超低功耗单片无线系统应用入门--基于2 4 GHZ无线SOC芯片nRF24LE1 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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黄智伟，杨案江著 著

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• nRF24LE1
• 无线通信
• 低功耗
• 单片机
• 2
• 4GHz
• 嵌入式系统
• 无线SOC
• 物联网
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店铺： 广影图书专营店

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512404250

商品编码：29757406651

包装：平装

出版时间：2011-07-01

基本信息

书名:超低功耗单片无线系统应用入门--基于2 4 GHZ无线SOC芯片nRF24LE1

定价：39.00元

售价：28.5元,便宜10.5元,折扣73

作者:黄智伟,杨案江著

出版社：北京航空航天大学出版社

出版日期：2011-07-01

ISBN：9787512404250

字数：465000

页码：319

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.440kg

编辑推荐

内容提要

超低功耗无线收发系统应用范围广泛，2.4ghz超低功耗无线soc芯片nrf24le1是专为超低功耗无线应用设计的单片无线收发系统。《超低功耗单片无线系统应用入门:基于2.4GHz无线SoC芯片nRF24LE1》共分6章，着重介绍nrf24le1的主要特性、内部结构和小系统设计，nrf24le1的mcu与应用，nrf24le1的接口与应用，nrf24le1的射频收发器与应用，nrf24le1与常用外围模块的连接及编程，以及keilμ vision4集成开发环境和isp下载。《超低功耗单片无线系统应用入门:基于2.4GHz无线SoC芯片nRF24LE1》通过大量的示例程序说明nrf24le1的应用方法与技巧，所有程序都通过了验证，具有很好的工程性和实用性。《超低功耗单片无线系统应用入门:基于2.4GHz无线SoC芯片nRF24LE1》提供所有程序源代码，读者可在北京航空航天大学出版社网站“下载专区”下载。
《超低功耗单片无线系统应用入门:基于2.4GHz无线SoC芯片nRF24LE1》可作为电子工程技术人员进行超低功耗无线收发系统设计的参考书，也可作为高等院校本科和高职高专院校电子信息工程、通信工程、自动化、电气、计算机应用等专业学习无线收发系统设计、电子设计竞赛、课程设计、毕业设计的培训教材和教学参考书。

