(32)STM32——SPI实验
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学习目标
本节学习的是SPI通信原理，其实在之前51学习AD的时候接触过一下，但并未深入，３２的SPI相对详细一点。本次实验用到的是W25Q128，是一种FLASH存储器，所以实验结果没什么好看的，就是简单的读写操作。等买了一些SPI的传感器再细细琢磨一下这个SPI的功能。
成果展示
也是简单的读写操作，就不展示详细的过程了。
内容
- SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是 Motorola 首先在其 MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI 接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD 转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
- SPI，是一种高速的，全双工， 同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为 PCB 的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，STM32F4 也有 SPI 接口。下面我们看看 SPI 的内部简明图
- SPI 接口一般使用 4 条线通信：
- MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。（M是主机的意思，S是从机的意思）
- MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。
- SCLK 时钟信号，由主设备产生。
- CS 从设备片选信号，由主设备控制。
其实可以把SPI想象成两个首尾相连的容器，当容器１（主机）给容器２（从机）发送一个数据的时候，容器２也会发送一个数据给容器１，相当于一个循环。
接口框图
这个就是SPI框图，其实和上面的差不多也就是主机以及从机的数据交换。
工作原理
- 硬件上为4根线。
- 主机和从机都有一个串行移位寄存器串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。
- 串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，从机也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。
- 外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节:反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。
特征
引脚管理
这个引脚管理其实可以理解为片选管理，因为在SPI线上可以挂多个设备，而如何做到各设备之间互不干扰呢？这个时候我们就可以用引脚管理，控制一些设备的片选来实现。
时钟相位和时钟极性
我们主要需要理解的是CPHA以及CPOL的用途，CPHA就是选择是第几个跳变沿读取数据，CPHA为０的时候就是第一个跳变沿；CPHA为１就是第二个跳变沿。而CPOL就是选择起始电平，当CPOL为１是，起始就是高电平；当CPOL为０时，起始就是低电平。
其次就是先读MSB还是LSB，其实有点相当于从左往右还是从右往左读。
- 通过 SPI_CR1 寄存器中的 CPOL 和 CPHA 位，可以用软件选择四种可能的时序关系。 CPOL（时钟极性）位控制不传任何数据时的时钟电平状态。此位对主器件和从器件都有作用。如果复位 CPOL，SCK 引脚在空闲状态处于低电平。
- 如果将 CPOL 置 1，SCK 引脚在空闲状态处于高电平。 如果将 CPHA（时钟相位）位置 1，则 SCK 引脚上的第二个边沿（如果复位 CPOL 位，则 为下降沿；如果将 CPOL 位置 1，则为上升沿）对 MSBit 采样。即，在第二个时钟边沿锁存数据。如果复位 CPHA 位，则 SCK 引脚上的第一个边沿（如果将 CPOL 位置 1，则为下降沿；如果复位 CPOL 位，则为上升沿）对 MSBit 采样。即，在第一个时钟边沿锁存数据。
数据帧格式
- 移出数据时 MSB 在前还是 LSB 在前取决于 SPI_CR1 寄存器中 LSBFIRST 位的值。
- 每个数据帧的长度均为 8 位或 16 位，具体取决于使用 SPI_CR1 寄存器中的 DFF 位。所选的数据帧格式适用于发送和/或接收。
- 其实就是我们上面也简单的概括了一下。
状态标志
这个我们可以在使用的时候通过查询寄存器得知。
SPI中断
这个就是中断了，我们也是可以在程序中使用的。
寄存器
寄存器部分我们还是不详细介绍，到时候会在代码中介绍。
W25Q128
这个的知识要看开发手册，有许多的点要注意，我一时半会也讲不清，将具体在代码里介绍，感兴趣的同学可以自行了解。
配置
1、配置相关引脚的复用功能，使能 SPI1 时钟。
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);//使能 SPI1 时钟 GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1); //PB3 复用为 SPI1 GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1); //PB4 复用为 SPI1 GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); //PB5 复用为 SPI12、初始化 SPI1,设置 SPI1 工作模式等。
void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);3、使能 SPI1。
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能 SPI1 外设4、SPI 传输数据。
void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data)；5、查看 SPI 传输状态。
SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE)；
硬件部分
W25Q128 和 NRF24L01 共 用 SPI1，所以这两个器件在使用的时候，必须分时复用（通过片选控制）才行。
代码
// spi.c
#include "spi.h"
//以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式
//SPI口初始化
//这里针是对SPI1的初始化
void SPI1_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);//使能SPI1时钟
//GPIOFB3,4,5初始化设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;//PB3~5复用功能输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1); //PB3复用为 SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1); //PB4复用为 SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); //PB5复用为 SPI1
//这里只针对SPI口初始化
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//复位SPI1
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,DISABLE);//停止复位SPI1
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //串行同步时钟的空闲状态为高电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 6; //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设
SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输
}
//SPI1速度设置函数
//SPI速度=fAPB2/分频系数
//@ref SPI_BaudRate_Prescaler:SPI_BaudRatePrescaler_2~SPI_BaudRatePrescaler_256
//fAPB2时钟一般为84Mhz：
void SPI1_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));//判断有效性
SPI1->CR1&=0XFFC7;//位3-5清零，用来设置波特率
SPI1->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler; //设置SPI1速度
