stm32 ---spi 總結

ID:264387 · 發表于 2017-12-20 17:29

本帖最后由秦延雷于 2017-12-20 17:31 編輯

一、概述
1.SPI通訊總線介紹
2.STM32F40xSPI模塊介紹
3.STM32F40xSPI模塊相關寄存器
4.W25Q64 Flah存儲芯片介紹

二、講解
1.SPI通訊總線介紹
1）SPI通訊協議概述
SPI是由MOTOROLA公司研發的串行外圍通訊設備接口，是一種高速的、全雙工、同步的通訊總線。
2）SPI通訊接口
SPIO通訊接口分為：五線制和四線制
①五線制：
a）MOSI：也稱為DO，作為主器件的時候為數據輸出，作為從器件的時候為數據輸入。
b）MISO：也稱為DI，作為主器件的時候為數據輸入，作為從器件的時候為數據輸出。
c）SCLK：時鐘信號線。由主器件產生。
d）NSS：也稱為CS，從器件使能信號。由主器件控制。
e）GND：公共地線
②四線制：
a）MOSI：雙向數據線（可收可發）
b）SCLK：時鐘信號線。由主器件產生。
c）NSS：也稱為CS，從器件使能信號。由主器件控制。
d）GND：公共地線
3）SPI通訊物理連接
4）SPI通訊原理
①NSS控制從器件是否被選中，也就是說當只有片選信號為預先規定的使能信號（高電平或者低電平）時，對從器件的操作才算有效。
②主器件在SCLK時鐘線上提供時鐘脈沖，MOSI或MISO則基于這個脈沖信號完成數據的傳輸。
③數據通過MOSI線，在時鐘的上升沿或者下降沿改變數據，在緊接著的下降沿或者上升沿被讀取。SPI通訊協議規定傳輸的數據為8位，傳輸順序是高位在前，低位在后。
④SPI總線是一個數據交換協議，主機給從機發送一個位的數據，從機必定會返回一個位的數據給主機。也就是說，主機想讀取從機的數據，需要先發一個位的數據給從機，從機才會回發一個位的數據給主機。
5）SPI總線數據傳輸方式
SPI一共有四種傳輸方式，四種方式的主要區別是總線空閑時SCLK的時鐘狀態以及數據采樣的時刻（上升沿、下降沿、前沿或者后沿）
SPI模式時鐘極性(CPOL) 時鐘相位(CPHA)    時鐘空閑狀態數據采集時刻
   0                   0                            0                               低電平    時鐘的奇數邊緣采集
   1                   0                            1                               低電平    時鐘的偶數邊緣采集
   2                   1                            0                               高電平    時鐘的奇數邊緣采集
   3                   1                            1                               高電平    時鐘的偶數邊緣采集
①時鐘相位（CPHA）：決定了數據線上第1個數據的采集時刻。
a）CPHA = 0：MOSI或MISO數據線上的數據在串行時鐘線（SCLK）的奇數邊沿被采集。
b）CPHA = 1：MOSI或MISO數據線上的數據在串行時鐘線（SCLK）的偶數邊沿被采集。
②時鐘極性（CPOL）：決定了SPI總線在空閑狀態時（SPI通訊開始之前），時鐘線的電平狀態。
a）CPOL = 0：串行同步時鐘總線（SCLK）的空閑狀態為低電平。
b）CPOL = 1：串行同步時鐘總線（SCLK）的空閑狀態為高電平。

2.STM32F40xSPI模塊介紹
1）STM32F40xSPI模塊概述
STM32F40x的SPI模塊支持兩個功能，分別為：SPI通訊總線協議以及IIS音頻協議，默認功能為SPI通訊總線協議功能。SPI通訊協議支持SPI四線制（半雙工）和五線制（全雙工）通訊模式。同時還可以配置成主機模式和從機模式以及多主機模式，還可以使用CRC校驗實現可靠通信。
2）STM32F40xSPI模塊主要特性
①由SPI模塊中的SCLK、MOSI以及MISO三線組成全雙工同步通信。
②支持SPI四線制同步半雙工通信
③支持數據傳輸字長為8位或16位
④可以設置成主機模式和從機模式（默認是從機模式）和多主機模式（在同一個時間內只能有1個主機在工作）
⑤可以對SPI的輸入時鐘源進行分頻，頻率最大值為（fpclk/2）
⑥NSS在主模式下為軟件管理，在從模式線為硬件管理
⑦可以設置數據的傳輸順序（先高還是先低）以及SPI的數據傳輸方式
⑧支持MOTOROL公司以及TI公司的SPI通訊協議
⑨SPI中斷源分別為：發送、接收、主模式錯誤、上溢錯誤、CRC錯誤
⑩支持DMA功能
3）SPI主機模式設置
①根據需要驅動的目標器件來確定SPI的傳輸速度比特率。
②根據需要驅動的目標器件來配置時鐘極性和相位（TI模式忽略此步）。
③根據需要驅動的目標器件來確定數據位長度。
④根據需要驅動的目標器件來配置數據的傳輸方式（TI模式忽略此步）。
⑤把NSS管腳設置位軟件管理模式
⑥選擇SPI通信協議格式
⑦把SPI配置位主機模式
⑧是SPI模塊

3.STM32F40xSPI模塊相關寄存器
1）SPI 控制寄存器 1 (SPI_CR1)
寄存器作用：設置SPI模塊工作模式
2）SPI 控制寄存器 2 (SPI_CR2)
寄存器作用：設置SPI模塊工作模式
3）SPI 狀態寄存器 (SPI_SR)
寄存器作用：檢測SPI具體相應功能的具體狀態。
4）SPI 數據寄存器 (SPI_DR)
寄存器作用：存放需要發送或接收的數據