目录

作者介绍

文摘

序言

《超低功耗单片无线系统应用入门——基于2.4GHz无线SOC芯片nRF24LE1》 内容概要 本书旨在为读者提供一个全面而实用的入门指南，深入探讨超低功耗单片无线系统在2.4GHz频段的设计与应用。本书的核心聚焦于Nordic Semiconductor公司推出的nRF24LE1这款高度集成的无线SOC（System on Chip）芯片，通过详实的理论阐述、丰富的实践案例以及专业的开发指导，帮助读者掌握构建和部署低功耗无线通信解决方案的关键技术。 第一部分：无线通信基础与nRF24LE1芯片解析 本部分将首先奠定坚实的无线通信理论基础，为读者理解nRF24LE1的工作原理提供必要的背景知识。我们将从基础的无线电波传播特性、调制解调技术、通信协议栈等方面进行介绍，帮助读者建立对无线通信系统的宏观认识。 无线通信基础： 电磁波的传播与衰减：深入讲解信号在空气中传播的路径损耗、多径效应、散射等现象，以及影响信号强度和可靠性的关键因素。 射频（RF）基础：介绍射频频谱、工作频段（重点关注2.4GHz ISM频段）、天线原理、阻抗匹配等基本概念。 调制与解调技术：阐述常见的数字调制方式，如ASK、FSK、PSK，以及nRF24LE1采用的GFSK调制方式的原理与优势。 通信协议栈：简要介绍OSI模型和TCP/IP模型，以及在低功耗无线通信中常见的协议层，如物理层、链路层（MAC层）、网络层和应用层。 nRF24LE1芯片深度解析： 芯片架构与核心组成：详细剖析nRF24LE1的内部框图，重点介绍其集成的2.4GHz射频收发器、高性能8051微控制器核心、内存（RAM、ROM/Flash）、GPIO接口、定时器、ADC以及SPI、I2C等外设。 射频收发器特性：详细解读nRF24LE1射频收发器的各项关键参数，包括发送功率、接收灵敏度、通信速率、信道选择、包格式、CRC校验、自动应答（ACK）和重传机制等。 微控制器特性：介绍nRF24LE1集成的8051内核的指令集、工作模式、中断系统、低功耗模式（如睡眠模式、空闲模式）及其唤醒机制，为后续的软件开发奠定基础。 外设接口详解：详细讲解nRF24LE1提供的各类外设接口（如GPIO、SPI、I2C、UART）的配置、工作模式和应用，指导读者如何通过这些接口与外部传感器、执行器和其他设备进行数据交互。 低功耗设计理念：深入探讨nRF24LE1在低功耗设计方面的独到之处，包括其内部的功率管理单元、各种低功耗工作模式的切换与功耗消耗，以及如何在硬件层面实现超低功耗运行。 第二部分：nRF24LE1开发环境搭建与软件基础 本部分将引导读者搭建完整的nRF24LE1开发环境，并掌握基本的软件开发流程，为后续的实际项目开发做好准备。 开发工具链： 集成开发环境（IDE）：介绍常用的nRF24LE1开发IDE，如Keil uVision、SDCC等，并指导读者如何安装、配置和使用它们来编写、编译和调试C语言代码。 交叉编译工具链：讲解如何配置和使用适用于nRF24LE1的交叉编译工具链。 调试器与仿真器：介绍常用的nRF24LE1调试工具（如SEGGER J-Link、ST-Link等）的使用方法，以及如何进行硬件调试和代码仿真。 软件开发基础： C语言基础回顾与嵌入式应用：快速回顾C语言中与嵌入式开发相关的关键知识点，如指针、位操作、数据结构等，并讲解如何在nRF24LE1平台上应用这些知识。 寄存器级编程：重点讲解如何直接通过操作nRF24LE1的寄存器来控制其各种外设和工作模式，这是进行高效嵌入式开发的必备技能。 中断服务程序（ISR）：详细阐述中断的概念、中断向量表、中断优先级以及如何编写和管理中断服务程序，以响应外部事件和实现高效的事件驱动。 定时器与延时：讲解nRF24LE1内置定时器的不同工作模式，如何利用定时器实现精确延时、周期性任务和事件触发。 