SPI

发布于 2023-08-11  747 次阅读


内容纲要

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


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

世界のネズミは彼らが望むものに依存し、彼らは彼ら自身から誰も求めません
最后更新于 2023-08-27