SPI_Cmd(SPI1,ENABLE); //使能SPI1
}
//SPI1 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){}//等待发送区空
SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); //通过外设SPIx发送一个byte 数据
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET){} //等待接收完一个byte
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回通过SPIx最近接收的数据
}// w25qxx.c
#include "w25qxx.h"
#include "spi.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
u16 W25QXX_TYPE=W25Q128; //默认是W25Q128
//4Kbytes为一个Sector
//16个扇区为1个Block
//W25Q128
//容量为16M字节,共有128个Block,4096个Sector
//初始化SPI FLASH的IO口
void W25QXX_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);//使能GPIOG时钟
//GPIOB14
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;//PB14
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//输出
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;//PG7
GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化
GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_7);//PG7输出1,防止NRF干扰SPI FLASH的通信
W25QXX_CS=1; //SPI FLASH不选中
SPI1_Init(); //初始化SPI
SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_4); //设置为21M时钟
W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID(); //读取FLASH ID.
}
//读取W25QXX的状态寄存器
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//SPR RV TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默认0,状态寄存器保护位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH区域写保护设置
//WEL:写使能锁定
//BUSY:忙标记位(1,忙;0,空闲)
//默认:0x00
u8 W25QXX_ReadSR(void)
{
u8 byte=0;
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg); //发送读取状态寄存器命令
byte=SPI1_ReadWriteByte(0Xff); //读取一个字节
W25QXX_CS=1; //取消片选
return byte;
}
//写W25QXX状态寄存器
//只有SPR,TB,BP2,BP1,BP0(bit 7,5,4,3,2)可以写!!!
void W25QXX_Write_SR(u8 sr)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg); //发送写取状态寄存器命令
SPI1_ReadWriteByte(sr); //写入一个字节
W25QXX_CS=1; //取消片选
}
//W25QXX写使能
//将WEL置位
void W25QXX_Write_Enable(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); //发送写使能
W25QXX_CS=1; //取消片选
}
//W25QXX写禁止
//将WEL清零
void W25QXX_Write_Disable(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); //发送写禁止指令
W25QXX_CS=1; //取消片选
}
//读取芯片ID
//返回值如下:
//0XEF13,表示芯片型号为W25Q80
//0XEF14,表示芯片型号为W25Q16
//0XEF15,表示芯片型号为W25Q32
//0XEF16,表示芯片型号为W25Q64
//0XEF17,表示芯片型号为W25Q128
u16 W25QXX_ReadID(void)
{
u16 Temp = 0;
W25QXX_CS=0;
SPI1_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令
SPI1_ReadWriteByte(0x00);
SPI1_ReadWriteByte(0x00);
SPI1_ReadWriteByte(0x00);
Temp|=SPI1_ReadWriteByte(0xFF)<<8;
Temp|=SPI1_ReadWriteByte(0xFF);
W25QXX_CS=1;
return Temp;
}
//读取SPI FLASH
//在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区
//ReadAddr:开始读取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)
{
u16 i;
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadData); //发送读取命令
SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16)); //发送24bit地址
SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));
SPI1_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);
for(i=0;i>16)); //发送24bit地址
SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));
SPI1_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);
for(i=0;ipageremain
{
pBuffer+=pageremain;
WriteAddr+=pageremain;
NumByteToWrite-=pageremain; //减去已经写入了的字节数
if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以写入256个字节
else pageremain=NumByteToWrite; //不够256个字节了
}
};
}
//写SPI FLASH
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
u8 W25QXX_BUFFER[4096];
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u32 secpos;
u16 secoff;
u16 secremain;
u16 i;
u8 * W25QXX_BUF;
W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER;
secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址
secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移
secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小
// printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);//测试用
if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096个字节
while(1)
{
W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读出整个扇区的内容
for(i=0;i4096)secremain=4096; //下一个扇区还是写不完
else secremain=NumByteToWrite; //下一个扇区可以写完了
}
};
}
//擦除整个芯片
//等待时间超长...
