SPI笔记

SPI简介

•SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司开发的一种通用数据总线

•四根通信线：SCK（Serial Clock）、MOSI（Master Output Slave Input）、MISO（Master Input Slave Output）、SS（Slave Select）

•同步，全双工

•支持总线挂载多设备（一主多从）

硬件电路

•所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起

•主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚

•输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入

移位示意图

开始时

移第一位

以此类推

SPI时序基本单元

起始与终止条件

•起始条件：SS从高电平切换到低电平

•终止条件：SS从低电平切换到高电平

交换一个字节

模式0

•CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平

•CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

其他模式

简单了解即可

模式1

•CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平

•CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

模式2

•CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平

•CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

模式3

•CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平

•CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

SPI时序

发送指令

向SS指定的设备，发送指令（0x06）

指定地址写

向SS指定的设备，发送写指令（0x02），随后在指定地址（Address[23:0]）下，写入指定数据（Data）

指定地址读

向SS指定的设备，发送读指令（0x03），随后在指定地址（Address[23:0]）下，读取从机数据（Data）

SPI外设简介

•STM32内部集成了硬件SPI收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、数据收发等功能，减轻CPU的负担

•可配置8位/16位数据帧、高位先行/低位先行

•时钟频率： fPCLK / (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)

•支持多主机模型、主或从操作

•可精简为半双工/单工通信

•支持DMA

•兼容I2S协议

•STM32F103C8T6 硬件SPI资源：SPI1、SPI2

W25Q64简介

硬件电路

简单了解即可

W25Q64框图

简单了解即可

Flash操作注意事项

写入操作时

•写入操作前，必须先进行写使能

•每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1

•写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1

•擦除必须按最小擦除单元进行

•连续写入多字节时，最多写入一页的数据，超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入

•写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作

读取操作时

•直接调用读取时序，无需使能，无需额外操作，没有页的限制，读取操作结束后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取

SPI框图

简单了解即可

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SPI基本结构

使用软件SPI步骤

为提高代码编写效率，先对几个函数进行封装

void MySPI_W_SS(uint8_t Bitvalue) // 封装写SS函数
{
    GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_4,(BitAction)Bitvalue);
}

void MySPI_W_SCK(uint8_t Bitvalue) // 封装写SCK函数
{
    GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_5,(BitAction)Bitvalue);
}

void MySPI_W_MOSI(uint8_t Bitvalue) // 封装写MOSI函数
{
    GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_7,(BitAction)Bitvalue);
}

uint8_t MySPI_R_MISO(void) // 封装读MOSI函数
{
    return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6);
}

一、初始化SPI

void MySPI_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 选择通用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 选择上拉输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    MySPI_W_SS(1); // 置高电平，默认不选总从机
    MySPI_W_SCK(0); // 使用模式0，默认低电平

}

二、编写SPI起始/停止信号函数

void MySPI_Start(void) // 起始信号
{
    MySPI_W_SS(0);
}

void MySPI_Stop(void) // 终止信号
{
    MySPI_W_SS(1);
}

三、编写交换字节函数

uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend) // 交换字节函数  
{
    uint8_t i,ByteReceive = 0x00;

    for( i = 0 ; i < 8 ; i++)
    {
        MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i ) );
        MySPI_W_SCK(1); // 产生上升沿
        if(MySPI_R_MISO() == 1) // 如果读取MISO位为1
        { 
            ByteReceive |= ( 0x80 >> i ); // 把最高位储存在变量ByteReceive中
        }
    }
    MySPI_W_SCK(0); // 产生下降沿

    return ByteReceive;
}

使用硬件SPI步骤

为提高代码编写效率，先对读写SS进行封装

void MySPI_W_SS(uint8_t Bitvalue) // 封装写SS
{
    GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_4,(BitAction)Bitvalue);
}

一、RCC开启时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); // 开启GPIOA时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE); // 开启SPI1时钟

二、初始化GPIO口

其中SCK和MOSI是由硬件外设控制的输出信号，配置为复用推挽输出

MISO是硬件外设的输入信号，配置为上拉输入

SS是软件控制的输出信号，配置为通用推挽输出

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 

    // 配置SS
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 选择通用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    // 配置SCK和MOSI
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 选择复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    // 配置MISO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 选择上拉输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

三、配置SPI外设

    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; // 指定当前设备为主机
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 双线全双工模式
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // 配置8位数据帧
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // 配置为高位先行
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128; // 配置SCK时钟频率（此时时钟频率为72MHZ/128）
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; // 设置空闲默认低电平
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; // 选择第一个边沿开始采样
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; // 选择软件NSS模式
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial= 7; // 默认值 
    SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);

四、开关控制

    SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);
    MySPI_W_SS(1); // 默认让SS输出高电平（默认不选中从机）

接下来是补充功能函数

五、编写起始/终止信号函数

void MySPI_Start(void) // 起始信号
{
    MySPI_W_SS(0);
}

void MySPI_Stop(void) // 终止信号
{
    MySPI_W_SS(1);
}

六、编写交换字节函数

uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend) // 交换字节函数  
{
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET); // 等待TXE为1

    SPI_I2S_SendData(SPI1,ByteSend);

    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET); // 等待RXNE为1

    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回RDR接收的数据
}

部分API

void SPI_I2S_DeInit(SPI_TypeDef* SPIx); // 恢复缺省配置
void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct); // SPI初始化
void I2S_Init(SPI_TypeDef* SPIx, I2S_InitTypeDef* I2S_InitStruct); // I2C初始化
void SPI_StructInit(SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct); // SPI结构体变量初始化
void I2S_StructInit(I2S_InitTypeDef* I2S_InitStruct); // I2C结构体变量初始化
void SPI_Cmd(SPI_TypeDef* SPIx, FunctionalState NewState); // SPI外设使能
void I2S_Cmd(SPI_TypeDef* SPIx, FunctionalState NewState); // I2S外设使能
void SPI_I2S_ITConfig(SPI_TypeDef* SPIx, uint8_t SPI_I2S_IT, FunctionalState NewState); // 中断使能
void SPI_I2S_DMACmd(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_DMAReq, FunctionalState NewState); // DMA使能
void SPI_ SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data); // 发送数据（写DR数据寄存器）
uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx); // 读取数据（读DR数据寄存器）
void SPI_NSSInternalSoftwareConfig(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_NSSInternalSoft); // NSS引脚配置
void SPI_SSOutputCmd(SPI_TypeDef* SPIx, FunctionalState NewState); 
void SPI_DataSizeConfig(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_DataSize); // 8位或16位数据帧的配置
void SPI_TransmitCRC(SPI_TypeDef* SPIx); 
void SPI_CalculateCRC(SPI_TypeDef* SPIx, FunctionalState NewState);
uint16_t SPI_GetCRC(SPI_TypeDef* SPIx, uint8_t SPI_CRC);
uint16_t SPI_GetCRCPolynomial(SPI_TypeDef* SPIx);
void SPI_BiDirectionalLineConfig(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_Direction); // 半双工时，双向线的方向配置
FlagStatus SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_FLAG); // 获取标志位
void SPI_I2S_ClearFlag(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_FLAG); // 清除标志位
ITStatus SPI_I2S_GetITStatus(SPI_TypeDef* SPIx, uint8_t SPI_I2S_IT); // 获取中断标志位
void SPI_I2S_ClearITPendingBit(SPI_TypeDef* SPIx, uint8_t SPI_I2S_IT); // 清除中断标志位

主模式全双工连续传输

非连续传输

软件/硬件波形对比