4.W25Q64 Flah存儲芯片介紹
1）W25Q64  Flah芯片概述
W25Q64是一款具有SPI通信接口，大小為8M（Byte）的Flash芯片。W25Q64內部把8M大小的存儲空間分為128塊（Bolck），每塊大小為64K字節，而每塊又分為16個扇區（Sector），每個扇區大小為4K字節。每個扇區分為16頁，每頁256個字節。Flash內部數據只能有1變0，不能由0變1。
2）W25Q64管腳
①/CS：片選管腳，低電平有效。在執行一條新指令之前，必須要讓CS管腳先出現一個下降沿。
②DO（MISO）：串行數據輸出管腳，在CLK管腳的下降沿輸出數據。
③/WP：寫保護管腳，低電平有效，高電平可讀可寫，低電平僅僅可讀。
④DI（MOSI）：串行數據輸入管腳，在CLK管腳的上升沿捕獲數據。
⑤CLK：串行時鐘管腳，為輸入和輸出數據提供時鐘脈沖。
⑥/HOLD：保存管腳，有效電平為低電平。當/HOLD為低電，并且CS也為低電平時，數據輸出管腳將保持高阻態，同時會忽略數據輸出管腳以及時鐘管腳上的信號。把/HOLD管腳拉高，器件恢復正常工作。
3）W25Q64傳輸速度
W25Q64在標準模式下支持80Mbit/s；快速模式下支持160Mbit/s；高速模式下支持320Mbit/s
4）W25Q64數據傳輸
W25Q64支持模式0和模式3數據傳輸時序模式。數據傳輸的字長為8位，傳輸順序為先高再低。
5）W25Q64工作原理
通過SPI總線接口，用標準的SPI協議發送相應的指令給Flash，然后Flash根據命令執行各種相關操作。

5.SPI通信編程思路
1）配置SPI相應功能的GPIO管腳
2）使能SPI模塊時鐘
3）設置SPI模塊工作模式：按照SPI主機模式設置步驟設置
4）編寫SPI字節數據傳輸函數

#include "spi.h"

/********** SPI初始化函數**************
DO  ---->    PB4  復用模式
CLK ---->    PB3  復用模式
DI  ---->    PB5  復用模式
***************************************/
void SPI_Init(void)
{
/* SPI引腳管腳配置 */
RCC->AHB1ENR |= 1 << 1; //使能 GPIOB外設時鐘

/* PB3(CLK)管腳配置復用模式 */
/* 管腳模式配置 */
GPIOB->MODER &= ~(3 << (3 * 2));    //清零
GPIOB->MODER |= 2 << (3 * 2);       //PB3配置為復用模式
/* 復用功能配置 */
GPIOB->AFR[0] &= ~(0x0f << (3 * 4));  //清零
GPIOB->AFR[0] |= 5 << (3 * 4);       //PB3 復用選擇SPI_1
/* 輸出速率配置 */
GPIOB->OSPEEDR &= ~(3 << (3 * 2)); //清零
GPIOB->OSPEEDR |= 2 << (3 * 2);    //輸出速率50M

/* PB4(DO)管腳配置復用模式*/
/* 管腳模式配置 */
GPIOB->MODER &= ~(3 << (4 * 2));    //清零
GPIOB->MODER |= 2 << (4 * 2);       //PB4配置為復用模式
/* 復用功能配置 */
GPIOB->AFR[0] &= ~(0x0f << (4 * 4));  //清零
GPIOB->AFR[0] |= 5 << (4 * 4);       //PB4 復用選擇SPI_1

/* PB5(DI)管腳配置復用模式 */
/* 管腳模式配置 */
GPIOB->MODER &= ~(3 << (5 * 2));    //清零
GPIOB->MODER |= 2 << (5 * 2);       //PB5配置為復用模式
/* 復用功能配置 */
GPIOB->AFR[0] &= ~(0x0f << (5 * 4));  //清零
GPIOB->AFR[0] |= 5 << (5 * 4);       //PB5 復用選擇SPI_1
/* 輸出速率配置 */
GPIOB->OSPEEDR &= ~(3 << (5 * 2)); //清零
GPIOB->OSPEEDR |= 2 << (5 * 2);    //輸出速率50M

/* 使能SPI模塊時鐘 */
RCC->APB2ENR |= 1 << 12;             //使能SPI_1時鐘

/* 設置SPI模塊工作模式 */
SPI1->CR1 &= ~(7 << 3);             //SPI_1波特率42M
SPI1->CR1 &= ~(1 << 1);             //SPI_1時序模式0
SPI1->CR1 &= ~(1 << 0);
SPI1->CR1 &= ~(1 << 11);             //8位數據長度
SPI1->CR1 &= ~(1 << 7);             //先發高位
SPI1->CR1 |= 1 << 9;                //NSS軟件管理
SPI1->CR1 |= 1 << 8;                //NSS內部狀態為高電平
SPI1->CR2 &= ~(1 << 4);             //選擇MOTOROLA模式
SPI1->CR1 |= 1 << 2;                //主機模式

/* 使能SPI */
SPI1->CR1 |= 1 << 6;                //使能SPI_1
}

/********************** SPI數據傳輸函數 *********************************/
u16 SPI_Send_Read_Byte(u8 data)
{
u16 ErrTimer = 0;

/* 寫功能 */
while( !(SPI1->SR & (1 << 1)) )
{
ErrTimer++;
if(ErrTimer >= 0xfffe)
{
return 0;
}
}
SPI1->DR = data;

ErrTimer = 0;

/* 讀功能 */
while( !(SPI1->SR & (1 << 0)) )
{
ErrTimer++;
if(ErrTimer >= 0xfffe)
{
return 0;
}
}
return SPI1->DR;
}

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