void W25QXX_Erase_Chip(void)
{
W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL
W25QXX_Wait_Busy();
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ChipErase); //发送片擦除命令
W25QXX_CS=1; //取消片选
W25QXX_Wait_Busy(); //等待芯片擦除结束
}
//擦除一个扇区
//Dst_Addr:扇区地址 根据实际容量设置
//擦除一个山区的最少时间:150ms
void W25QXX_Erase_Sector(u32 Dst_Addr)
{
//监视falsh擦除情况,测试用
printf("fe:%x\r\n",Dst_Addr);
Dst_Addr*=4096;
W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL
W25QXX_Wait_Busy();
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_SectorErase); //发送扇区擦除指令
SPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>16)); //发送24bit地址
SPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>8));
SPI1_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr);
W25QXX_CS=1; //取消片选
W25QXX_Wait_Busy(); //等待擦除完成
}
//等待空闲
void W25QXX_Wait_Busy(void)
{
while((W25QXX_ReadSR()&0x01)==0x01); // 等待BUSY位清空
}
//进入掉电模式
void W25QXX_PowerDown(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_PowerDown); //发送掉电命令
W25QXX_CS=1; //取消片选
delay_us(3); //等待TPD
}
//唤醒
void W25QXX_WAKEUP(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown); // send W25X_PowerDown command 0xAB
W25QXX_CS=1; //取消片选
delay_us(3); //等待TRES1
}
// main.c
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "spi.h"
#include "w25qxx.h"
#include "key.h"
//要写入到W25Q16的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"cy"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)
int main(void)
{
u8 key;
u16 i=0;
u8 datatemp[SIZE];
u32 FLASH_SIZE;
u16 id = 0;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化串口波特率为115200
LED_Init(); //初始化LED
KEY_Init(); //按键初始化
W25QXX_Init(); //W25QXX初始化
while(1)
{
id = W25QXX_ReadID();
if (id == W25Q128 || id == NM25Q128)
break;
printf ("W25Q128 Check Failed!");
delay_ms(500);
printf ("Please Check! ");
delay_ms(500);
LED0=!LED0; //DS0闪烁
}
printf ("W25Q128 Ready!");
printf ("\r\n\r\n");
FLASH_SIZE=16*1024*1024; //FLASH 大小为16字节
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==KEY1_PRES)//KEY1按下,写入W25Q128
{
printf("Start Write W25Q128....");
printf ("\r\n\r\n");
W25QXX_Write((u8*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,写入SIZE长度的数据
printf("W25Q128 Write Finished!"); //提示传送完成
printf ("\r\n\r\n");
}
if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下,读取字符串并显示
{
printf("Start Read W25Q128.... ");
printf ("\r\n\r\n");
W25QXX_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,读出SIZE个字节
printf("The Data Readed Is:%s ",datatemp); //提示传送完成 //显示读到的字符串
printf ("\r\n\r\n");
}
i++;
delay_ms(10);
if(i==20)
{
LED0=!LED0;//提示系统正在运行
i=0;
}
}
}总结
个人感觉比51时学的要详细一点，还算比较有趣，就是感觉没能掌握，等以后结合一些传感器再来深究。