GPIO控制：指导读者如何配置GPIO口作为输入或输出，如何进行电平读取和设置，以及如何利用GPIO实现按钮检测、LED驱动等功能。 Nordic官方SDK与驱动库： SDK结构与使用：介绍Nordic Semiconductor提供的nRF24LE1软件开发套件（SDK）的组织结构，包括驱动库、示例代码、配置工具等，并指导读者如何导入和使用SDK中的模块。 核心驱动库详解：重点讲解SDK中提供的射频驱动、SPI驱动、I2C驱动、GPIO驱动等核心库函数的使用方法，以及如何通过这些库函数来简化开发过程。 第三部分：2.4GHz无线通信协议与nRF24LE1通信栈 本部分将深入探讨2.4GHz无线通信领域常用的协议，并重点介绍nRF24LE1所支持的通信栈，为构建稳定可靠的无线通信系统提供理论指导。 2.4GHz无线通信协议概览： Wi-Fi与Bluetooth基础：简要介绍2.4GHz频段上流行的Wi-Fi和Bluetooth技术，并说明nRF24LE1在哪些方面可以与其协同或作为替代方案。 Zigbee与Thread：详细介绍Zigbee和Thread等基于IEEE 802.15.4标准构建的低功耗、自组网通信协议，以及nRF24LE1如何支持这些协议的底层实现。 Proprietary（私有）协议：探讨在一些特定应用场景下，定制私有无线通信协议的必要性，以及如何基于nRF24LE1的强大功能来设计高效的私有协议。 nRF24LE1通信栈详解： nRF24L01+射频收发器协议：深入分析nRF24LE1的核心射频收发器的工作原理，包括其数据包格式、地址匹配、CRC校验、自动应答（ACK）和重传机制等，这些是实现可靠通信的关键。 ShockBurst™协议：详细介绍Nordic Semiconductor独有的ShockBurst™协议，它是一种高效的数据传输协议，能够显著提高数据传输速率并降低功耗。讲解ShockBurst™的包结构、发送和接收流程。 多通道与多接收器：讲解nRF24LE1如何支持多通道操作，以避免同频干扰，以及如何配置多个接收器以提高通信的鲁棒性。 广播与组播：介绍nRF24LE1支持的广播和组播功能，以及在设备间进行一对多或多对多通信的应用场景。 通信栈配置与优化：指导读者如何根据具体应用需求，对nRF24LE1的通信栈进行精细化配置，以达到最佳的性能和功耗表现。 第四部分：超低功耗设计与功耗优化策略 本部分是本书的核心亮点之一，将系统地讲解如何利用nRF24LE1的特性来实现超低功耗运行，以及在实际应用中如何进行功耗优化。 nRF24LE1低功耗模式解析： 核心微控制器低功耗模式：详细讲解nRF24LE1的各种低功耗模式，如睡眠模式（Sleep Mode）、空闲模式（Idle Mode）等，以及它们之间的区别、唤醒方式和功耗消耗。 射频收发器低功耗状态：介绍射频收发器在待机、发送、接收等不同工作状态下的功耗特性，以及如何通过合理的调度来减少射频部分的功耗。 外设功耗管理：讲解如何对GPIO、定时器、ADC等外设进行有效的功耗管理，例如关闭不使用的外设、降低工作频率等。 功耗优化策略与实践： 唤醒源设计：分析不同的唤醒源（如外部中断、定时器中断）的功耗影响，指导读者设计高效的唤醒机制。 数据传输优化：探讨如何通过减少数据包大小、优化发送间隔、采用数据压缩等方式来降低无线传输的功耗。 轮询与中断的权衡：分析轮询和中断两种工作模式在功耗和响应速度上的优劣，指导读者根据应用场景选择合适的方案。 电源管理技术：介绍低功耗电源管理芯片的应用，如LDO、DC-DC转换器，以及如何配合nRF24LE1实现整体功耗的最小化。 实测与分析：指导读者如何使用功耗分析工具（如示波器、专用功耗仪）来测量和分析nRF24LE1系统的实际功耗，并根据测量结果进行针对性的优化。 