关于nRF24L01读内部任何寄存器值为08H的经历和解决办法

Posted 2021-02-08

某次设计需要使用nRF24L01实现数据的双向通信，将原本在51单片机上运行成功的程序移植到STM8单片机上时，出现无法运行的问题。尝试读取nRF24L01内部的寄存器以查看模块工作状态时，发现无论哪个寄存器读出值均为0x08。现具体描述此次经历以及最后的解决方法。

原设计平台为IAP15W4K58S4，开发环境Keil uVision4，设定的工作频率22.1184MHz；移植的目标平台为STM8S105K4T6，开发环境IAR for STM8，使用HSE：8MHz，CPU时钟不分频。
设计同时使用波特率为115200bps的串口通信以及外部中断。

由于设计需要，在STM8S上，nRF24L01模块以软件模拟SPI的方式连接在STM8S的PB0~PB5端口上。引脚的定义如下：

#define nRF24L01_MISO PB_IDR_IDR5
#define nRF24L01_MOSI PB_ODR_ODR4
#define nRF24L01_SCK PB_ODR_ODR3
#define nRF24L01_CSN PB_ODR_ODR2
#define nRF24L01_CE PB_ODR_ODR1
#define nRF24L01_IRQ PB_IDR_IDR0

遵循调试的基本步骤，我更换了无线模块、连接线，以及平台核心板，但是都不能够解决问题。
考虑到STM8S的IIC接口，是真正的开漏输出，没有内部上拉电阻。于是查询芯片手册：

从手册可以看到，STM8S105K4T6的PE1、PE2是真正的开漏输出，而我所使用的LQFP32封装上没有这两个引脚，PB4、PB5为IIC的映射管脚，是具有上拉电阻的。
所以问题不在管脚选择上。
重新查阅芯片手册，注意到PB管脚的输出速度均为O1级别，手册上对于O1是这样描述的：

可以看到，O1为不可配置的2MHz慢速引脚，因为我所配置的单片机工作频率达到8MHz，怀疑是在与nRF24L01通讯过程中引脚电平变化速度过快导致IO电平不稳定，于是配置CPUDIV，使CPU工作频率8分频在1MHz，故障依旧。
所以引脚输出速度不是引起问题的原因。
重新查阅nRF24L01的芯片手册，想到芯片的各个寄存器读出值均为08H，那么应该排除芯片的初始化失败这样的可能性，因为无论是否初始化，按照正确配置步骤进行过之后，芯片内部的寄存器保留位应该是保持保留值不变化，而现在的现象是，以CD载波检测寄存器为例，本应该只有00H和01H两种取值可能性，却读出08H。
将关注点放在与模块进行通信的底层SPI模拟函数上，我在51平台上使用的SPI读写函数如下所示：

unsigned char nRF24L01_SPI_RW(unsigned char dat)//向SPI发送一个字节的数据，并且由其移位寄存器的特性，返回收到的字节
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<8;i++)//输出8个比特
    {
        nRF24L01_MOSI=(dat&0x80);//高位先出，按位传递
        dat=(dat<<1);//转移比特位
        nRF24L01_SCK=1;//置高时钟
        nRF24L01_MISO=1;
        dat|=nRF24L01_MISO;//得到从机传来的比特位
        nRF24L01_SCK=0; //拉低时钟
    }
    return(dat);//返回移位得到的数据
}

按照SPI的协议，重写函数如下：

unsigned char nRF24L01_SPI_RW(unsigned char dat)//向SPI发送一个字节的数据，并且由其移位寄存器的特性，返回收到的字节
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<8;i++)//输出8个比特
    {
        if(dat&0x80)
        {
            nRF24L01_MOSI=1;
        }
        else
        {
            nRF24L01_MOSI=0;
        }
        dat=(dat<<1);//转移比特位
        nRF24L01_SCK=1;//置高时钟
        if(nRF24L01_MISO)
        {
            dat|=1;
        }
        else
        {
            dat|=0;
        }
        nRF24L01_SCK=0; //拉低时钟
    }
    return(dat);//返回移位得到的数据
}

则出乎意料的恢复正常了。

后经过逐步化简调试，这样的表达在IAR环境下也可以正常运行：

unsigned char nRF24L01_SPI_RW(unsigned char dat)//向SPI发送一个字节的数据，并且由其移位寄存器的特性，返回收到的字节
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<8;i++)//输出8个比特
    {
        nRF24L01_MOSI=(_Bool)(dat&0x80);//高位先出，按位传递，强制转换为布尔类型
        dat=(dat<<1);//转移比特位
        nRF24L01_SCK=1;//置高时钟
        dat|=nRF24L01_MISO//得到从机传来的比特位
        nRF24L01_SCK=0; //拉低时钟
    }
    return(dat);//返回移位得到的数据
}

故此得到结论，IAR下，对于一个位只能赋值逻辑0、1，如果赋值一个非布尔型的数据，则会产生混乱。