支持更大的单组数据
支持BLE, 因为手册和SDK都未涉及这部分, 暂无法验证

PIN脚定义和应用电路

XL2400 的PIN脚定义和 XN297LBW 是完全一样的

VDD 和 VSS 分别接 VCC 和 GND
XC1 和 XC2 接晶振
ANT 接天线
用于MCU接口通信的只有 CSN, SCK 和 DATA 这三个PIN

推荐电路与XN297LBW相比更简单. 实际上外围电路只需要一个16MHz晶振.

模块实物

嘉立创打样的测试模块 (项目地址 https://oshwhub.com/iosetting/xn297lbw-xl2400-evb)

因为电路与XN297LBW相似, 所以PCB通用, 只是焊接的元件有区别

如果只是做验证, 可以用SOP8转接板加焊一个16MHz晶振和一截 5~10cm 漆包线作为天线.

使用 PY32F0 驱动 XL2400

XN297L最新的SDK可以从芯岭网站下载下载地址或者从百度网盘下载下载地址. SDK中的例子使用GPIO模拟SPI方式进行驱动. 但是实际上也可以通过硬件SPI方式进行驱动.

硬件准备

XL2400 模块
PY32F002A/PY32F003/PY32F030 系列MCU的开发板, 建议在验证阶段使用 20PIN 及以上封装的型号, 避免PIN脚复用引起的干扰. 跑通后再迁移到低PIN型号
USB2TTL模块, 用于观察输出
以上硬件需要两套, 测试中分别用于接收和发送

下面以PY32F002A为例. 代码不需调整可以直接运行于 PY32F003x 和 PY32F030x 系列的其它型号. 因为 XL2400 和 XN297LBW 的示例代码几乎是一模一样, 就不仔细介绍了, 大部分代码可以参考前面的 XN297LBW 的代码说明, 只介绍有区别的地方.

GPIO模拟方式

接线

接线和XN297LBW一样, 注意电源使用3.3V

PY32          XL2400 SOP8
PA1   ------> CLK/SCK
PA6   ------> CSN/NSS
PA7   ------> DATA/MOSI

              USB2TTL
PA2(TX) ----> RX
PA3(RX) ----> TX

代码说明

XL2400 的初始化. 这部分与XN297LBW是有区别的. XL2400 的寄存器中存在大量多字节的设置项, 设置时会需要先读取再写入

void XL2400_Init(void)
{
    // Analog config
    XL2400_ReadToBuf(XL2400_CMD_R_REGISTER | XL2400_REG_ANALOG_CFG0, xbuf, 13);
    *(xbuf + 4) &= ~0x04;
    *(xbuf + 12) |= 0x40;
    XL2400_WriteFromBuf(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_ANALOG_CFG0, xbuf, 13);
    // Switch to software CE control, wake up RF
    XL2400_WakeUp();
    // Enable Auto ACK on all pipes
    XL2400_WriteReg(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_EN_AA, 0x3F);
    // Enable all pipes
    XL2400_WriteReg(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_EN_RXADDR, 0x3F);
    // Address Width, 5 bytes
    XL2400_WriteReg(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_SETUP_AW, 0xAF);
    // Retries and interval
    XL2400_WriteReg(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_SETUP_RETR, 0x33);
    // RF Data Rate 1Mbps
    XL2400_WriteReg(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_RF_SETUP, 0x22);
    // Number of bytes in RX payload, pipe 0 and pipe 1
    *(cbuf + 0) = XL2400_PLOAD_WIDTH;
    *(cbuf + 1) = XL2400_PLOAD_WIDTH;
    XL2400_WriteFromBuf(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_RX_PW_PX, cbuf, 2);
    // Dynamic payload width: off
    XL2400_WriteReg(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_DYNPD, 0x00);
    // Other features
    //bit7&6=00 return status when send register address
    //bit5=0 long data pack off
    //bit4=1 FEC off
    //bit3=1 FEATURE on
    //bit2=0 Dynamic length off
    //bit1=0 ACK without payload
    //bit0=0 W_TX_PAYLOAD_NOACK off
    XL2400_WriteReg(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_FEATURE, 0x18);
    // Enable RSSI
    *(cbuf + 0) = 0x10;
    *(cbuf + 1) = 0x00;
    XL2400_WriteFromBuf(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_RSSI, cbuf, 2);
}

设置通信频道

void XL2400_SetChannel(uint8_t channel)
{
    if (channel > 80) channel = 80;
    // AFC reset
    XL2400_WriteReg(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_ANALOG_CFG0, 0x06);
    // AFC on
    XL2400_WriteReg(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_ANALOG_CFG0, 0x0E);
    // Frequency(MHz) 2400:0x960 -> 2480:0x9B0
    *(cbuf + 0) = 0x60 + channel;
    *(cbuf + 1) = 0x09;
    XL2400_WriteFromBuf(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_RF_CH, cbuf, 2);
    // AFC Locked
    *(cbuf + 1) |= 0x20;
    XL2400_WriteFromBuf(XL2400_CMD_W_REGISTER | XL2400_REG_RF_CH, cbuf, 2);
}

XL2400 的发送和接收函数和 XN297LBW 通用

完整代码

XL2400 示例代码的 GitHub 仓库地址: https://github.com/IOsetting/py32f0-template/tree/main/Examples/PY32F0xx/LL/GPIO/XL2400_Wireless

运行测试

修改 main.c 中的模式设置, 0为接收, 1为发送, 分别写入至两个PY32F002A开发板, 观察UART的输出.

// 0:RX, 1:TX
#define XL2400_MODE 0

接收端在每次接收到数据时, 输出第1,2,31个字节的值; 发送端每发送255组数据(每组32字节)后, 会显示发送成功的个数(十六进制), 这个输出可以用于计算发送成功率, 以及发送速度.

硬件SPI方式

接线

接线和XN297LBW的硬件SPI方式一样, 使用4线制全双工, PY32的MOSI和MISO都接到XL2400的DATA, 但是在MOSI(PA7)上串一个1K的电阻.

PY32                XL2400 SOP8
PA0   ------------> DATA/MOSI
PA7   ---> 1KR ---> DATA/MOSI
PA1   ------------> CLK/SCK
PA6   ------------> CSN/NSS

                    USB2TTL
PA2(TX) ----------> RX
PA3(RX) ----------> TX

代码说明

参考XN297LBW的代码说明, 两者是一样的.

完整代码

XL2400 示例代码的 GitHub 仓库地址: https://github.com/IOsetting/py32f0-template/tree/main/Examples/PY32F0xx/LL/SPI/XL2400_Wireless

运行测试

和GPIO模拟方式的一样, 修改 main.c 中的模式设置, 0为接收, 1为发送, 分别写入至两个PY32F002A开发板, 观察UART的输出.

// 0:RX, 1:TX, 2:TX_FAST
#define XL2400_MODE 0

利用FIFO队列提升发送速度

XL2400 也可以使用直接写入 FIFO 队列的方式提升发送速度, 发送相比普通发送方式有10%的性能提升.

在硬件SPI通信的示例中可以通过设置XL2400_MODE为2可以启用快速发送模式

// 0:RX, 1:TX, 2:TX_FAST
#define XL2400_MODE 2