实际应用案例中的功耗分析：在后续的应用案例中，将结合具体项目，深入分析其功耗设计思路和优化过程。 第五部分：nRF24LE1典型应用案例开发 本部分将通过一系列精心设计的实际应用案例，引导读者将理论知识付诸实践，掌握nRF24LE1在不同领域的应用开发。每个案例都将包含硬件设计、软件实现、功耗优化以及调试测试等环节。 案例一：无线传感器节点 应用场景：温湿度传感器、光照传感器、人体红外感应器等数据采集节点。 硬件设计：传感器接口电路、电池供电方案、PCB布局考量。 软件开发：传感器数据读取、数据打包、通过nRF24LE1发送数据、低功耗睡眠模式管理。 功耗优化：根据传感器采集频率和数据发送间隔，设计最优的睡眠-唤醒周期。 案例二：无线遥控与开关 应用场景：无线门锁、智能家居开关、电机控制等。 硬件设计：按钮输入、驱动继电器或电机控制电路。 软件开发：按钮事件检测、指令编码、通过nRF24LE1发送控制命令、接收确认。 功耗优化：采用短脉冲通信、降低数据传输速率。 案例三：无线数据传输模块（点对点通信） 应用场景：简单的数据透传，如设备状态监控、远程数据读取。 硬件设计：与上位机或数据源的接口。 软件开发：数据收发逻辑、错误校验、数据包协议设计。 功耗优化：根据通信需求，合理配置发送间隔和数据包大小。 案例四：多节点组网通信（基于nRF24LE1的简单网络） 应用场景：简易的设备状态监控网络、分布式数据采集。 硬件设计：多节点的共性设计。 软件开发：主节点与子节点之间的通信协议设计、数据路由（如果需要）、节点加入与退出机制。 功耗优化：网络整体功耗的考量，避免不必要的通信。 案例五：结合外部MCU的无线通信 应用场景：将nRF24LE1作为独立的无线通信模块，与功能更强大的主控MCU（如STM32、Arduino）配合使用。 硬件设计：nRF24LE1模块与主控MCU之间的SPI/UART接口连接。 软件开发：定义主控MCU与nRF24LE1之间的通信协议，实现数据交换。 功耗优化：主控MCU的功耗管理与nRF24LE1模块的协同工作。 第六部分：高级主题与未来展望 本部分将对nRF24LE1的应用进行更深层次的探讨，并展望该技术在未来的发展趋势。 RF性能优化技巧： 天线选择与布局：深入讲解不同类型天线的特性，以及在PCB设计中如何优化天线布局以获得最佳的信号覆盖和可靠性。 射频干扰（RFI）与电磁兼容（EMC）：分析射频干扰的来源，以及如何通过电路设计和布局来提高系统的抗干扰能力和电磁兼容性。 信道评估与动态选择：探讨如何监测2.4GHz频段的信道质量，并动态选择最佳信道以提高通信性能。 软件调试与故障排除： 常用调试工具的进阶使用：深入介绍示波器、逻辑分析仪等工具在nRF24LE1系统调试中的高级应用。 常见通信问题的诊断与解决：如丢包、延时、通信中断等问题的分析与排查方法。 代码性能剖析与优化：利用性能分析工具找出代码中的瓶颈，并进行优化以提升运行效率。 nRF24LE1在物联网（IoT）领域的应用： 智能家居：远程控制、环境监测、安防系统等。 工业自动化：无线传感器网络、设备状态监控、远程数据采集。 智慧农业：环境监测、灌溉控制、作物生长数据收集。 可穿戴设备：健康监测、运动追踪、低功耗数据传输。 nRF24LE1的替代方案与发展趋势： Nordic其他产品线介绍：如nRF5系列，它们在BLE、Thread等新协议上的优势。 其他低功耗无线技术：如LoRa、NB-IoT等，与nRF24LE1的比较和互补性。 未来低功耗无线通信的发展方向：如更高集成度、更低功耗、更智能的协议等。 本书内容结构清晰，循序渐进，理论与实践相结合，旨在让读者不仅理解nRF24LE1芯片的强大功能，更能熟练掌握其在超低功耗无线系统设计中的应用，为读者在物联网、智能硬件等领域的设计开发提供坚实的基础和宝贵的实战经验。

评分☆☆☆☆☆

第四段评价： 阅读这本书的过程中，我深深感受到了作者在技术选型上的前瞻性和对行业趋势的敏锐洞察力。选择一个特定的、相对小众但极具潜力的无线SOC芯片作为切入点，本身就是一个非常明智的决定。这避免了陷入通用教程中泛泛而谈的窠臼。作者巧妙地利用这个特定的平台，向读者展示了如何应对在微小设备中实现长续航的终极挑战。书中的章节安排，从对该芯片架构的全面鸟瞰，到对低功耗模式的深度挖掘，再到最后如何与其他系统组件（如传感器、存储器）进行高效能的协同工作，整个逻辑链条非常完整且具有前瞻性。它教会我的不仅仅是如何使用这个特定的芯片，更是一种解决未来遇到任何新型低功耗无线芯片设计问题的通用思维方法。这种“授人以渔”而非仅仅“授人以鱼”的教学理念，体现了作者深厚的行业积淀和对读者未来发展的深切关怀。

评分☆☆☆☆☆

第一段评价： 这本书的排版和装帧给我留下了非常深刻的印象。从封面的设计到内页的字体选择，都透露出一种严谨而又兼具亲和力的专业气息。纸张的质感也相当不错，长时间阅读下来眼睛不会感到疲惫，这对于一本技术类书籍来说至关重要。尤其是书中大量的图示和电路原理图，线条清晰、标注明确，即便是初次接触这类硬件系统的读者，也能通过这些直观的视觉辅助快速理解复杂的概念。我注意到，作者在很多关键的技术点上，都配有精心绘制的流程图或结构示意图，这极大地降低了阅读门槛。书中对各种元器件的物理布局和连接方式的描述，也十分细致入微，让人感觉仿佛手中正拿着一块实体的开发板在进行对照学习。整体而言，这本书在视觉传达和阅读体验的优化上，确实下了不少功夫，使得原本可能枯燥的技术学习过程变得更加流畅和愉快。 这种注重细节的排版处理，无疑提升了整本书的专业度和实用价值。

评分☆☆☆☆☆

第五段评价： 这本书的语言风格非常独特，它成功地在保持专业严谨性的同时，营造出一种令人感到轻松的交流氛围。作者的文字表达很少使用那种晦涩难懂的学术术语堆砌，取而代之的是一种清晰、直接且富有条理性的叙述方式。想象一下，你正在与一位知识渊博、耐心十足的行业前辈进行一对一的技术探讨，他总能找到最恰当的比喻来解释那些抽象的物理现象，比如将数据包的传输比作一次精准的“接力赛跑”。这种非正式但又高度可靠的沟通方式，极大地激发了我的阅读兴趣，让我能够沉浸其中而不感到压力。更值得称赞的是，书中对常见错误和陷阱的预警描述得极其到位，它们往往以“过来人经验分享”的形式出现，这种真诚的告诫，比冷冰冰的警告更能让人印象深刻，也避免了我在实际调试中走不必要的弯路。总而言之，这本书的文字魅力在于其独特的“人情味”，让技术学习变得温暖而高效。

评分☆☆☆☆☆

第二段评价： 坦白说，我对这种入门级的技术书籍通常抱持着一种审慎的态度，因为很多时候，“入门”二字往往意味着内容的浅尝辄止，难以真正深入核心。然而，这本书在基础概念的铺陈上做得非常扎实。它并没有急于展示那些炫酷的应用实例，而是花费了相当的篇幅去解释底层的工作原理，比如信号的调制解调过程、休眠模式的功耗管理机制，以及无线通信协议栈的基本结构。作者似乎非常清楚读者的“痛点”所在，总是在关键的理论节点处停下来，用通俗易懂的语言进行深入的剖析，而不是简单地罗列公式。尤其是在解释如何通过软件配置寄存器来实现特定功能时，那种循序渐进的讲解方式，让我感觉自己不是在被动接收信息，而是在一位经验丰富的工程师的指导下，一步步搭建起对整个系统的认知框架。这种对基础理论的尊重和细致打磨，是这本书最让我欣赏的一点，它确保了读者在迈向高级应用之前，已经拥有了坚不可摧的理论基石。

评分☆☆☆☆☆

第三段评价： 这本书的实用性简直超乎我的预期，它真正做到了理论与实践的无缝对接。我一直觉得，再好的理论如果不能转化为实际可运行的代码和可测量的效果，那都是空中楼阁。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅停留在介绍芯片的规格书参数上，而是紧密围绕着如何利用这些芯片特性去设计和优化实际的低功耗应用场景展开。我特别喜欢它在项目案例中的处理方式——它不是直接给出最终代码，而是将整个开发过程进行拆解，比如如何针对特定的传感器接口进行数据采集优化，如何精确计算不同工作模式下的平均电流消耗，以及如何应对常见的电磁兼容性（EMC）问题。这种“手把手”的教学模式，让我可以清晰地追踪每一个设计决策背后的逻辑考量。对于我们这些渴望快速将想法转化为原型产品的工程师来说，这种高度的实战指导价值是无可替代的，它极大地缩短了从理论知识到产品落地的周期。